Las preguntas del título no suelen ser discutidas por los físicos, ya que no existe una teoría generalmente aceptada capaz de responderlas. Sin embargo, recientemente, dentro del marco de la gravedad cuántica de bucles, todavía era posible rastrear la evolución de un modelo simplificado del Universo en el tiempo, hasta el momento del Big Bang, e incluso mirar más allá. En el camino, quedó claro cómo aparece el tiempo en este modelo. Las observaciones del Universo muestran que incluso en las escalas más grandes no es en absoluto estacionario, sino que evoluciona con el tiempo.
Si, sobre la base de las teorías modernas, esta evolución se remonta en el tiempo, resulta que la parte actualmente observada del Universo era antes más caliente y más compacta que ahora, y fue iniciada por el Big Bang, un cierto proceso de emergencia del Universo a partir de una singularidad: una situación especial para la cual las leyes modernas los físicos no son aplicables.
Los físicos no están contentos con este estado de cosas: quieren comprender el proceso del Big Bang en sí. Es por eso que ahora se están realizando numerosos intentos para construir una teoría que sea aplicable a esta situación. Dado que la gravedad fue la fuerza principal en los primeros momentos después del Big Bang, se cree que este objetivo solo se puede lograr dentro del marco de la teoría cuántica de la gravedad, que aún no se ha construido.
En un momento, los físicos habían esperado que la gravedad cuántica se describiera en términos de la teoría de supercuerdas, pero la reciente crisis de las teorías de supercuerdas ha sacudido esa confianza. En tal situación, más atención comenzó a atraer otros enfoques a la descripción de los fenómenos gravitacionales cuánticos y, en particular, la gravedad cuántica de bucles.
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Es en el marco de la gravedad cuántica de bucles donde se ha obtenido recientemente un resultado muy impresionante. Resulta que la singularidad inicial desaparece debido a efectos cuánticos. El Big Bang deja de ser un punto especial y es posible no solo trazar su curso, sino también indagar en lo que fue antes del Big Bang.
La gravedad cuántica de bucles es fundamentalmente diferente de las teorías físicas convencionales e incluso de la teoría de supercuerdas. Los objetos de la teoría de supercuerdas, por ejemplo, son varios hilos y membranas multidimensionales que, sin embargo, vuelan en el espacio y el tiempo preparados de antemano para ellos. La cuestión de cómo surgió exactamente este espacio-tiempo multidimensional no puede resolverse en tal teoría.
En la teoría del bucle de la gravedad, los objetos principales son pequeñas células cuánticas del espacio, conectadas entre sí de cierta manera. La ley de su conexión y su estado se rigen por algún campo que existe en ellos. La magnitud de este campo es para estas células una especie de "tiempo interno": la transición de un campo débil a un campo más fuerte se ve exactamente como si hubiera algún tipo de "pasado" que influiría en algún tipo de "futuro". Esta ley está dispuesta de tal manera que para un universo suficientemente grande con una concentración de energía baja (es decir, lejos de la singularidad), las células parecen "fusionarse" entre sí, formando el espacio-tiempo "continuo" que nos es familiar.
Los autores del artículo argumentan que todo esto ya es suficiente para resolver el problema de lo que le sucede al universo al acercarse a la singularidad. Las soluciones de las ecuaciones obtenidas por ellos mostraron que bajo la extrema "compresión" del universo, el espacio "se desmorona", la geometría cuántica no permite que su volumen se reduzca a cero, inevitablemente se produce una parada y la expansión comienza de nuevo. Esta secuencia de estados se puede rastrear tanto hacia adelante como hacia atrás en el "tiempo", lo que significa que en esta teoría, antes del Big Bang, hay inevitablemente un "Big Bang": el colapso del universo "anterior". Además, las propiedades de este universo anterior no se pierden en el proceso de colapso, sino que se transfieren sin ambigüedades a nuestro universo.
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Sin embargo, los cálculos descritos se basan en algunos supuestos simplificadores sobre las propiedades del campo universal. Aparentemente, las conclusiones generales se conservarán incluso sin tales supuestos, pero esto aún debe verificarse. Será muy interesante seguir el desarrollo de estas ideas.
