Mientras haya humanidad, tanta e intente comprender la estructura del universo. Sí, muchos dicen que esto es "un alboroto inútil", que realmente no sabemos nada, y no aprenderemos nada en las próximas generaciones, y tal vez incluso hasta el final de la civilización humana. Bueno, tal vez tengan razón, pero especulemos …
La teoría del Big Bang se ha convertido casi tanto en un modelo cosmológico generalmente aceptado como la rotación de la Tierra alrededor del Sol. Según la teoría, hace unos 14 mil millones de años, oscilaciones espontáneas en el vacío absoluto llevaron al surgimiento del universo. Algo del tamaño de una partícula subatómica se expandió a tamaños inimaginables en una fracción de segundo. Pero en esta teoría, hay muchos problemas por los que los físicos están luchando, planteando cada vez más hipótesis nuevas.
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Entonces, ¿qué hay de malo en la teoría del Big Bang?
¿Qué pasa con la teoría del Big Bang?
1. DE LA TEORÍA se deduce que todos los planetas y estrellas se formaron a partir del polvo esparcido por el espacio como resultado de la explosión. Pero lo que lo precedió no está claro: aquí nuestro modelo matemático del espacio-tiempo deja de funcionar. El universo surgió de un estado singular inicial al que no se puede aplicar la física moderna. La teoría tampoco considera las causas de la singularidad o materia y energía para su ocurrencia. Se cree que la respuesta a la cuestión de la existencia y origen de la singularidad inicial vendrá dada por la teoría de la gravedad cuántica.
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2. LA MAYORÍA DE LOS MODELOS COSMOLÓGICOS PREDICEN que todo el universo es mucho más grande que la porción observable: una región esférica con un diámetro de aproximadamente 90 mil millones de años luz. Solo vemos esa parte del Universo, cuya luz logró llegar a la Tierra en 13.8 mil millones de años. Pero los telescopios están mejorando, estamos detectando cada vez más objetos distantes y hasta ahora no hay razón para creer que este proceso se detendrá.
3. DESDE EL MOMENTO DE LA GRAN EXPLOSIÓN EL UNIVERSO SE EXPANDE CON ACELERACIÓN. El misterio más difícil de la física moderna es la cuestión de qué causa la aceleración. Según una hipótesis de trabajo, el universo contiene un componente invisible llamado "energía oscura". La teoría del Big Bang no explica si el universo se expandirá indefinidamente y, de ser así, a dónde conducirá, a su desaparición o algo más.
4. AUNQUE LA MECÁNICA DE NEWTON SOBRESALIZA POR LA FÍSICA RELATIVISTA, no se puede llamar errónea. Sin embargo, la percepción del mundo y los modelos para describir el universo han cambiado por completo. La teoría del Big Bang predijo una serie de cosas que antes no se conocían. Por lo tanto, si otra teoría aparece en su lugar, entonces debería ser similar y ampliar la comprensión del mundo.
Nos centraremos en las teorías más interesantes que describen modelos alternativos del Big Bang.
El universo es como un espejismo de un agujero negro
El universo se originó a partir del colapso de una estrella en un universo de cuatro dimensiones, dicen los científicos del Instituto Perimetral de Física Teórica. Los resultados de su investigación se publicaron en Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann y Razi Purhasan dicen que nuestro universo tridimensional se convirtió en una especie de "espejismo holográfico" cuando una estrella de cuatro dimensiones colapsó. A diferencia de la teoría del Big Bang, según la cual el universo surgió de un espacio-tiempo extremadamente caliente y denso, donde no se aplican las leyes estándar de la física, la nueva hipótesis sobre el universo tetradimensional explica tanto las razones del origen como su rápida expansión
Según el escenario formulado por Afshordi y sus colegas, nuestro universo tridimensional es una especie de membrana que flota a través de un universo aún más voluminoso que ya existe en cuatro dimensiones. Si sus propias estrellas de cuatro dimensiones existieran en este espacio de cuatro dimensiones, también explotarían, al igual que las tridimensionales en nuestro Universo. La capa interior se convertiría en un agujero negro y la capa exterior sería arrojada al espacio.
En nuestro universo, los agujeros negros están rodeados por una esfera llamada horizonte de eventos. Y si en el espacio tridimensional este borde es bidimensional (como una membrana), entonces en el universo tetradimensional el horizonte de eventos estará limitado por una esfera que existe en tres dimensiones. Las simulaciones por computadora del colapso de una estrella de cuatro dimensiones han demostrado que su horizonte de eventos tridimensional se expandirá gradualmente. Esto es lo que observamos, llamando al crecimiento de la membrana 3D la expansión del Universo, creen los astrofísicos.
Gran congelamiento
Una alternativa al Big Bang podría ser el Big Freeze. Un equipo de físicos de la Universidad de Melbourne, dirigido por James Kvatch, presentó un modelo del nacimiento del Universo, que se parece más a un proceso gradual de congelación de energía amorfa que a su salpicadura y expansión en tres direcciones del espacio.
La energía sin forma, según los científicos, es como el agua enfriada hasta la cristalización, creando las habituales tres dimensiones espaciales y una temporal.
The Big Freeze Theory arroja dudas sobre la afirmación actualmente aceptada de Albert Einstein sobre la continuidad y suavidad del espacio y el tiempo. Es posible que el espacio tenga sus partes constituyentes: bloques de construcción indivisibles como átomos diminutos o píxeles en gráficos por computadora. Estos bloques son tan pequeños que no se pueden observar, sin embargo, siguiendo la nueva teoría, se pueden detectar defectos que deberían refractar los flujos de otras partículas. Los científicos han calculado tales efectos utilizando un aparato matemático y ahora intentarán detectarlos experimentalmente.
Un universo sin principio ni fin
Ahmed Farag Ali de la Universidad de Benha en Egipto y Sauria Das de la Universidad de Lethbridge en Canadá han propuesto una nueva solución al problema de la singularidad abandonando el Big Bang. Introdujeron las ideas del famoso físico David Bohm en la ecuación de Friedman que describe la expansión del universo y el Big Bang. “Es sorprendente que las pequeñas enmiendas puedan potencialmente resolver tantos problemas”, dice Das.
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El modelo resultante combina la relatividad general y la teoría cuántica. No solo niega la singularidad que precedió al Big Bang, sino que tampoco permite que el universo se contraiga a su estado original con el tiempo. Según los datos obtenidos, el universo tiene un tamaño finito y una vida infinita. En términos físicos, el modelo describe el Universo lleno de un hipotético fluido cuántico, que consiste en gravitones, partículas que proporcionan interacción gravitacional.
Los científicos también afirman que sus hallazgos son consistentes con las últimas mediciones de la densidad del universo.
Inflación caótica sin fin
El término "inflación" se refiere a la rápida expansión del universo, que se produjo de manera exponencial en los primeros momentos posteriores al Big Bang. Por sí misma, la teoría de la inflación no refuta la teoría del Big Bang, solo la interpreta de manera diferente. Esta teoría resuelve varios problemas fundamentales de la física.
Según el modelo inflacionario, poco después de su inicio, el Universo se expandió exponencialmente por muy poco tiempo: su tamaño se duplicó muchas veces. Los científicos creen que en 10 a -36 segundos de potencia, el Universo ha aumentado de tamaño en al menos 10 a 30-50 veces de potencia, y posiblemente más. Al final de la fase inflacionaria, el Universo se llenó de un plasma supercaliente de quarks libres, gluones, leptones y cuantos de alta energía.
El concepto implica que hay muchos universos aislados en el mundo con diferentes dispositivos.
Los físicos han llegado a la conclusión de que la lógica del modelo inflacionario no contradice la idea del nacimiento múltiple constante de nuevos universos. Las fluctuaciones cuánticas, las mismas que dieron origen a nuestro mundo, pueden ocurrir en cualquier cantidad, siempre que las condiciones sean las adecuadas. Es muy posible que nuestro universo emergiera de la zona de fluctuación formada en el mundo predecesor. También se puede suponer que en algún momento y en algún lugar de nuestro Universo se formará una fluctuación, que “explotará” un universo joven de un tipo completamente diferente. En este modelo, los universos infantiles pueden florecer continuamente. Además, no es en absoluto necesario que se establezcan las mismas leyes físicas en los nuevos mundos. El concepto implica que hay muchos universos aislados en el mundo con diferentes dispositivos.
Teoría cíclica
Paul Steinhardt, uno de los físicos que sentó las bases de la cosmología inflacionaria, decidió desarrollar más esta teoría. El científico que dirige el Centro de Física Teórica en Princeton, junto con Neil Turok del Instituto Perimetral de Física Teórica, presentó una teoría alternativa en el libro Universo sin fin: más allá del Big Bang ("Universo infinito: más allá del Big Bang"). Su modelo se basa en una generalización de la teoría cuántica de supercuerdas conocida como teoría M. Según ella, el mundo físico tiene 11 dimensiones: diez espaciales y una temporal. En él "flotan" espacios de dimensiones inferiores, las llamadas branas (abreviatura de "membrana"). Nuestro universo es solo una de esas branas.
El modelo de Steinhardt y Turok sostiene que el Big Bang ocurrió como resultado de la colisión de nuestra brana con otra brana: un universo desconocido. En este escenario, las colisiones ocurren sin cesar. Según la hipótesis de Steinhardt y Turok, otra brana tridimensional "flota" junto a nuestra brana, separada por una pequeña distancia. También se expande, aplana y se vacía, pero después de un billón de años las branas comenzarán a converger y eventualmente chocarán. Esto liberará una gran cantidad de energía, partículas y radiación. Este cataclismo lanzará otro ciclo de expansión y enfriamiento del Universo. Del modelo de Steinhardt y Turok se desprende que estos ciclos estaban en el pasado y ciertamente se repetirán en el futuro. Cómo comenzaron estos ciclos, la teoría no dice nada.
El universo es como una computadora
Otra hipótesis sobre la estructura del universo dice que nuestro mundo entero no es más que una matriz o un programa de computadora. La idea de que el universo es una computadora digital fue iniciada por el ingeniero y pionero de la computación alemán Konrad Zuse en su libro Calculating Space. Entre quienes también vieron el universo como una computadora gigante se encuentran los físicos Stephen Wolfram y Gerard 't Hooft.
Los teóricos de la física digital asumen que el universo es esencialmente información y, por tanto, computable. De estas suposiciones se desprende que el Universo puede verse como el resultado de un programa de computadora o un dispositivo informático digital. Esta computadora podría ser, por ejemplo, un autómata celular gigante o una máquina de Turing universal.
El principio de incertidumbre en mecánica cuántica se denomina prueba indirecta de la naturaleza virtual del universo.
Según la teoría, todo objeto y evento del mundo físico proviene de hacer preguntas y registrar respuestas "sí" o "no". Es decir, detrás de todo lo que nos rodea, se esconde cierto código, similar al código binario de un programa informático. Y somos una especie de interfaz a través de la cual aparece el acceso a los datos de la "Internet universal". El principio de incertidumbre en la mecánica cuántica se denomina prueba indirecta de la naturaleza virtual del Universo: las partículas de materia pueden existir en una forma inestable y se "fijan" en un estado específico sólo cuando se las observa.
El seguidor de la física digital John Archibald Wheeler escribió: “No sería descabellado imaginar que la información está en el núcleo de la física así como en el núcleo de una computadora. Todo desde un poquito. En otras palabras, todo lo que existe, cada partícula, cada campo de fuerza, incluso el continuo espacio-tiempo mismo, recibe su función, su significado y, en última instancia, su propia existencia.
Escritor de texto Artem Luchko
