Se sorprenderá al saber que nuestro universo es en realidad bastante simple: son nuestras teorías cosmológicas las que resultan ser innecesariamente complejas, dice uno de los principales físicos teóricos del mundo. Tal conclusión puede parecer ilógica: al final, para comprender la verdadera complejidad de la naturaleza, uno tiene que pensar más ampliamente, estudiar las cosas en escalas cada vez más pequeñas, agregar nuevas variables a las ecuaciones, inventar una física "nueva" y "exótica". Algún día descubriremos qué es la materia oscura, tendremos una idea de dónde se esconden las ondas gravitacionales inusuales, si tan solo nuestros modelos teóricos se vuelven más desarrollados y más … complejos.
Este no es el caso, dice Neil Turok, director del Instituto Perimetral de Física Teórica en Ontario, Canadá. Según Turok, si el universo, en las escalas más grande y más pequeña, nos dice algo, es sobre su increíble simplicidad. Pero para comprender esto completamente, necesitamos una revolución en la física.
En una entrevista con Discovery, Turok señaló que los principales descubrimientos de las últimas décadas han confirmado la estructura del Universo en escalas cosmológicas y cuánticas.
"A gran escala, mapeamos todo el cielo, el fondo cósmico de microondas, y medimos la evolución del universo, cómo cambió, cómo se expandió … y estos descubrimientos muestran que el universo es sorprendentemente simple", dice. "En otras palabras, puede describir la estructura del Universo, su geometría, la densidad de la materia con un solo número".
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La conclusión más emocionante de este razonamiento es que es más fácil describir la geometría del universo con un solo número que describir numéricamente el átomo más simple que conocemos, el átomo de hidrógeno. La geometría del átomo de hidrógeno se describe mediante tres números que se derivan de las características cuánticas de un electrón en su órbita alrededor de un protón.
“Esto nos dice que el universo es uniforme, pero tiene un pequeño nivel de fluctuación, que se describe con este número. Y eso es todo. El universo es lo más simple que conocemos.
En algún lugar en el extremo opuesto de la escala, sucedió algo similar cuando los físicos exploraron el campo de Higgs utilizando la máquina más compleja jamás construida por humanos, el Gran Colisionador de Hadrones. Cuando los físicos descubrieron históricamente la partícula mediadora de Higgs, el bosón de Higgs en 2012, resultó ser el tipo más simple descrito por el Modelo Estándar de partículas.
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“La naturaleza usa la solución más pequeña, el mecanismo más pequeño imaginable, para dar a las partículas su masa, su carga eléctrica, etc.”, dice Turok.
Los físicos del siglo XX nos enseñaron que si aumenta la precisión y profundiza en el mundo cuántico, encontrará un zoológico de nuevas partículas. Debido a que los resultados experimentales produjeron mucha información cuántica, los modelos teóricos predijeron cada vez más partículas y fuerzas. Pero ahora hemos llegado a una encrucijada en la que muchas de nuestras ideas teóricas avanzadas acerca de lo que se encuentra "más allá" de nuestra comprensión actual de la física están esperando algunos resultados experimentales que respalden predicciones inusuales.
“Estamos en una situación extraña en la que el Universo nos habla; nos dice que es extremadamente simple. Al mismo tiempo, las teorías que han sido populares (los últimos 100 años de la física) son cada vez más complejas, arbitrarias e impredecibles”, dice.
El turco apunta a la teoría de cuerdas, que ha sido catalogada como la "teoría de la unificación definitiva", que reúne todos los secretos del universo en un paquete ordenado. Y también buscando evidencia de inflación - la rápida expansión del Universo que experimentó casi inmediatamente después del Big Bang hace unos 14 mil millones de años - en forma de ondas gravitacionales primordiales grabadas contra el fondo cósmico de microondas, el "eco" del Big Bang. Pero cuando buscamos evidencia experimental, nos agarramos a las pajitas; la evidencia experimental simplemente no está de acuerdo con nuestras insoportablemente complejas teorías.
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Nuestros orígenes cósmicos
El trabajo teórico de Turok está dedicado al origen del universo, un tema que ha recibido mucha atención en los últimos meses.
El año pasado, la colaboración BICEP2, que utiliza un telescopio en el Polo Sur para estudiar el CMB, anunció la detección de señales de ondas gravitacionales primarias. Esta es una especie de "santo grial" de la cosmología: el descubrimiento de ondas gravitacionales generadas por el Big Bang puede confirmar las teorías inflacionarias del Universo. Desafortunadamente para el equipo BICEP2, anunciaron el "descubrimiento" incluso antes de que el Telescopio Espacial Europeo Planck (que también mapea el fondo de microondas) mostrara que la señal BICEP2 fue causada por polvo en nuestra galaxia, no por ondas gravitacionales antiguas.
¿Y si las ondas gravitacionales primordiales nunca lo encuentran? Muchos teóricos que han puesto sus esperanzas en un Big Bang seguido de un período de rápida inflación pueden sentirse decepcionados, pero, según Turok, "esto será un poderoso indicio" de que el Big Bang (en el sentido clásico) puede no ser el comienzo absoluto del universo.
“Lo más difícil para mí es describir matemáticamente el Big Bang en sí”, agrega Turok.
Quizás un modelo cíclico de la evolución del universo, cuando nuestro universo colapsa y comienza de nuevo, encajaría mejor con las observaciones. Estos modelos inusuales no necesitan producir ondas gravitacionales primordiales, y si estas ondas no se detectan, quizás nuestras teorías inflacionarias deban mejorarse.
Con respecto a las ondas gravitacionales que se predice que serán generadas por el movimiento rápido de objetos masivos en nuestro universo moderno, Turok confía en que hemos alcanzado tal grado de sensibilidad que nuestros detectores las detectarán pronto, confirmando una de las predicciones de Einstein sobre el espacio-tiempo. "Esperamos ver ondas gravitacionales de la colisión de agujeros negros en los próximos cinco años".
¿La próxima revolución?
Desde las escalas más grandes a las más pequeñas, el universo parece ser "sin escala"; en otras palabras, no importa qué escala espacial o energética mire, no hay nada "especial" en la escala. Y esta conclusión habla a favor del hecho de que el Universo tiene una naturaleza mucho más simple de lo que sugieren las teorías modernas.
“Esta es una crisis, pero una crisis en el mejor de los casos”, dice Turok.
Por lo tanto, para explicar el origen del universo y aceptar algunos de los misterios más misteriosos de nuestro universo, como la materia oscura y la energía oscura, es posible que tengamos que mirar el espacio de manera completamente diferente. Esto requerirá una revolución en la comprensión de la física, un enfoque revolucionario comparable en fuerza a la comprensión de Einstein de que el espacio y el tiempo son dos caras de la misma moneda, cuando se formó la relatividad general.
“Necesitamos una visión completamente diferente de la física fundamental. Ha llegado el momento de ideas radicalmente nuevas”, concluye Turok, señalando que ahora es un gran momento para que los jóvenes estudien física teórica, ya que es la próxima generación la que probablemente cambiará nuestra comprensión del Universo.
Ilya Khel
