Una de las preguntas más importantes sobre nuestro universo es de dónde vino todo. Cuando descubrimos que las espirales gigantes en el cielo eran galaxias no muy diferentes de nuestra propia Vía Láctea, comenzamos a comprender la magnitud de lo que percibimos. Estas distantes “islas del universo” no están en la Vía Láctea: son colecciones de miles de millones o billones de estrellas, separadas por millones o miles de millones de años luz en el espacio.
Cuando descubrimos que cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, más rápido abandona nuestra perspectiva, algo curioso se abrió ante nosotros, lo cual es consistente con la relatividad general: quizás no son las galaxias las que se están alejando de nuestra ubicación, sino que el tejido del espacio mismo se está expandiendo. Si es así, entonces el universo no solo debe expandirse, sino también enfriarse, y la longitud de onda de la luz debe extenderse a energías cada vez más bajas con el tiempo. Además, podemos extrapolar esto no solo hacia adelante sino también hacia atrás: en un momento en que el universo era más pequeño.
Mirando en esta dirección, vemos que el universo era más denso, más caliente, se expandía más rápido y era más compacto. En su más temprana juventud, el universo era tan enérgico que los átomos neutros se rompieron, e incluso antes de eso, no podían formar ni siquiera núcleos atómicos individuales.
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Tal imagen, el Big Bang, fue confirmada por el descubrimiento de la radiación reliquia, el fondo cósmico de microondas, las mediciones de su espectro y fluctuaciones, así como el descubrimiento de los elementos primarios que han permanecido desde entonces. Pero por muy tentador que sea volver a un estado extremadamente caliente y denso, a una singularidad, es simplemente imposible en nuestro universo.
Verá, hay algunos problemas serios que surgen si intenta retroceder hasta aquí:
- El universo no se expandiría indefinidamente, no colapsaría inmediatamente, no permitiría que se formaran estrellas o galaxias, si la tasa de expansión inicial y la densidad de energía no estuvieran perfectamente equilibradas.
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- El universo tendría diferentes temperaturas en diferentes direcciones - que no observamos - si algo no condujera a una distribución uniforme de la temperatura.
- El universo estaría lleno de reliquias de alta energía que nunca se han encontrado, como resultado de una extrapolación arbitraria al pasado.
Y nuevamente, cuando observamos el universo, vemos estrellas y galaxias; tiene la misma temperatura en todas las direcciones; no se ven reliquias de alta energía.
La solución a estos problemas fue la teoría de la inflación cósmica, que reemplazó la idea de una singularidad por un período de expansión exponencial del espacio y que prescribió unas condiciones iniciales tales que no podía haber un Big Bang. Además, la inflación ha hecho seis predicciones de lo que deberíamos observar en nuestro universo:
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- Universo perfectamente plano.
- Un universo con fluctuaciones en una escala mayor que la luz podría superar.
- Un universo con una temperatura máxima que no será arbitrariamente alta.
- el Universo, cuyas fluctuaciones eran adiabáticas, o igual entropía en todas partes.
- El Universo, cuyo espectro de fluctuaciones fue ligeramente menor que la naturaleza invariante de escala (n_s <1).
- Finalmente, el Universo con un cierto espectro de fluctuaciones de ondas gravitacionales.
El primero ha sido confirmado, el sexto aún se está buscando.
La siguiente pregunta lógica sobre nuestros orígenes será, por supuesto, ¿de dónde vino la inflación? ¿Fue este estado eterno en relación con el pasado (es decir, no tuvo origen y siempre existió) hasta el final y la creación del Big Bang? ¿Este estado tuvo un comienzo cuando emergió del estado no inflacionario del espacio-tiempo en algún momento específico del pasado? ¿O estaba en un estado cíclico cuando el tiempo estaba encerrado en un bucle?
Lo difícil de esto es que no hay nada que pudiéramos observar en nuestro Universo, lo que nos permitió elegir una de estas tres opciones. En todos los modelos de inflación, excepto en los más inverosímiles (y en los que no hemos excluido), nuestro universo solo se ha visto afectado por los últimos 10 (-33) segundos de inflación más o menos. La naturaleza exponencial de la inflación borra cualquier información que nació antes de ella, separándola de todo lo que podemos observar, sacándola de nuestro universo observable.
Pero lo que nos queda en la forma del Universo observable es enorme: 46 mil millones de años luz de radio, 1012 galaxias, 1024 estrellas, 1080 átomos y alrededor de 1090 fotones. Pero estos números, aunque astronómicos, son finitos y no nos dan ninguna información sobre lo que sucedió en el universo antes de esta pequeña última fracción de segundo de inflación. Podemos hacer cálculos teóricos para intentar exprimir algunas suposiciones más, pero todas dependerán del modelo elegido. Con la excepción de unos pocos modelos específicos que dejarían huellas observables en nuestro universo (la mayoría no), no tenemos forma de saber cómo, o incluso si, el universo tuvo su comienzo.
La cantidad total de información disponible para nosotros en el Universo es limitada, y con ella la cantidad de conocimiento que podemos obtener al respecto. Sin embargo, todavía queda mucho por aprender, todavía hay mucho que la ciencia no conoce. Pero hay algunas cosas que probablemente nunca sabremos. El universo puede ser infinito, pero nuestro conocimiento de él nunca lo será.
