Físicos exploran la posibilidad de vestigios de un universo previo al Big Bang

La Teoría del Big Bang es la más conocida y la más aceptada explicación para el principio y evolución del universo, pero los científicos todavía no están completamente seguros de ello.

El físico brasileño Juliano Cesar Neves es parte de un grupo de investigadores que se atreven a imaginar un origen diferente. En un estudio recientemente publicado en la revista Teoría General y Gravitación, Neves sugiere la eliminación de un elemento fundamental del modelo standard cosmológico: la necesidad de una singularidad del espacio-tiempo conocido como el Big Bang.

Al plantear esta posibilidad, Neves desafía la idea de que el tiempo tuvo un comienzo y reintroduce la posibilidad de que la actual expansión estuviera precedida por una contracción, “Yo creo que el Big Bang nunca sucedió”, afirma el físico, quien trabaja como investigador en el Instituto de Matemáticas, Estadística y Computación Científica de la Universidad de Campinas, en el estado de Sao Paulo, Brasil.

Para Neves, la etapa de expansión rápida espacio-temporal no excluye la posibilidad de una primera fase de contracción. Además, el cambio de contracción a expansión puede no haber destruido todos los vestigios de la fase anterior.

El artículo, que refleja el trabajo desarrollado bajo el Proyecto Temático “Física y geometría del espacio-tiempo”, considera las soluciones a las ecuaciones de la relatividad general que describen la geometría del cosmos y luego propone la introducción de un “factor de escala” que hace que la tasa en la cual el universo se expande no solo dependa del tiempo sino también de la “escala cosmológica”.

“Para medir la velocidad a la que el universo se está expandiendo con la cosmología estándar en la que hay un Big Bang, se usa una función matemática que depende solo del tiempo cosmológico”, dijo Neves, quién elaboró la idea con el profesor Alberto Vázquez.

Con el “factor de escala”, el Big Bang mismo, una singularidad cosmológica, deja de ser una condición necesaria para que el cosmos comience la expansión universal. Un concepto de las matemáticas que expresa indefinición, el término “singularidad”, fue utilizado por los cosmólogos para caracterizar el estado cosmológico primordial que existía hace 13,800 millones de años, cuando toda la materia y la energía estaba comprimida en un estado de densidad y temperatura infinitas, donde las leyes tradicionales de la física ya no se aplican.

La teoría del Big Bang tiene sus orígenes a finales de la década de 1920 cuando el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió que casi todas las galaxias se alejan unas de otras a velocidades cada vez más rápidas.

Desde la década de 1940 en adelante, los científicos guiados por la teoría general de la Relatividad de Einstein construyeron un modelo detallado de la evolución del universo desde el Big Bang. El modelo podría conducir a tres resultados posibles: la expansion infinita del universo a velocidades cada vez más altas; el estancamiento de la expansión de forma permanente; o un proceso invertido de retracción causado por la atracción gravitatoria ejercida por la masa del universo, conocida como Big Crunch.

“Eliminar la singularidad o el Big Bang trae de vuelta el universo que rebota en la etapa teórica de la cosmología. La ausencia de una singularidad al comienzo del espacio-tiempo abre la posibilidad de que los vestigios de una fase de contracción anterior puedan haber resistido el cambio de fase y aún así estar con nosotros en la expansión en curso del universo”, afirma Neves.

Neves conceptualiza que la “cosmología del rebote” tiene su origen en la hipótesis de que el Big Crunch cedería el paso de una sucesión eterna de universos, creando condiciones extremas de densidad y temperatura para instigar una nueva inversión en el proceso, dando paso a la expansión en otro rebote.

 

Vestigios de contracción.

Los agujero negros son el punto de partida de las investigaciones de Neves sobre un hipotético “universo de rebote”.

“¿Quién realmente sabe? puede haber restos de agujeros negros en la expansión en curso que datan de la fase de contracción anterior y pasaron intactos a través del cuello de botella producido por el rebote”, dice.

Consistente en el núcleo implosionado que queda después de la explosión de una estrella gigante, los agujeros negros son una especie de objeto cósmico cuyo núcleo se contrajo para formar una singularidad en el espacio-tiempo, un punto con densidad infinita y la fuente de atracción gravitatoria más fuerte jamás vista. Nada se puede escapar de esta atracción, ni siquiera la luz.

De acuerdo con Neves, un agujero negro no es definido por una singularidad, sino más bien por un horizonte de sucesos: una membrana que indica el punto de no retorno del que nada escapa al inexorable destino de ser devorado y destruido por la singularidad,
“Fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro regular, no hay cambios importantes, pero dentro de él, los cambios son profundos. Hay un espacio-tiempo diferente que evita la formación de una singularidad”, afirma el investigador.

El factor de escala formulado por Neves y Saa estuvo inspirado por el físico de los Estados Unidos James Bardeen. En 1968, Bardeen utilizó un truco matemático para modificar la solución a las ecuaciones de la Teoría General de la Relatividad, la cual describe los agujeros negros.

El truco consistía en pensar en la masa del agujero negro no como una constante, como había sido el caso anterior, sino como una función que depende de la distancia al centro del agujero negro. Con este cambio, un agujero negro diferente, denominado agujero negro regular, emergió a la solución de las ecuaciones. “Se permiten los agujeros negros regulares, ya que no violan la Relatividad General. El concepto no es nuevo y ha sido revisado con frecuencia en las últimas décadas”, dice Neves.

Dado que la inserción de un truco matemático en las ecuaciones de la Relatividad General podría evitar la formación de singularidades en los agujeros negros regulares, Neves consideró crear un artificio similar para eliminar la singularidad en un rebote regular.

En la ciencia moderna, una teoría no tiene valor si no se puede verificar, por bella e inspiradora que sea. ¿Cómo se prueba la hipótesis de un Big Bang que no comenzó con una singularidad? Buscando rastros de los eventos en una fase de contracción que pueden haber permanecido un la fase de expansión en curso. Los candidatos incluyen remanentes de agujeros negros de una fase previa de contracción universal que puede haber sobrevivido al rebote.

 

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: https://phys.org/news/2017-11-physicist-explores-possibility-vestiges-universe.html

 

 

 

 

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