?Y si no hubo un principio?
La cosmolog¨ªa cu¨¢ntica de bucles suma argumentos frente a la teor¨ªa del Big Bang - Nuestro universo pudo surgir del colapso de otro preexistente
El Big Bang no es la ¨²nica noci¨®n del origen del cosmos compatible con la f¨ªsica actual. La denominada cosmolog¨ªa cu¨¢ntica de bucles (loop quantum cosmology) est¨¢ sumando argumentos a favor de una segunda posibilidad: que nuestro universo emergiera del colapso de un universo preexistente. La teor¨ªa ha llegado ahora al punto de madurez necesario para hacer predicciones que pueden someterse a prueba experimental. De confirmarse, el Big Bang habr¨ªa sido en realidad un Big Bounce (o gran rebote), y el cosmos no vendr¨ªa de un punto de infinita densidad, sino de una sucesi¨®n de expansiones y contracciones tal vez eterna, sin principio ni final.
La cosmolog¨ªa cu¨¢ntica de bucles tiene la capacidad, al menos en principio, de iluminar aquellas regiones del pasado hasta donde ni siquiera alcanza la gran teor¨ªa actual del espacio, el tiempo y la gravedad, que es la relatividad general de Einstein. Las ecuaciones de Einstein se deshacen en el origen del universo, que por ello constituye una "singularidad" matem¨¢tica, un punto de densidad infinita que no puede explicarse por la teor¨ªa de la relatividad de Albert Einstein.
De confirmarse, se tratar¨ªa en realidad de un 'Big Bounce' o gran rebote
S¨®lo la gravedad podr¨ªa revertir la actual expansi¨®n del cosmos
La relatividad general es uno de los dos pilares en los que se fundamenta la f¨ªsica actual. El otro es la mec¨¢nica cu¨¢ntica. En rasgos generales, la primera describe las grandes escalas -el comportamiento de planetas, estrellas, galaxias y sus interacciones gravitatorias-, y la segunda rige en el mundo subat¨®mico. Ambas son teor¨ªas de enorme capacidad predictiva, que han superado las pruebas experimentales m¨¢s exigentes a las que se han sometido en sus respectivos ¨¢mbitos.
Pero son incompatibles entre s¨ª, y los f¨ªsicos han ensayado dos grandes aproximaciones te¨®ricas para superar esa discrepancia, es decir, para agrupar la relatividad y la mec¨¢nica cu¨¢ntica bajo un marco m¨¢s profundo capaz de acogerlas sin contradicciones. Una de ellas, es la teor¨ªa de cuerdas, y otra la gravedad cu¨¢ntica de bucles, en la que se basa la nueva cosmolog¨ªa del gran rebote.
La gravedad cu¨¢ntica de bucles ha sido desarrollada por Abhay Ashtekar, Lee Smolin, Carlo Rovelli y otros f¨ªsicos desde la d¨¦cada de los a?os ochenta. Su principal cualidad es que el espacio no es un continuo a peque?a escala: al igual que la materia y la energ¨ªa, el espacio est¨¢ formado por cuantos indivisibles si uno lo examina muy de cerca.
Cada uno de esos paquetes de espacio mide s¨®lo unos 10^-35 (10 elevado a menos 35) metros cuadrados, una magnitud inapreciable a las escalas habituales, pero suficiente para evitar las paradojas matem¨¢ticas de la "singularidad": espacio cero implica una densidad y una gravedad infinitas en el origen del universo, pero si el espacio no puede llegar jam¨¢s a ser cero, la gravedad tampoco tiene que ser infinita all¨ª. Eso permite a las ecuaciones de la gravedad cu¨¢ntica de bucles explorar las regiones del pasado que estaban prohibidas para la relatividad de Albert Einstein.
Cuando Ashtekar y su equipo desarrollaron hace dos a?os unas detalladas simulaciones por ordenador del universo descrito por las ecuaciones de la gravedad cu¨¢ntica de bucles -es decir, desarrollaron la cosmolog¨ªa cu¨¢ntica de bucles-, ocurri¨® algo inesperado. "Me qued¨¦ sobrecogido", narra Ashtekar en el ¨²ltimo n¨²mero de la revista New Scientist.
El f¨ªsico estaba observando la simulaci¨®n correr hacia atr¨¢s en el tiempo, con el universo volvi¨¦ndose cada vez m¨¢s peque?o y denso en energ¨ªa mientras se aproximaba al momento del Big Bang. Eso era lo esperable. Pero, en lugar de colapsarse en un punto de densidad infinita -la singularidad del Big Bang-, la simulaci¨®n del cosmos rebot¨® y empez¨® a expandirse de nuevo. Si las ecuaciones eran correctas, nuestro universo no ven¨ªa del estallido de un punto, sino del rebote de un universo anterior en proceso de compresi¨®n: un Big Bounce.
La cosmolog¨ªa cu¨¢ntica de bucles no pinta un universo eterno salvo por unas oscilaciones de tama?o a las que pudi¨¦ramos llamar "convencionales" en ning¨²n sentido tranquilizador. Si la teor¨ªa resultara ser correcta -lo que est¨¢ por ver-, el universo anterior al nuestro se habr¨ªa contra¨ªdo hasta alcanzar una densidad monstruosa, de 5x10^96 kilogramos por metro c¨²bico (la llamada densidad de Planck), antes de rebotar y dar lugar a la fase actual de expansi¨®n.
Ninguna civilizaci¨®n podr¨ªa sobrevivir a una cosa semejante, por ejemplo. Lo que hace notable a esta teor¨ªa es su capacidad para sortear los infinitos de la singularidad, o para esquivar las paradojas matem¨¢ticas derivadas del espacio cero. Por lo que se refiere a la metaf¨ªsica, un Big Bounce no parece muy distinto de un Big Bang de pleno derecho.
Y s¨®lo la gravedad podr¨ªa detener y revertir la actual expansi¨®n del cosmos para dar lugar a un nuevo ciclo c¨®smico. La materia del universo no parece ser suficiente para ello, y la mayor¨ªa de los modelos siguen prediciendo una expansi¨®n acelerada e irreversible.
?Rebotar¨¢ nuestro cosmos?
Que el universo invierta o no su tendencia actual, para iniciar una compresi¨®n que pueda conducir al pr¨®ximo rebote, depende cr¨ªticamente de dos profundos misterios: la materia oscura y la energ¨ªa oscura, que constituyen el 95% de lo que existe.
La materia normal consiste en estrellas y -sobre todo- gas incandescente situado entre las galaxias que forman cada c¨²mulo gal¨¢ctico. Pero la suma de las galaxias y el gas no da la masa suficiente para mantener el c¨²mulo unido por la atracci¨®n gravitatoria entre sus partes. De ah¨ª la necesidad te¨®rica de la materia oscura (el 20% del universo).
El otro misterio, la energ¨ªa oscura que forma el 75% restante del cosmos, tiene la m¨¢s curiosa de las historias en la f¨ªsica te¨®rica. Seg¨²n la relatividad general -la teor¨ªa de la gravedad que Albert Einstein descubri¨® en 1916, tras 10 a?os de lucha intelectual-, los objetos deforman el espacio y el tiempo (el espaciotiempo) de su entorno, como una bola de petanca deforma una cama el¨¢stica. Si hay otra bola de petanca rodando por las proximidades, la deformaci¨®n har¨¢ que caiga en espiral hacia la primera (y viceversa). Esas danzas geom¨¦tricas de los objetos en ca¨ªda libre por las curvaturas del espaciotiempo son la gravedad.
Pero la relatividad general ten¨ªa un problema grave que Einstein no pudo ignorar: si los c¨²mulos de galaxias deforman la cama el¨¢stica del espaciotiempo, el universo deber¨ªa colapsarse pendiente abajo. Como en 1916 el Universo era est¨¢tico, Einstein invent¨® una fuerza o presi¨®n repulsiva (imaginen un ventilador situado debajo de la cama el¨¢stica) que viniera a compensar las deformaciones causadas por las bolas. La llam¨® constante cosmol¨®gica, y eligi¨® su magnitud de manera arbitraria y cuidadosa para que el universo pudiera seguir siendo est¨¢tico a gran escala.
'La trampa' de Einstein
La trampa de Einstein equivale a pedir a una pelota que se quede parada sobre el aro de la canasta (no es una met¨¢fora: la ecuaci¨®n es exactamente la misma). Es casi seguro que la pelota entrar¨¢ o se saldr¨¢, y lo segundo equivale a la expansi¨®n c¨®smica que observamos.
La energ¨ªa oscura -el motor de esa expansi¨®n acelerada- parece ser justo esa constante cosmol¨®gica inventada por Einstein, s¨®lo que sin la trampa de la canasta. La constante fue descartada por el f¨ªsico alem¨¢n -"el mayor error de mi carrera", dijo- cuando se descubri¨® la expansi¨®n del universo, pero ha sido recuperada en tiempos recientes al saberse que ¨¦sta era acelerada.
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