Nuestro Universo se originó hace 13,7 mil millones de años, generado por el Big Bang, y durante varias generaciones, los científicos han estado tratando de comprender este fenómeno.
A finales de los años 20 del siglo XX, Edwin Hubble descubrió que todas las galaxias que vemos se dispersan --como fragmentos de una granada después de una explosión--, al mismo tiempo que el astrónomo y teólogo belga Georges Lemaitre planteaba su hipótesis (en 1931 se publicó en las páginas de "Nature"). Él cree que la historia del universo comenzó con la explosión del "átomo primario", y esto dio lugar al tiempo, el espacio y la materia (antes, a principios de la década de 1920, el científico soviético Alexander Fridman, analizando las ecuaciones de Einstein, también llegó a la conclusión de que "El universo fue creado a partir de un punto" y tomó "decenas de miles de millones de nuestros años habituales").
Al principio, los astrónomos rechazaron con vehemencia el razonamiento del teólogo belga. Porque la teoría del Big Bang se combinó perfectamente con la creencia cristiana en Dios el Creador. Durante dos siglos, los científicos han suprimido la penetración en la ciencia de cualquier tipo de especulación religiosa sobre el "principio de todos los principios". Y ahora Dios, expulsado de la naturaleza bajo el medido vaivén de las ruedas de la mecánica newtoniana, regresa inesperadamente. Viene envuelto en las llamas del Big Bang, y es difícil pensar en una imagen más triunfante de su apariencia.
Sin embargo, el problema no estaba solo en la teología: el Big Bang no obedeció las leyes de las ciencias exactas. El momento más importante de la historia del Universo fue incomprensible. En este punto singular (especial), ubicado en el eje del espacio-tiempo, la teoría general de la relatividad dejó de operar, porque la presión, la temperatura, la densidad energética y la curvatura del espacio se precipitaron hasta el infinito, es decir, perdieron todo significado físico. En este punto, todos esos segundos, metros y unidades astronómicas desaparecieron, se convirtieron no en cero, no en valores negativos, sino en su completa ausencia, en un sinsentido absoluto. Este punto es una brecha que no se puede superar sobre los zancos de la lógica o las matemáticas, un agujero en el tiempo y el espacio.
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No fue hasta finales de la década de 1960 que Roger Penrose y Stephen Hawking demostraron de manera convincente que, dentro del marco de la teoría de Einstein, la singularidad del Big Bang es inevitable. Sin embargo, esto no pudo facilitar el trabajo de los teóricos. ¿Cómo describir el Big Bang? ¿Cuál fue, por ejemplo, la causa de este evento? Después de todo, si ante él no había tiempo en absoluto, entonces no parecía haber ninguna razón que lo diera a luz.
Como entendemos ahora, para crear una teoría completa del Big Bang, es necesario vincular la doctrina de Einstein, que describe el espacio y el tiempo, con la teoría cuántica, que se ocupa de las partículas elementales y sus interacciones. Probablemente, puede pasar más de una década antes de que sea posible hacer esto y derivar una única "fórmula del universo".
¿Y dónde, por ejemplo, podría aparecer la enorme cantidad de energía que dio lugar a esta explosión de increíble poder? ¿Quizás fue heredado por nuestro Universo de su predecesor, que colapsó en un punto singular? Sin embargo, ¿entonces de dónde lo consiguió? ¿O la energía se vertió en el vacío primordial, del cual nuestro Universo se deslizó como una "burbuja de espuma"? ¿O los universos de la generación anterior transfieren energía a los universos de la generación más joven a través de los agujeros negros, esos puntos singulares, en cuyas profundidades, quizás, nacen nuevos mundos que nunca veremos? Sea como fuere, el Universo en tales modelos aparece como un "sistema abierto", que no se corresponde del todo con la imagen "clásica" del Big Bang: "No había nada, y de repente nació el universo".
El universo en el momento de la formación estaba en un estado extremadamente denso y caliente.
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¿O quizás, según algunos de los investigadores, nuestro Universo está generalmente … desprovisto de energía, o mejor dicho, su energía total es cero? La energía positiva de la radiación emitida por la materia se superpone a la energía negativa de la gravedad. Más y menos dan cero. Este notorio "0" parece ser la clave para comprender la naturaleza del Big Bang. De él, de "cero", de "nada", todo nació instantáneamente. Por casualidad. Espontáneamente. Sólo. Una desviación insignificante de 0 dio lugar a una avalancha universal de eventos. También se puede hacer tal comparación: una bola de piedra, en equilibrio sobre la parte superior de un Chomolungma tan delgado como una aguja, de repente se balanceó y rodó hacia abajo, creando una "avalancha de eventos".
1973: el físico Edward Trion de Estados Unidos trató de describir el proceso del nacimiento de nuestro universo, utilizando el principio de incertidumbre de Heisenberg, uno de los fundamentos de la teoría cuántica. Según este principio, cuanto más exactamente medimos la energía, por ejemplo, más incierto se vuelve el tiempo. Entonces, si la energía es estrictamente cero, entonces el tiempo puede ser arbitrariamente largo. Tan grande que, tarde o temprano, surgirá una fluctuación en el vacío cuántico del que nacerá el Universo. Esto conducirá al rápido crecimiento del espacio, aparentemente de la nada. “Es solo que los universos a veces nacen, eso es todo”, así que simplemente Trion explicó los antecedentes del Big Bang. Fue una gran explosión aleatoria. Eso es todo.
¿Podría volver a ocurrir el Big Bang?
Curiosamente, sí. Vivimos en un universo que todavía puede dar frutos y dar a luz mundos nuevos. Se han creado varios modelos que describen los "Big Bangs" del futuro.
¿Por qué, por ejemplo, en el mismo vacío que dio origen a nuestro Universo, no aparecen nuevas fluctuaciones? Quizás, durante estos 13,7 mil millones de años, un conjunto innumerable de mundos apareció junto a nuestro universo, que no se tocaron de ninguna manera. Tienen diferentes leyes de la naturaleza, hay diferentes constantes físicas. En la mayoría de estos mundos, la vida nunca podría surgir. Muchos de ellos mueren inmediatamente, colapsan. Pero en algunos Universos, ¡por pura casualidad! - hay condiciones bajo las cuales la vida es capaz de originarse.
Pero la cuestión no está sólo en el vacío que queda antes del comienzo de "todos los tiempos y pueblos". Las fluctuaciones cargadas de mundos futuros también pueden surgir en un vacío que se difunde en nuestro Universo, más precisamente, en la energía oscura que lo llena. Este tipo de modelo del "Universo renovador" fue desarrollado por el cosmólogo estadounidense, nativo de la Unión Soviética, Alexander Vilenkin. Estos nuevos "big bangs" no nos amenazan. No destruirán la estructura del Universo, no lo reducirán a cenizas, solo crearán un nuevo espacio más allá de los límites de nuestra observación y comprensión. Quizás, tales "explosiones", que marcan el nacimiento de nuevos mundos, ocurren en las profundidades de numerosos agujeros negros que salpican el espacio, cree el astrofísico estadounidense Lee Smolin.
Otro nativo de la URSS, residente en Occidente, el cosmólogo Andrei Linde cree que nosotros mismos somos capaces de crear un nuevo Big Bang, habiendo recolectado en algún punto del espacio una enorme cantidad de energía que excede un cierto límite crítico. Según sus cálculos, los ingenieros espaciales del futuro podrían tomar una pizca invisible de materia, solo unas pocas centésimas de miligramo, y condensarla hasta tal punto que la energía de este coágulo sea de 1015 gigalectronvoltios. Se formará un pequeño agujero negro, que comenzará a expandirse exponencialmente. Esto creará un "universo hijo" con su propio espacio-tiempo, separándose rápidamente de nuestro universo.
… Hay muchas cosas fantásticas en la naturaleza del Big Bang. Pero la validez de esta teoría está probada por una serie de fenómenos naturales. Estos incluyen la expansión observada del Universo, la imagen de la distribución de los elementos químicos, así como la radiación cósmica de fondo, que se llama la "reliquia del Big Bang".
¿Antes del Big Bang?
El mundo no existe para siempre. Se originó en las llamas del Big Bang. Sin embargo, ¿fue este un fenómeno único en la historia del espacio? ¿O un evento recurrente como el nacimiento de estrellas y planetas? ¿Qué pasa si el Big Bang es solo una fase de transición de un estado de Eternidad a otro?
Muchos físicos dicen que inicialmente había Algo y no Nada. Quizás nuestro universo, como otros, nació de un vacío cuántico elemental. Pero no importa cuán “mínimamente simple” sea tal estado, y menos que un vacío cuántico, las leyes de la física no lo permiten, no puede llamarse “Nada”.
¿Quizás el Universo que vemos es solo otro estado agregado de la Eternidad? ¿Y la extraña disposición de las galaxias y los cúmulos de galaxias, algo así como una red cristalina, que en el mundo n-dimensional que existía antes del nacimiento de nuestro Universo, tenía una estructura completamente diferente y que posiblemente fue predicha por la "fórmula para todo" que Einstein estaba buscando? ¿Y se encontrará en las próximas décadas? Los científicos miran atentamente a través del muro de lo Desconocido, que ha vallado nuestro universo, tratando de comprender lo que sucedió un momento antes, según nuestras ideas habituales, no había absolutamente nada. ¿Qué formas del cosmos Eterno se pueden imaginar dotando al tiempo y al espacio de esas cualidades que son inconcebibles en nuestro universo?
Algunas de las teorías más prometedoras en las que los físicos están tratando de exprimir toda una Eternidad son quizás la teoría de la geometría cuántica, la dinámica cuántica de espín o la gravedad cuántica. Las mayores contribuciones a su desarrollo las hicieron Abei Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin y Thomas Thiemann. Todas estas son las construcciones físicas más complejas, palacios enteros erigidos a partir de fórmulas e hipótesis, solo para ocultar el avance oculto en su profundidad y oscuridad, la singularidad del tiempo y el espacio.
La era de la singularidad
Los caminos indirectos de las nuevas teorías nos obligan a pasar por encima de las verdades aparentemente obvias. Entonces, en la geometría cuántica, el espacio y el tiempo, previamente infinitamente fragmentados, de repente se rompen en islas separadas: porciones, cuantos, menos de lo que no hay nada. Todos los puntos singulares se pueden incrustar en estos "cantos rodados". El propio espacio-tiempo se convierte en un entrelazamiento de estructuras unidimensionales, una "red de giros", es decir, se convierte en una estructura discreta, una especie de cadena, tejida a partir de eslabones separados.
El volumen del bucle de espacio más pequeño posible es de solo 10-99 centímetros cúbicos. Este valor es tan pequeño que en un centímetro cúbico hay muchos más cuantos de espacio que esos mismos centímetros cúbicos en el Universo que observamos (su volumen es de 1085 centímetros en un cubo). No hay nada dentro de los cuantos del espacio, no hay energía, no importa - al igual que dentro de un punto matemático - por definición - no hay triángulo ni icosaedro. Pero si aplicamos la hipótesis del "tejido submicroscópico del universo" para describir el Big Bang, obtenemos resultados asombrosos, como han demostrado Abei Ashtekar y Martin Bojovald de la Universidad de Pensilvania.
Si reemplazamos las ecuaciones diferenciales en la teoría estándar de la cosmología, que asume un flujo continuo del espacio, por otras ecuaciones diferenciales derivadas de la teoría de la geometría cuántica, entonces la misteriosa singularidad desaparece. La física no termina donde comienza el Big Bang: esta es la primera conclusión alentadora de los cosmólogos, que se negaron a aceptar las propiedades del universo visible para nosotros como la verdad última.
En la teoría de la gravedad cuántica, se supone que nuestro Universo (como todos los demás) nació como resultado de una fluctuación aleatoria del vacío cuántico, un entorno macroscópico global en el que no había tiempo. Cada vez que aparece una fluctuación de cierto tamaño en un vacío cuántico, nace un nuevo Universo. Se “bifurca” del entorno homogéneo en el que se formó y comienza su propia vida. Ahora tiene su propia historia, su propio espacio, su propio tiempo, su propia flecha del tiempo.
En la física moderna, se han creado una serie de teorías que muestran cómo a partir de un entorno eternamente existente, donde no existe el macro-tiempo, pero en algunos puntos de los cuales fluye su micro-tiempo, puede surgir un mundo tan enorme como el nuestro.
Por ejemplo, los físicos Gabriele Veneziano y Maurizio Gasperini de Italia, en el marco de la teoría de cuerdas, sugieren que el llamado "vacío de cuerdas" existió originalmente. Las fluctuaciones cuánticas aleatorias en él llevaron al hecho de que la densidad de energía alcanzó un valor crítico, y esto provocó un colapso local. Que terminó con el nacimiento de nuestro Universo desde el vacío.
En el marco de la teoría de la geometría cuántica, Abei Ashtekar y Martin Bojovald demostraron que el espacio y el tiempo pueden surgir de estructuras fundamentales más primitivas, a saber, "redes de espín".
Eckhard Rebhan de la Universidad de Düsseldorf e -independientemente de él- George Ellis y Roy Maartens de la Universidad de Ciudad del Cabo desarrollan la idea de un "universo estático", que ya habían reflexionado Albert Einstein y el astrónomo británico Arthur Eddington. En su búsqueda por prescindir de los efectos de la gravedad cuántica, Rebhan y sus colegas idearon un espacio esférico que se encuentra en medio de un vacío eterno (o, si lo prefiere, una eternidad vacía), donde no hay tiempo. Debido a cierta inestabilidad, aquí se desarrolla un proceso inflacionario que conduce a un Big Bang caliente.
Por supuesto, los modelos enumerados son especulativos, pero corresponden fundamentalmente al nivel moderno de desarrollo de la física y los resultados de las observaciones astronómicas de las últimas décadas. En cualquier caso, una cosa está clara. El Big Bang fue más un evento natural y ordinario, y no único.
¿Nos ayudará este tipo de teoría a comprender qué pudo haber sucedido antes del Big Bang? Si nació el universo, ¿qué le dio a luz? ¿Dónde aparece la "huella genética" de su padre en las teorías modernas de la cosmología? 2005 - Abei Ashtekar, por ejemplo, hizo públicos los resultados de sus nuevos cálculos (Tomasz Pavlovsky y Paramprit Singh ayudaron a realizarlos). De ellos quedó claro que si las premisas iniciales son correctas, entonces existía el mismo espacio-tiempo antes del Big Bang que después de este evento. La física de nuestro universo, como en un espejo, se reflejó en la física del otro mundo. En estos cálculos, el Big Bang, como una pantalla de espejo, atravesó la Eternidad, colocándose junto a lo incompatible: la naturaleza y su reflejo. ¿Y qué es la autenticidad aquí, qué es un fantasma?
Lo único que se puede ver "desde el otro lado del cristal del espejo" es que el Universo no se estaba expandiendo en ese momento, sino que se estaba contrayendo. El Big Bang se convirtió en el punto de su colapso. En ese momento, el espacio y el tiempo se interrumpieron por un momento para volver a reflejarse, para continuar, para elevarse como un fénix en el mundo que ya nos es familiar, ese universo, que medimos con nuestras fórmulas, códigos y números. El universo se ha vuelto literalmente del revés, como un guante o una camisa, y se ha expandido constantemente desde entonces. El Big Bang no fue, según Ashtekar, "la creación de todo el Universo a partir de la Nada", sino que fue solo una transición de una forma dinámica de Eternidad a otra. Quizás el Universo está atravesando una serie interminable de "big bangs", y estas decenas de miles de millones (o lo que sea) de años que separan sus fases individuales son solo períodos del "sinusoide cósmico".según las leyes de las que vive el universo?
Recomendado para ver: "¿Quién creó el universo? El Big Bang: una importante explicación científica: todos los argumentos"
A. Volkov
