Al principio, había una bola de materia infinitamente densa y diminuta. Luego, todo estalló, dando lugar a los átomos, moléculas, estrellas y galaxias que vemos hoy en día.
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 temprano, mostrando que puede no ser «muy temprano» después de todo. En su lugar, puede ser solo la última iteración de un ciclo de explosión y rebote que ha estado sucediendo durante well bueno, al menos una vez, y posiblemente para siempre.
Por supuesto, antes de que los físicos decidan desechar el Big Bang en favor de un ciclo bang-bounce, estas predicciones teóricas tendrán que sobrevivir a una avalancha de pruebas de observación.
Cosmologías rebotantes
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 día. En ese infierno temprano, hace 13,8 mil millones de años, todos los elementos que nos hacen lo que somos se formaron en el lapso de aproximadamente una docena de minutos.
Incluso antes, este pensamiento dice que, 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 por bueno que sea, sabemos que la imagen del Big Bang no está completa: falta una pieza del rompecabezas, y esa pieza son los primeros momentos del universo en sí.
Es una pieza bastante grande.
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La conflagración
El problema es que la física que usamos para entender el universo temprano (una mezcla maravillosamente complicada de relatividad general y física de partículas de alta energía) puede llevarnos hasta cierto punto antes de descomponernos. A medida que tratamos de adentrarnos 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 qu se detienen.
La principal señal de que tenemos un 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 se amontonó en un punto infinitamente pequeño, infinitamente denso. Esto es obviamente absurdo, y lo que realmente nos dice es que necesitamos una nueva física para resolver este problema, nuestro kit de herramientas actual simplemente no es lo suficientemente bueno.
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Para salvar el día necesitamos algo de física nueva, algo que sea capaz de manejar la gravedad y las otras fuerzas, combinadas, a energías ultraalta. Y eso es exactamente lo que la teoría de cuerdas afirma ser: un modelo de física que es capaz de manejar la gravedad y las otras fuerzas, combinadas, a energías ultraalta. 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 «ekpirótico», 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 estaba sucediendo antes de él: el Big Bang no fue un comienzo, sino una parte de un proceso más grande.
Extender el concepto ekpirótico 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 sólida base matemática. El universo cíclico va exactamente como te imaginas, rebotando continuamente entre big bangs y grandes abdominales, potencialmente para la eternidad en el tiempo y para la eternidad en el futuro.
Antes del comienzo
Por genial que suene, las primeras versiones del modelo cíclico tenían dificultades para hacer coincidir las observaciones, lo cual es importante cuando intentas hacer ciencia y no solo contar historias alrededor de la fogata.
El principal obstáculo era estar de acuerdo con nuestras observaciones del fondo cósmico de microondas, la luz fósil sobrante de cuando el universo tenía solo 380.000 años de antigüedad. Si bien no podemos ver directamente más allá de esa pared de luz, si empiezas a retocar teóricamente la física del cosmos infantil, afectas ese patrón de luz de resplandor posterior.
Y así, parecía que un universo cíclico era una idea limpia pero incorrecta.
Pero la antorcha ekpirótica se ha mantenido encendida a lo largo de los años, y un artículo publicado en enero en la base de datos arXiv ha explorado las arrugas en las matemáticas y ha descubierto algunas oportunidades perdidas anteriormente. Los físicos, Robert Brandenberger y Ziwei Wang de la Universidad McGill en Canadá, descubrieron que en el momento del «rebote», cuando nuestro universo se encoge a un punto increíblemente pequeño y regresa a un estado de Big Bang, es posible alinear todo para obtener el resultado observacional adecuado.
En otras palabras, la complicada (y, ciertamente, mal entendida) física de esta época crítica puede de hecho 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 cosmológicos, así que esperemos para sacar el champán ekpirótico.
Paul M. Sutter es astrofísico en SUNY Stony Brook y el Instituto Flatiron, anfitrión de Ask a Spaceman y Radio Espacial, y autor de Your Place in the Universe.
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Publicado originalmente en Live Science.
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