miércoles, noviembre 20, 2013

¿Y si el Big Bang no existió? | Teknociencia.com

¿Y si el Big Bang no existió?

Proponen que nuestro universo se originaría a partir del colapso estelar de una supernova de un universo de dimensión superior.
El Big Bang lo tenemos asumido como el mejor paradigma posible para explicar el origen del Universo, pero de vez en cuando aparece alguna alternativa. Al fin y al cabo, algunos aspectos del Big Bang no están del todo claros y otros han sido resueltos de manera poco elegante, aunque todos las medidas experimentales apoyan hasta ahora este modelo.
En 2000 se publicó un trabajo interesante realizado por Gia Dvali, de la Universidad Ludwig Maximilians en Munich, y sus colaboradores. Este grupo de físicos propuso un mecanismo por el cual una gravedad newtoniana tridimensional podía emerger a partir de un espacio cuatrimensional (a partir de este punto vamos a obviar la dimensión temporal que asumiremos siempre presente).
A este trabajo no se les prestó mucha atención hasta que recientemente Niayesh Afshordi, del Perimeter Institute for Theoretical Physics en Waterloo (Canada), y sus colaboradores desarrollaron un poco más esta idea. Publicaron hace unos días sus hallazgos en el repositorio ArXiv.
Quizás lo que percibimos como universo y como Big Bang no sea más que una apariencia y que, en realidad, nuestro universo no es más que una brana tridimensional dentro de un espacio cuatridimensional producto de un colapso estelar de un universo superior.
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En ese universo cuatrimensional habría estrellas cuatridimensionales que, si fueran masivas, colapsarían en agujeros negros. Esos agujeros negros tendrían un horizonte de sucesos cuya “superficie” sería tridimensional. Pues bien, según este nuevo trabajo, las condiciones de una brana en las cercanías de ese horizonte según colapsa la estrella original parecen remedar las condiciones del Big Bang.
El modelo del Big Bang presenta el problema de que no hay mecanismo que permita a partir de la singularidad inicial en t=0 generar el propio Big Bang. Es de suponer que una teoría cuántica de gravedad podría arrojar un poco de luz sobre el asunto, pero de momento no tenemos esa teoría. El propio Big Bang se asume como un hecho demostrado por varias pruebas experimentales que apoyan lo que pasó justo después, pero no sobre instante inicial.
Otro problema que presentaba el Big Bang es la gran homogeneidad e isotropía del Universo. Miremos a donde miremos todo parece ser muy parecido, sobre todo el fondo cósmico de microondas. Pero no hubo tiempo para que todo termalizase y se pusiera a la misma temperatura. La solución a esto vino de la idea de la Inflación. Según esta hipótesis el Universo experimento una expansión muy acelerada (hiperlumínica, pues el límite de la velocidad de la luz es aplicable a los objetos que se mueven dentro del espacio, pero no se aplica a la expansión del propio espacio). El universo observable sería una pequeña parte de un universo mucho mayor y este universo observable provendría de un pequeño punto ya termalizado antes de la inflación y por eso se nos antoja ahora homogéneo e isótropo. La inflación habría además amplificado las pequeñas fluctuaciones primordiales que habrían introducido pequeñas inhomogeneidades en donde la gravedad pudo hacer crecer las galaxias. Estas pequeñas fluctuaciones son las que supuestamente se aprecian en el fondo cósmico de radiación gracias a las misiones WMAP y Planck.
No está claro qué pudo provocar la inflación. Se ha asumido que pudo hacerlo un campo escalar mediado por una partícula denominada inflatón. Incluso algunas versiones del bosón de Higgs podrían haber hecho el trabajo. El problema es que la inflación pudo haber sido demasiado caótica como para poder conseguir la homogeneidad que precisamente trata de imponer. Tampoco se ha encontrado aún el campo o partícula responsable de la inflación.
Este equipo de investigadores ha estudiado en detalle la explosión y colapso de una estrella cuatrimensional. Descubrieron que en este caso la eyección de material estelar en una brana tridimensional por encima del horizonte de sucesos describe muy bien lo que llamamos Big Bang, solucionando el problema de la homogeneidad, pues nuestra brana 3D heredaría la termalización del universo 4D previo. Además, en este modelo no hay una singularidad inicial. Esa brana estaría en expansión y encajaría con la expansión que observamos. Si se extrapola esa expansión hacia atrás en el tiempo parecería que hubo un Big Bang y una singularidad inicial, pero no sería más que una apariencia.
Lo bueno de esta idea es que proporciona predicciones contrastables (es un requerimiento para que sea científica). Predice unos patrones en el fondo cósmico de microondas que pueden ser medidos.
Lo malo es que los patrones observados encajan mejor con el modelo Big Bang inflacionario que con esta idea. Afshordi espera resolver esta discrepancia de un 4% de alguna manera en el próximo futuro.
El otro gran problema es que no resuelve el origen del Universo, pues retrotrae el problema a un universo cutrimensional previo. Es el mismo problema que tiene la panspermia. Si la vida llegó a la Tierra desde fuera, ¿cómo surgió la vida en ese otro sitio?
Actualización:
Esta propuesta es distinta de aquella que mantiene que un agujero negro de nuestro universo puede dar lugar en su interior a otro universo y sobre la que, por ejemplo, Smolin se basa para su ideo de la selección darwiniana de universos.
Teoría actual del Big Bang
La teoria del Big Bang y el origen del Universo
El Big Bang, literalmente gran estallido, constituye el momento en que de la "nada" emerge toda la materia, es decir, el origen del Universo. La materia, hasta ese momento, es un punto de densidad infinita, que en un momento dado "explota" generando la expansión de la materia en todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo.
Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un globo éste va ocupando más espacio expandiendo su superficie. Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día.
En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos. Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo, la teoría de Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble.
Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 K (-270 °C). Estos vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por los radioastrónomos en 1965, proporcionando así lo que la mayoría de los astrónomos consideran la confirmación de la teoría del Big Bang.
Uno de los problemas sin resolver en el modelo del Universo en expansión es si el Universo es abierto o cerrado (esto es, si se expandirá indefinidamente o se volverá a contraer).
Un intento de resolver este problema es determinar si la densidad media de la materia en el Universo es mayor que el valor crítico en el modelo de Friedmann. La masa de una galaxia se puede medir observando el movimiento de sus estrellas; multiplicando la masa de cada galaxia por el número de galaxias se ve que la densidad es sólo del 5 al 10% del valor crítico. La masa de un cúmulo de galaxias se puede determinar de forma análoga, midiendo el movimiento de las galaxias que contiene. Al multiplicar esta masa por el número de cúmulos de galaxias se obtiene una densidad mucho mayor, que se aproxima al límite crítico que indicaría que el Universo está cerrado. La diferencia entre estos dos métodos sugiere la presencia de materia invisible, la llamada materia oscura, dentro de cada cúmulo pero fuera de las galaxias visibles. Hasta que se comprenda el fenómeno de la masa oculta, este método de determinar el destino del Universo será poco convincente.
Muchos de los trabajos habituales en cosmología teórica se centran en desarrollar una mejor comprensión de los procesos que deben haber dado lugar al Big Bang. La teoría inflacionaria, formulada en la década de 1980, resuelve dificultades importantes en el planteamiento original de Gamow al incorporar avances recientes en la física de las partículas elementales. Estas teorías también han conducido a especulaciones tan osadas como la posibilidad de una infinidad de universos producidos de acuerdo con el modelo inflacionario. Sin embargo, la mayoría de los cosmólogos se preocupa más de localizar el paradero de la materia oscura, mientras que una minoría, encabezada por el sueco Hannes Alfvén, premio Nobel de Física, mantienen la idea de que no sólo la gravedad sino también los fenómenos del plasma, tienen la clave para comprender la estructura y la evolución del Universo.

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