¿Nuestro Universo pudo formarse sin un Big Bang?

Según la teoría de la relatividad de Einstein, la curvatura del espacio-tiempo era infinita en el big bang. De hecho, en este punto todas las herramientas matemáticas fallan, y la teoría se rompe. Sin embargo, quedó la idea de que tal vez el comienzo del universo podría tratarse de una manera más simple, y que los infinitos del big bang podrían ser evitados. Esta ha sido la esperanza expresada desde la década de 1980 por los conocidos cosmólogos James Hartle y Stephen Hawking con su “propuesta sin fronteras”, y por Alexander Vilenkin con su “propuesta de tunelización”. Ahora los científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein / AEI) en Potsdam y en el Perimeter Institute de Canadá han podido utilizar mejores métodos matemáticos para demostrar que estas ideas no pueden funcionar. El big bang, en su complicada gloria, conserva todo su misterio.

Uno de los principales objetivos de la cosmología es entender el comienzo de nuestro universo. Los datos de la misión satélite de Planck muestran que hace 13.800 millones de años el universo consistía en una sopa caliente y densa de partículas. Desde entonces, el universo se ha expandido. Este es el principio principal de la teoría del big bang caliente, pero la teoría no describe las primeras etapas del Universo, ya que las condiciones eran demasiado extremas. De hecho, a medida que nos acercamos al big bang, la densidad de energía y la curvatura crecen hasta llegar al punto en que se vuelven infinitas.

Figura 1: Representaciones de un Universo Liso (izquierda) y otro rugoso (derecha) | Credito: J. L. Lehners (Instituto Max Planck de Física Gravitacional)

Como alternativa, las propuestas “sin fronteras” y “túneles” suponen que el pequeño universo primitivo surgió mediante un túnel cuántico de la nada y posteriormente creció en el gran universo que vemos. La curvatura del espaciotiempo habría sido grande, pero finita en esta etapa inicial, y la geometría habría sido lisa – sin frontera (véase la figura 1, panel izquierdo). Esta configuración inicial reemplazaría la propuesta estándar del big bang. Sin embargo, durante mucho tiempo las verdaderas consecuencias de esta hipótesis no quedaron claras. Ahora, con la ayuda de mejores métodos matemáticos, Jean-Luc Lehners, líder del grupo en la AEI, y sus colegas Job Feldbrugge y Neil Turok en el Perimeter Institute, trabajaron para explorar estas teorías de manera precisa por primera vez, y calcular sus implicaciones. El resultado es que estas alternativas al big bang no son verdaderas alternativas. Como resultado de la relación de incertidumbre de Heisenberg, estos modelos no sólo implican que los universos lisos pueden surgir del túnel cuántico de la nada, sino también universos irregulares. De hecho, cuanto más irregulares y arrugados sean, más probable es que se generen (véase la Fig. 1, panel derecho). “Por lo tanto, la propuesta sin fronteras no implica un universo grande como el que vivimos, sino más bien unos universos curvos que se colapsarían inmediatamente”, dice Jean-Luc Lehners, que dirige el grupo de “cosmología teórica” ​​en la AEI .

Por lo tanto uno no puede eludir el big bang con tanta facilidad. Lehners y sus colegas ahora están tratando de averiguar qué mecanismo podría haber mantenido las grandes fluctuaciones cuánticas bajo control en las circunstancias más extremas, permitiendo que nuestro gran universo se despliegue.

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