La teoría del Big Bang cuestionada: podemos vivir en un universo cíclico

La historia estándar del nacimiento del universo es más o menos así: Hace unos 14 mil millones de años, una enorme cantidad de materia energética explotó de la nada.

En breves y rápidos estallidos de energía, el universo se expande como un globo. La expansión endereza cualquier curvatura a gran escala, lo que provoca nuestra percepción actual del universo como plano. La materia también está completamente mezclada, de modo que el universo actual parece en gran medida monótono (como ocurre en todas partes). Aunque los grupos de partículas crean galaxias y estrellas, éstas son sólo motas insignificantes en el lienzo del universo.

Esta teoría, conocida en los libros de texto como el Big Bang, es consistente con todas las observaciones hasta la fecha y es favorecida por la mayoría de los cosmólogos. Pero el concepto inquieta a algunas personas. En la mayoría de las regiones del espacio-tiempo, la rápida expansión nunca se detiene. Como resultado, la inflación sólo puede producir un multiverso (una existencia colorida con innumerables universos de bolsillo), uno de los cuales es en el que vivimos. Para sus críticos, el Big Bang lo predijo todo, es decir, en última instancia no predijo nada.

En los últimos años, Steinhardt y otros han estado estudiando cómo se formó nuestro universo. Reintrodujeron el concepto de universo cíclico: un universo que se expande y colapsa periódicamente. Esperan replicar el universo tal como lo vemos, plano y liso.

Para ello, Steinhardt y sus colaboradores se asociaron recientemente con investigadores especializados en modelos computacionales de gravedad. Analizaron cómo un universo en colapso cambia su propia estructura y finalmente descubrieron que el colapso puede derrotar a la expansión. No importa cuán extraño y retorcido pareciera el universo antes de colapsar, el colapso borró efectivamente grandes áreas de las arrugas originales.

Leonardo Senatore, cosmólogo de la Universidad de Stanford que ha utilizado métodos similares para analizar las teorías de la explosión, "afirman que el trabajo que han realizado es muy importante y dijo que hay aspectos del trabajo que tiene". Todavía no he tenido oportunidad de comprobarlo, pero a primera vista "parece que ya lo han hecho".

Durante el último año y medio, una colaboración entre Steinhardt, la cosmóloga Anna Ijas del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Alemania y otros ha desarrollado nuevas perspectivas sobre la circulación.

Imagínate una hormiga sobre un globo. La inflación es como inflar un globo. Atribuye el estado liso y plano al universo en expansión. Sin embargo, en un universo cíclico, el suavizamiento se produce durante el colapso. Durante este tiempo, el universo se redujo modestamente, pero la verdadera razón fue la dramática reducción del campo de visión. Es como si la hormiga viera todo a través de una lupa cada vez más poderosa. La distancia que puede ver se reduce, por lo que su mundo se vuelve cada vez más monótono.

Steinhardt y sus colegas imaginaron un universo que se habría expandido durante aproximadamente un billón de años, impulsado por la energía de un campo omnipresente que ahora atribuimos a la energía oscura. Cuando este campo de energía finalmente se volvió escaso, el universo comenzó a reducirse lentamente. Durante miles de millones de años, un factor de escala cada vez más reducido acerca todo, pero no hasta cierto punto. Este cambio dramático proviene del radio de Hubble, que eventualmente se volverá muy pequeño. El colapso del universo carga los campos de energía, calentando el universo y vaporizando los átomos. Se produce un rebote y el ciclo comienza de nuevo.

En los modelos periódicos, el diminuto radio de Hubble garantiza suavidad y planitud. Si bien la expansión expulsó muchos de los defectos originales al multiverso, el colapso lento esencialmente los expulsó. El universo que nos queda no tiene principio ni fin, no tiene singularidad en el Big Bang ni multiverso.

Uno de los desafíos que enfrentan tanto la cosmología del Big Bang como la periódica es que sus respectivos campos de energía crean el universo correcto independientemente de cómo comenzaron.

Ijas y Steinhardt critican la teoría de la explosión por ser útil sólo en circunstancias especiales, como cuando su campo de energía se forma sin características obvias y con poco movimiento. Estas situaciones han sido exploradas más a fondo por los teóricos, en parte porque son los únicos ejemplos que pueden explicarse matemáticamente.

En simulaciones por computadora recientes, Ijas y Steinhardt describen cómo su equipo probó el modelo de colapso lento en una serie de universos infantiles que eran demasiado locos para analizarlos con lápiz y papel.

La colaboración utilizó código desarrollado por Frans Pretorius, físico teórico de la Universidad de Princeton que se especializa en modelos computacionales de la relatividad general, para explorar campos retorcidos, irregulares e incluso Un campo nace con dos partes que se mueven en sentido opuesto. instrucciones. En casi todos los casos, el colapso produciría rápidamente un universo tan monótono como el nuestro.

Katie Clough, cosmóloga de la Universidad de Oxford que también se especializa en soluciones numéricas de la relatividad general, califica estas nuevas simulaciones de "muy completas". Pero también señala que los avances en la tecnología informática sólo recientemente han hecho posible dicho análisis.

A pesar del diferente interés en el modelo de Ijas y Steinhardt, la mayoría de los cosmólogos coinciden en que la teoría de la explosión sigue siendo un paradigma a la espera de ser roto.

La colaboración enriquecerá aún más la teoría del ciclo. Ijas ya tiene una teoría del rebote que mejora la relatividad general con nuevas interacciones entre la materia y el espacio-tiempo, y sospecha que existen otros mecanismos. Ella planea poner su modelo en una computadora pronto para conocer los detalles de su comportamiento.

El equipo espera que combinando las fases de contracción y colapso puedan identificar las características únicas de un ciclo del universo. La colaboración no resuelve todos los detalles del universo periódico, y mucho menos demuestra que vivimos en un universo cíclico. Pero Steinhardt ahora es optimista y cree que el modelo pronto proporcionará una alternativa viable al multiverso.