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Universo singular. Javier Sánchez Cañizares
Читать онлайн.Название Universo singular
Год выпуска 0
isbn 9788418360336
Автор произведения Javier Sánchez Cañizares
Жанр Документальная литература
Серия Razón Abierta
Издательство Bookwire
1.4. HIPÓTESIS ALTERNATIVAS A LA TEORÍA DEL BIG BANG
Además de los problemas que hemos presentado en el epígrafe anterior, el modelo del Big Bang es problemático respecto de la cuestión del origen del tiempo. Dentro del marco de la teoría de la relatividad hay teoremas matemáticos que, para condiciones muy genéricas, demuestran la existencia inevitable de una singularidad en el espacio-tiempo del universo para valores finitos del tiempo (es decir, dentro de una historia del universo que está acotada y no es infinita). Por singularidad ha de entenderse una situación en que las magnitudes físicas relevantes se hacen infinitas o dejan de estar bien definidas: el modelo deja de funcionar.
Este orden de cosas ha llevado a un buen número de científicos a intentar mejorar el modelo del Big Bang con hipótesis alternativas, que puedan resolver el problema de la singularidad en el origen del tiempo. Son hipótesis que buscan ir más allá del Big Bang, tanto en el sentido de avance científico como en el de la búsqueda de un escenario físico anterior —al menos conceptualmente— al Big Bang. Casi todos estos modelos se apoyan en teorías de gravedad cuántica que, hoy por hoy, son incompletas y no poseen ningún apoyo empírico. Sin embargo mantienen el interés científico por su eventual mayor simplicidad explicativa y posibilidad de contrastación experimental.
1.4.1. La propuesta de Hartle y Hawking
James Hartle (1939-) y Stephen Hawking (1942-) han propuesto una extensión del modelo el Big Bang en el que no habría una singularidad al comienzo del tiempo. Al igual que el espacio podría curvarse sobre sí mismo sin que se llegara a una frontera abrupta,7 con el tiempo podría suceder algo similar. Conforme nos acercáramos al Big Bang, la dimensión temporal se curvaría sin que llegásemos a encontrar un punto singular. Una analogía válida podría ser la siguiente: imaginemos un cono invertido, cuya superficie representa el espacio-tiempo del universo. El tiempo avanza hacia arriba, en el sentido en que se abre cada vez más el cono. Todos los puntos del cono pueden describirse entonces de manera unívoca mediante dos variables, una espacial y otra temporal. Ahora bien, si retrocedemos en el eje del tiempo, todos los puntos del cono colapsarían en un punto singular: el vértice. La idea de Hartle y Hawking es que el espacio-tiempo representado por el cono no tuviese ese inicio abrupto en el tiempo, en punta, que ocurre en el vértice. En las cercanías del vértice, el cono podría suavizarse o redondearse, de forma que el vértice dejase de ser tal y se convirtiera en un conjunto de puntos que formaran una superficie suave, sin punta. El precio a pagar por evitar la singularidad temporal es que, en esa zona, el tiempo dejaría de tener el significado que le atribuimos en la física ordinaria. De hecho, el modelo de Hartle y Hawking conlleva una serie de dificultades técnicas añadidas, al tener que usar una variable temporal con valores imaginarios que hacen dudar de su aplicación a la geometría del universo que conocemos.
1.4.2. La hipótesis de los multiversos
La hipótesis de los multiversos sugiere que el Big Bang no es más que el crecimiento exponencial de un universo dentro del enorme conjunto de todos los universos posibles (compatibles con las leyes fundamentales de la física). El Big Bang no sería propiamente dicho un comienzo, puesto que provendría de una especie de humus de universos (cada uno con sus constantes cosmológicas y sus leyes físicas particulares), de los que solo algunos como el nuestro llegan a expandirse. Si bien todo ello suena exótico, dentro del marco de las teorías de supercuerdas es posible dar una cierta consistencia teórica a la hipótesis utilizando seis o siete dimensiones más de las tres espaciales y una temporal que percibimos, así como las propiedades de los espacios de Calabi-Yau.
Aunque resulta muy controvertida la mera posibilidad de chequear experimentalmente la existencia de universos paralelos al nuestro, algunos científicos, como Max Tegmark (1967-), defienden la relevancia de la hipótesis, al ser una consecuencia directa de determinados modelos teóricos de gravedad cuántica aplicada a la cosmología. Otros físicos teóricos, como Lee Smolin (1955-), han criticado la hipótesis no solo por la aparente imposibilidad de ser falsificada empíricamente, sino por sus inconsistencias teóricas. La posibilidad de la existencia de universos paralelos ya había sido pensada por algunos filósofos siglos atrás, pero por ahora, y parece que por mucho tiempo más, todas estas teorías son puramente especulativas desde el punto de vista científico.8
1.4.3. Los universos cíclicos y la cosmología cíclica conforme
Una versión atenuada de los multiversos es la que considera no una existencia en paralelo de diferentes tipos de mundos, sino una secuencia temporal de universos, de los que unos son en cierto sentido padres y otros hijos. Nuestro universo sería una etapa o especie más dentro del gran árbol de la vida de los posibles universos: una verdadera historia universal, donde el tiempo sería la dimensión primaria y fundamental para la física.
Una versión simple de esta hipótesis general es la de los universos cíclicos, en la que, después de alcanzar una expansión máxima, el universo implotaría sobre sí mismo en un Big Crunch inverso al Big Bang. Cada Big Crunch daría lugar a un nuevo Big Bang en una especie de rebote cósmico indefinido. Sin embargo, este modelo cuenta con varios obstáculos prácticamente irresolubles: en primer lugar, la segunda ley de la termodinámica parece impedir un rebote cíclico de universos, que irían desgastando su capacidad de generar nuevos big bangs; en segundo lugar, la transición de un Big Crunch a un Big Bang resulta en principio prohibida por la relatividad general (no se puede pasar de manera suave de la geometría del agujero negro final del Big Crunch a la geometría del Big Bang), y, en tercer lugar, porque sería necesario que el universo tuviese una densidad de materia y energía superior a la densidad crítica, que es lo contrario de lo que actualmente observamos.
Un modelo cíclico más refinado sería el de la cosmología cíclica conforme del físico matemático inglés Roger Penrose (1931-) (Penrose 2010; 2016; Sánchez-Cañizares 2017a). En dicho modelo, después de la evaporación de todos los agujeros negros y la pérdida de la información que contienen, el resto de la masa del universo terminaría por desaparecer, para quedarnos únicamente con energía en forma de radiación. En ese momento, una parte del universo podría convertirse en el Big Bang de un nuevo universo (un nuevo eón) mediante un simple cambio de escala. Aunque la propuesta es altamente especulativa, tiene el mérito de predecir algunas consecuencias que deberían ser detectables empíricamente. En concreto, el modelo de Penrose predice la existencia de correlaciones circulares en las anisotropías de la radiación de fondo de microondas, que serían fruto de la radiación proveniente de choques de agujeros negros en un universo anterior al nuestro (Gurzadyan y Penrose 2010; 2013). Pero, hoy por hoy, no existe ninguna evidencia experimental al respecto (Moss, Scott y Zibin 2011).
¿Qué resumen podemos hacer después de este viaje por los modelos científicos que estudian el origen y la evolución del universo? La teoría del Big Bang continúa siendo el modelo estándar, comúnmente aceptado por la comunidad científica mundial. Sin embargo, esta teoría no dice ni explica nada acerca del instante mismo de la gran explosión. Describe simplemente la evolución del universo a partir de dicho instante, bajo condiciones geométricas, físicas y termodinámicas muy generales.
Desde luego, no sabemos nada de lo que pudo haber ocurrido antes del tiempo de Planck (10-43 s), para lo que sería necesario disponer de una teoría de la gravedad cuántica. Se piensa que, a partir de los 10-36 s, el universo entró en la etapa inflacionaria, en la que se expandió diversos órdenes de magnitud en unas cuantas trillonésimas de trillonésimas de segundo, pero no conocemos las razones físicas por las que pudo ocurrir dicho proceso. Después de la inflación, la expansión y enfriamiento más calmados del universo empezarían a permitir la diferenciación de las partículas e interacciones