¿Qué pasó antes del Big Bang?


Al principio, había una pequeña bola de materia infinitamente densa. Luego, todo estalló, dando lugar a los átomos, moléculas, estrellas y galaxias que vemos hoy.

O al menos, eso es lo que nos han dicho los físicos durante las últimas décadas.

Pero una nueva investigación de física teórica ha revelado recientemente una posible ventana al universo muy primitivo, mostrando que puede que no sea «muy temprano» después de todo. En cambio, puede ser solo la última iteración de un ciclo de explosión-rebote que ha estado ocurriendo durante… bueno, al menos una vez, y posiblemente para siempre.

El Big Bang. Getty Images.

Por supuesto, antes de que los físicos decidan descartar el Big Bang en favor de un ciclo de explosión-rebote, estos predicciones teóricas tendrán que sobrevivir a un avalancha de pruebas de observación.

Los científicos tienen una muy buena imagen del universo primitivo, algo que conocemos y amamos como la teoría del Big Bang. En este modelo, hace mucho tiempo el universo era mucho más pequeño, mucho más caliente y mucho más denso de lo que es hoy. En ese infierno primitivo de hace 13.800 millones de años, todos los elementos que nos hacen ser lo que somos se formaron en el lapso de una docena de minutos.

Incluso antes, dice este pensamiento, en algún momento todo nuestro universo (todas las estrellas, todas las galaxias, todo el todo) era del tamaño de un melocotón y tenía una temperatura de más de un cuatrillón de grados.

Sorprendentemente, esta fantástica historia se mantiene a la altura de todas las observaciones actuales. Los astrónomos han hecho de todo, desde observar la radiación electromagnética sobrante del universo joven hasta medir la abundancia de los elementos más ligeros y descubrieron que todos se alinean con lo que predice el Big Bang. Por lo que podemos decir, este es un retrato preciso de nuestro universo primitivo.

Pero a pesar de lo bueno que es, sabemos que la imagen del Big Bang no está completa: falta una pieza del rompecabezas, y esa pieza son los primeros momentos del universo mismo.

El problema es que la física que usamos para comprender el universo primitivo (una mezcolanza maravillosamente complicada de relatividad general y física de partículas de alta energía) puede llevarnos muy lejos antes de colapsar. A medida que tratamos de profundizar más y más en los primeros momentos de nuestro cosmos, las matemáticas se vuelven cada vez más difíciles de resolver, hasta el punto en que simplemente… se cierran.

La principal señal de que tenemos terreno aún por explorar es la presencia de una «singularidad», o un punto de densidad infinita, al comienzo del Big Bang. Tomado al pie de la letra, esto nos dice que en un punto, el universo estaba abarrotado en un punto infinitamente pequeño e infinitamente denso. Obviamente, esto es absurdo, y lo que realmente nos dice es que necesitamos una nueva física para resolver este problema: nuestro conjunto de herramientas actual simplemente no es lo suficientemente bueno.

Para salvar el día, necesitamos algo de física nueva, algo que sea capaz de manejar la gravedad y las otras fuerzas, combinadas, a energías ultra altas. Y eso es exactamente lo que la teoría de cuerdas pretende ser: un modelo de física que es capaz de manejar la gravedad y las demás fuerzas, combinadas, a energías ultraaltas. Lo que significa que la teoría de cuerdas afirma que puede explicar los primeros momentos del universo.

Una de las primeras nociones de la teoría de cuerdas es el universo «ekpyrotic», que proviene de la palabra griega para «conflagración» o fuego. En este escenario, lo que conocemos como el Big Bang fue provocado por algo más que sucedió antes: el Big Bang no fue un comienzo, sino una parte de un proceso más amplio.

La extensión del concepto ekpyrotic ha llevado a una teoría, nuevamente motivada por la teoría de cuerdas, llamada cosmología cíclica. Supongo que, técnicamente, la idea de que el universo se repite continuamente tiene miles de años y es anterior a la física, pero la teoría de cuerdas le dio a la idea una base matemática firme. El universo cíclico se desarrolla exactamente como te lo puedes imaginar, rebotando continuamente entre grandes explosiones y grandes crujidos, potencialmente por la eternidad en el tiempo y por la eternidad en el futuro.

Tan genial como suena, las primeras versiones del modelo cíclico tenían dificultades para hacer coincidir las observaciones, lo cual es un problema importante cuando intentas hacer ciencia y no solo contar historias alrededor de la fogata.

El principal obstáculo fue estar de acuerdo con nuestras observaciones del fondo cósmico de microondas, los restos de luz fósil de cuando el universo tenía solo 380.000 años. Si bien no podemos ver directamente más allá de esa pared de luz, si comienzas a jugar teóricamente con la física del cosmos infantil, afectarás ese patrón de luz de resplandor.

Y así, parecía que un universo cíclico era una idea clara pero incorrecta.

Pero la antorcha ekpirótica se ha mantenido encendida a lo largo de los años, y un artículo publicado en marzo de 2020 (se abre en una pestaña nueva) exploró las arrugas en las matemáticas y descubrió algunas oportunidades perdidas anteriormente. Los dos físicos autores del estudio, Robert Brandenberger y Ziwei Wang, ambos de la Universidad McGill en Canadá, descubrieron que en el momento del «rebote», cuando nuestro universo se reduce a un punto increíblemente pequeño y vuelve a un estado de Big Bang, es Es posible alinear todo para obtener el resultado apropiado probado por observación.

En otras palabras, la física complicada (y, sin duda, mal entendida) de esta época crítica puede permitir una visión radicalmente revisada de nuestro tiempo y lugar en el cosmos.

Pero para probar completamente este modelo, tendremos que esperar a una nueva generación de experimentos de cosmología. Así que esperemos para sacar el champán ekpyrotic.

Para obtener una descripción general de la teoría del Big Bang, consulte «Tu lugar en el universo (se abre en una pestaña nueva)» de Paul M. Sutter, que cubre la historia del desarrollo de la teoría junto con la historia del universo mismo. La serie de videos PBS Spacetime tiene un gran video que explora las opciones de lo que pudo haber causado el Big Bang. Otro video, publicado por la Fundación Simons, presenta al físico Paul Steinhardt explicando la idea de Big Bounce.

Con información de Space.com

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