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Una teoría pone en duda la existencia del Big Bang
La cosmología cuántica postula que el universo pudo surgir del colapso de otro preexistente. De confirmarse, el Big Bang habría sido un "gran rebote"
5 de enero de 2009
Por Javier Sampedro
(El País de Madrid)
El Big Bang no es la única noción del origen del cosmos compatible con la física actual. La cosmología cuántica de bucles –loop quantum cosmology– está sumando argumentos a favor de una segunda posibilidad: que nuestro universo emergiera del colapso de otro preexistente.
La teoría ha llegado ahora al punto de madurez necesario para hacer predicciones que pueden someterse a prueba experimental. De confirmarse, el Big Bang habría sido en realidad un Big Bounce –o gran rebote– y el cosmos no vendría de un punto de infinita densidad, sino de una sucesión de expansiones y contracciones tal vez eterna, sin principio ni final.
La cosmología cuántica de bucles tiene la capacidad, al menos en principio, de iluminar aquellas regiones del pasado hasta donde ni siquiera alcanza la gran teoría actual del espacio, el tiempo y la gravedad, que es la relatividad general de Einstein.
Las ecuaciones de Einstein se deshacen en el origen del universo, que por ello constituye una “singularidad” matemática, un punto de densidad infinita que no puede explicarse.
La relatividad general es uno de los dos pilares en los que se fundamenta la física actual. El otro es la mecánica cuántica. La primera describe el comportamiento de planetas, estrellas, galaxias y sus interacciones gravitatorias, y la segunda rige en el mundo subatómico. Ambas son teorías de enorme capacidad predictiva y han superado las pruebas experimentales más exigentes.
Pero son incompatibles entre sí, y los físicos han ensayado dos grandes aproximaciones teóricas para superar esa discrepancia. Una de ellas, es la teoría de cuerdas, y otra la gravedad cuántica de bucles.
La gravedad cuántica de bucles fue desarrollada por Abhay Ashtekar, Lee Smolin, Carlo Rovelli y otros físicos desde la década de 1980. Su principal cualidad es que el espacio no es un continuo a pequeña escala. Al igual que la materia y la energía, está formado por partes indivisibles.
Cada uno de esos paquetes de espacio mide una magnitud inapreciable a las escalas habituales, pero suficiente para evitar las paradojas matemáticas de la “singularidad”: espacio cero implica una densidad y una gravedad infinitas en el origen del universo, pero si el espacio no puede llegar jamás a ser cero, la gravedad tampoco tiene que ser infinita allí.
Eso permite a las ecuaciones de la gravedad cuántica de bucles explorar las regiones del pasado que estaban prohibidas para la relatividad de Albert Einstein.
Ashtekar y su equipo estaban observando la simulación correr hacia atrás en el tiempo, con el universo volviéndose cada vez más pequeño y denso en energía mientras se aproximaba al momento del Big Bang. Eso era lo esperable. Pero en lugar de colapsarse en un punto de densidad infinita, la simulación del cosmos rebotó y empezó a expandirse de nuevo.
Si las ecuaciones eran correctas, nuestro universo no venía del estallido de un punto, sino del rebote de un universo anterior en proceso de compresión: un Big Bounce.
Efecto rebote. Que el universo invierta o no su tendencia actual, para iniciar una compresión que pueda conducir al próximo rebote, depende de dos profundos misterios: la materia oscura y la energía oscura, que constituyen el 95 por ciento de lo que existe.
La materia normal consiste en estrellas y gas incandescente situado entre las galaxias. Pero la suma de las galaxias y el gas no da la masa suficiente para mantener el cúmulo unido por la atracción gravitatoria entre sus partes. De ahí la necesidad teórica de la materia oscura –el 20 por ciento del universo–.
El otro misterio es la energía oscura que forma el 75 por ciento restante del cosmos. Según la relatividad general, los objetos deforman el espacio y el tiempo de su entorno. Esas danzas geométricas de los objetos son la gravedad.
Pero la relatividad general tenía un problema grave que Einstein no pudo ignorar: como en 1916 el Universo era estático, el científico inventó una fuerza o presión repulsiva que llamó constante cosmológica, y eligió su magnitud de manera arbitraria y cuidadosa para que el universo pudiera seguir siendo estático a gran escala.
“La trampa” de Einstein. La trampa de Einstein equivale a pedir a una pelota que se quede parada sobre el aro de la canasta. Es casi seguro que la pelota entrará o se saldrá.
La energía oscura –el motor de esa expansión acelerada– parece ser justo esa constante cosmológica inventada por Einstein, sólo que sin la trampa de la canasta. La constante fue descartada por el físico alemán, pero fue recuperada en tiempos recientes.
(El País de Madrid)
El Big Bang no es la única noción del origen del cosmos compatible con la física actual. La cosmología cuántica de bucles –loop quantum cosmology– está sumando argumentos a favor de una segunda posibilidad: que nuestro universo emergiera del colapso de otro preexistente.
La teoría ha llegado ahora al punto de madurez necesario para hacer predicciones que pueden someterse a prueba experimental. De confirmarse, el Big Bang habría sido en realidad un Big Bounce –o gran rebote– y el cosmos no vendría de un punto de infinita densidad, sino de una sucesión de expansiones y contracciones tal vez eterna, sin principio ni final.
La cosmología cuántica de bucles tiene la capacidad, al menos en principio, de iluminar aquellas regiones del pasado hasta donde ni siquiera alcanza la gran teoría actual del espacio, el tiempo y la gravedad, que es la relatividad general de Einstein.
Las ecuaciones de Einstein se deshacen en el origen del universo, que por ello constituye una “singularidad” matemática, un punto de densidad infinita que no puede explicarse.
La relatividad general es uno de los dos pilares en los que se fundamenta la física actual. El otro es la mecánica cuántica. La primera describe el comportamiento de planetas, estrellas, galaxias y sus interacciones gravitatorias, y la segunda rige en el mundo subatómico. Ambas son teorías de enorme capacidad predictiva y han superado las pruebas experimentales más exigentes.
Pero son incompatibles entre sí, y los físicos han ensayado dos grandes aproximaciones teóricas para superar esa discrepancia. Una de ellas, es la teoría de cuerdas, y otra la gravedad cuántica de bucles.
La gravedad cuántica de bucles fue desarrollada por Abhay Ashtekar, Lee Smolin, Carlo Rovelli y otros físicos desde la década de 1980. Su principal cualidad es que el espacio no es un continuo a pequeña escala. Al igual que la materia y la energía, está formado por partes indivisibles.
Cada uno de esos paquetes de espacio mide una magnitud inapreciable a las escalas habituales, pero suficiente para evitar las paradojas matemáticas de la “singularidad”: espacio cero implica una densidad y una gravedad infinitas en el origen del universo, pero si el espacio no puede llegar jamás a ser cero, la gravedad tampoco tiene que ser infinita allí.
Eso permite a las ecuaciones de la gravedad cuántica de bucles explorar las regiones del pasado que estaban prohibidas para la relatividad de Albert Einstein.
Ashtekar y su equipo estaban observando la simulación correr hacia atrás en el tiempo, con el universo volviéndose cada vez más pequeño y denso en energía mientras se aproximaba al momento del Big Bang. Eso era lo esperable. Pero en lugar de colapsarse en un punto de densidad infinita, la simulación del cosmos rebotó y empezó a expandirse de nuevo.
Si las ecuaciones eran correctas, nuestro universo no venía del estallido de un punto, sino del rebote de un universo anterior en proceso de compresión: un Big Bounce.
Efecto rebote. Que el universo invierta o no su tendencia actual, para iniciar una compresión que pueda conducir al próximo rebote, depende de dos profundos misterios: la materia oscura y la energía oscura, que constituyen el 95 por ciento de lo que existe.
La materia normal consiste en estrellas y gas incandescente situado entre las galaxias. Pero la suma de las galaxias y el gas no da la masa suficiente para mantener el cúmulo unido por la atracción gravitatoria entre sus partes. De ahí la necesidad teórica de la materia oscura –el 20 por ciento del universo–.
El otro misterio es la energía oscura que forma el 75 por ciento restante del cosmos. Según la relatividad general, los objetos deforman el espacio y el tiempo de su entorno. Esas danzas geométricas de los objetos son la gravedad.
Pero la relatividad general tenía un problema grave que Einstein no pudo ignorar: como en 1916 el Universo era estático, el científico inventó una fuerza o presión repulsiva que llamó constante cosmológica, y eligió su magnitud de manera arbitraria y cuidadosa para que el universo pudiera seguir siendo estático a gran escala.
“La trampa” de Einstein. La trampa de Einstein equivale a pedir a una pelota que se quede parada sobre el aro de la canasta. Es casi seguro que la pelota entrará o se saldrá.
La energía oscura –el motor de esa expansión acelerada– parece ser justo esa constante cosmológica inventada por Einstein, sólo que sin la trampa de la canasta. La constante fue descartada por el físico alemán, pero fue recuperada en tiempos recientes.