Modelo cíclico del Universo: la degeneración de la materia ocurre sin fin

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

A principios de la década de 2000, dos físicos de la Universidad de Princeton propusieron un modelo cosmológico, según el cual el Big Bang no es un evento único, pero el espacio-tiempo existía mucho antes de que naciera el universo.

En el modelo cíclico, el universo atraviesa un ciclo infinito autosuficiente. En la década de 1930, Albert Einstein propuso la idea de que el universo puede experimentar un ciclo interminable de big bangs y grandes compresiones. La expansión de nuestro universo puede ser el resultado del colapso del universo antecedente. En el marco de este modelo, podemos decir que el Universo renació de la muerte de su predecesor. Si es así, entonces el Big Bang no fue algo único, es solo una explosión menor entre un número infinito de otras. La teoría cíclica no reemplaza necesariamente a la teoría del Big Bang; más bien, intenta responder a otras preguntas: por ejemplo, ¿qué sucedió antes del Big Bang y por qué el Big Bang condujo a un período de rápida expansión?

Uno de los nuevos modelos cíclicos del Universo fue propuesto por Paul Steinhardt y Neil Turok en 2001. Steinhardt describió este modelo en su artículo, que se llamó The Cyclic Model of the Univers. En la teoría de cuerdas, una membrana o "brana" es un objeto que existe en varias dimensiones. Según Steinhardt y Turok, las tres dimensiones espaciales que vemos corresponden a estas branas. Pueden existir dos branas 3D en paralelo, separadas por una dimensión oculta adicional. Estas branas, pueden considerarse placas de metal, pueden moverse a lo largo de esta dimensión adicional y chocar entre sí, creando el Big Bang y, por lo tanto, universos (como el nuestro). Cuando chocan, los eventos se desarrollan de acuerdo con el modelo estándar del Big Bang: se crean materia caliente y radiación, se produce una inflación rápida y luego todo se enfría, y se forman estructuras como galaxias, estrellas y planetas. Sin embargo, Steinhardt y Turok argumentan que siempre hay alguna interacción entre estas branas, a las que llaman interbranas: las une, provocando que vuelvan a chocar y produzcan el próximo Big Bang.

No obstante, el modelo de Steinhardt y Turok desafía algunos de los supuestos del modelo del Big Bang. Por ejemplo, según ellos, el Big Bang no fue el comienzo del espacio y el tiempo, sino más bien una transición desde una fase anterior de la evolución. Si hablamos del modelo del Big Bang, entonces dice que este evento marcó el comienzo inmediato del espacio y el tiempo como tal. Además, en este ciclo de branas en colisión, la estructura a gran escala del Universo debe estar determinada por la fase de compresión: es decir, esto sucede antes de que colisionen y ocurra el próximo Big Bang. Según la teoría del Big Bang, la estructura a gran escala del universo está determinada por un período de rápida expansión (inflación), que tuvo lugar poco después de la explosión. Además, el modelo del Big Bang no predice cuánto tiempo existirá el universo, y en el modelo de Steinhardt la duración de cada ciclo es de aproximadamente un billón de años.

Lo bueno del modelo cíclico del Universo es que, a diferencia del modelo del Big Bang, puede explicar la llamada constante cosmológica. La magnitud de esta constante está directamente relacionada con la expansión acelerada del Universo: explica por qué el espacio se está expandiendo tan rápidamente. Según las observaciones, el valor de la constante cosmológica es muy pequeño. Hasta hace poco, se creía que su valor era 120 órdenes de magnitud menor que lo predicho por la teoría estándar del Big Bang. Esta diferencia entre observación y teoría ha sido durante mucho tiempo uno de los mayores problemas de la cosmología moderna. Sin embargo, no hace mucho tiempo, se obtuvieron nuevos datos sobre la expansión del Universo, según los cuales se está expandiendo más rápido de lo que se pensaba. Queda a la espera de nuevas observaciones y confirmación (o refutación) de los datos ya obtenidos.

Steven Weinberg, premio Nobel de 1979, intenta explicar la diferencia entre observar y predecir un modelo utilizando el llamado principio antrópico. Según él, el valor de la constante cosmológica es aleatorio y difiere en diferentes partes del Universo. No debería sorprendernos que vivamos en una zona tan poco común donde observamos un pequeño valor de esta constante, ya que solo con este valor se pueden desarrollar estrellas, planetas y vida. Algunos físicos, sin embargo, no están satisfechos con esta explicación debido a la falta de evidencia de que este valor sea diferente en otras regiones del Universo observable.

El físico estadounidense Larry Abbott desarrolló un modelo similar en la década de 1980. Sin embargo, en su modelo, la disminución de la constante cosmológica a valores bajos fue tan prolongada que toda la materia del Universo durante ese período se dispersaría en el espacio, dejándolo, de hecho, vacío. Según el modelo cíclico del Universo de Steinhardt y Turok, la razón por la que el valor de la constante cosmológica es tan pequeño es que inicialmente era muy grande, pero con el tiempo, con cada nuevo ciclo, disminuyó. En otras palabras, con cada gran explosión, la cantidad de materia y radiación en el Universo se "pone a cero", pero no la constante cosmológica. Durante muchos ciclos, su valor ha disminuido y hoy observamos exactamente este valor (5, 98 x 10-10 J / m3).

En una entrevista, Neil Turok habló sobre su modelo y el de Steinhardt del universo cíclico de la siguiente manera:

“Hemos propuesto un mecanismo en el que la teoría de supercuerdas y la teoría M (nuestras mejores teorías combinadas de la gravedad cuántica) permiten que el universo atraviese el Big Bang. Pero para comprender si nuestra suposición es totalmente coherente, se necesita más trabajo teórico.

Los científicos esperan que con el desarrollo de la tecnología, haya una oportunidad de probar esta teoría junto con otras. Entonces, de acuerdo con el modelo cosmológico estándar (ΛCDM), un período conocido como inflación siguió poco después del Big Bang, que llenó el universo de ondas gravitacionales. En 2015, se registró una señal de onda gravitacional, cuya forma coincidió con la predicción de la Relatividad General para la fusión de dos agujeros negros (GW150914). En 2017, los físicos Kip Thorne, Rainer Weiss y Barry Barish recibieron el Premio Nobel por este descubrimiento. También posteriormente, se registraron ondas gravitacionales que emanaban del evento de la fusión de dos estrellas de neutrones (GW170817). Sin embargo, las ondas gravitacionales de la inflación cósmica aún no se han registrado. Además, Steinhardt y Turok señalan que si su modelo es correcto, dichas ondas gravitacionales serán demasiado pequeñas para ser "detectadas".