¿Qué sucedió antes del Big Bang?
Los cosmólogos Paul Steinhardt y Neil Turok ven el inicio de la historia del universo como una obra en la que los protagonistas – materia y radiación – se mueven a través del escenario de acuerdo con las leyes de la física. Los astrónomos son actores que llegaron a escena 13 700 millones de años tarde para ver lo que sucedió.
Pero esto no ha detenido a Steinhardt, Turok y otros investigadores de pensar si el universo nació en una gigantesca bola de fuego en esa época, o pudo haber existido anteriormente.
Branas
La noción actual del tumultuoso inicio del cosmos-conocido como Big Bang – tiene sus raíces en el descubrimiento de 1929 de Edwin Hubble de que el universo se expande. En esa época, los científicos imaginaban el universo creándose explosivamente a partir de un único punto del espacio y el tiempo.
Aunque esta versión simple de la idea del Big Bang no puede explicar por completo lo que se ve hoy en el cosmos, Alan Guth del MIT añadió un nuevo ingrediente en 1981. En los inicios de su historia, el universo pasó por un breve periodo de expansión más rápido que el de la luz, conocido como inflación, según propuso. En los años que han pasado desde la sugerencia de Guth, la inflación ha tenido un gran éxito al explicar la estructura del universo y su ordenación de galaxias.
Burbujeante
Algunos científicos creen que si la inflación tuvo lugar una vez, podría suceder muchas más veces – apuntando a un cosmos sano y salvo eones antes del Big Bang. La expansión rápida, en estas interpretaciones, no está confinada a sólo un rincón del bosque cósmico, como un único globo en expansión. En lugar de esto, distintas zonas del espacio sigue inflándose, como un niño que sopla sin parar creando burbujas de jabón, dice Alex Vilenkin de la Universidad Tufts en Medford, Massachusetts.
Cada zona inflada se convierte en un universo distinto, con su propio inicio del Big Bang (SN: 6/7/08, p. 22). En este escenario de "inflación eterna", la bola de fuego que engendró el universo que vemos hoy desde nuestros telescopios, vino precedido de una multitud de otros, así como seguramente se verá seguido por otros muchos más, cada uno apareciendo en distintas épocas en diferentes partes del cosmos, comenta Vilenkin.
Así como el Sol es sólo una de las miles de millones de estrellas en la Vía Láctea, el universo visible puede ser uno entre incontables en el firmamento cósmico. Los cosmólogos llaman a este ensamblaje de universos el multiverso.
No sólo podría haber una plétora de universos que precedieron al que conocemos, sino que cada uno puede haber sido también distinto al resto. Al combinar inflación eterna con la Teoría de Cuerdas, una idea que se ha hecho popular debido a que podría ayudar a unificar las cuatro fuerzas conocidas de la naturaleza, cada universo inflacionado tendría su propio conjunto de propiedades físicas. Aunque el universo conocido está abarrotado de galaxias, por ejemplo, la gravedad en otro universo anterior podría haber sido demasiado débil para formar galaxias.
Rebote, no estallido
La propia Teoría de Cuerdas – que propone un espacio con muchas dimensiones enrolladas – puede sugerir un tipo distinto de descripción anterior al Big Bang. En un modelo desarrollado por Steinhardt, ahora en la Universidad de Princeton, y Turok, ahora director del Instituto Perimeter en Waterloo, Canadá, el Big Bang se reemplaza con un ciclo infinito de contracciones y rebotes; 13 700 millones es simplemente el tiempo desde el último "Big Bounce".
En esta descripción, el universo conocido reside en una versión tridimensional de una lámina, conocida como brana, que puede viajar a lo largo de una dimensión extra. Otra brana se encuentra a una minúscula distancia.
Cuando se separan, las dos branas son perfectamente lisas, representando un universo casi carente de materia. Cuando las dos branas se unen, forman pequeñas arrugas. Estas arrugas son las semillas de las galaxias. Cuando las branas finalmente colisionan y rebotan, liberan una enorme cantidad de energía, parte de la cual es convertida en materia y radiación. Para un observador en una de las branas, este Big Bounce se vería igual que un Big Bang (SN: 9/22/01, p. 184).
Mientras las branas estén separadas, se estiran y alisan; el cosmos se expande de la misma forma que lo hace hoy. Pero finalmente, las dos branas se vuelven a unir para otra ronda de colisiones y rebotes. Cada ciclo puede durar un billón de años o más.
En el modelo del Big Bounce, el universo no sólo existía antes del Big Bang, sino que guarda memoria de lo que sucedió antes. Todas las estrellas, galaxias, y estructuras a gran escala ahora presentes deben su existencia a la composición del universo en el ciclo anterior. Aunque los detalles podrían ser diferentes, la física subyacente a las leyes seguiría siendo la misma.
Pistas cósmicas
Si el Big Bounce o el multiverso captan la realidad – si es que alguno de ellos lo hace – sigue siendo un misterio. Una observación, sin embargo, podría distinguir entre el Big Bounce y algún escenario inflacionario, señala Steinhardt. Las ondas gravitatorias, diminutas olas en el tejido del espacio tiempo, se generan durante cada ciclo del Big Bounce. Pero en este escenario, las ondas serían demasiado débiles para detectarse. La inflación, por el contrario, produciría un conjunto de ondas mucho más potentes – lo bastante para dejar una huella visible en el fondo de microondas cósmico, la radiación dejada por el Big Bang.
La nave Planck de la Agencia Espacial Europea está ahora buscando la huella reveladora que las ondas gravitatorias dejarían en el fondo de microondas cósmico (SN: 4/11/09, p. 16). Si se encuentra la huella, "lo logramos", dice Steinhardt. Nos daríamos de bruces con el Big Bounce.
Si la inflación implica o no un multiverso es otra historia, pero Planck puede ofrecer pistas sobre eso también.
Conforme los universos burbuja se expanden, pueden colisionar entre sí. Si otro universo resulta haber impactado con aquel en el que vive gente, Planck podría ser capaz de detectar un patrón particular de puntos calientes y fríos en el fondo de microondas.
Incluso si no pueden observarse signos de colisión, aún podrían existir otros universos burbuja. Las subidas podrían ser tan poco frecuentes que los observadores tendrían que esperar un milenio para encontrar el patrón.
Si esta prolongada incertidumbre sobre el génesis cósmico te suena a purgatorio, ten en cuenta las palabras del anónimo citado en las Confesiones de San Agustín. Cuando preguntó qué hacía Dios antes de crear el cielo y la Tierra, el hombre respondió: "Estaba preparando el Infierno para aquellos que curiosean demasiado".
El propio San Agustín encontró la respuesta graciosa: "De buena gana habría contestado: 'No sé lo que no sé'".
Versión traducida del artículo publicado por Ron Cowen el 23 de abril de 2011 en Science News.
Gracias a la Real Academia Sueca de Ciencias vimos destacado el trabajo de Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess (ganadores del Nobel de Física correspondiente a 2011), el cual llevó a la conclusión de que la expansión del universo se está acelerando.
Conocido el galardón, J.M. publicó el siguiente texto en lacienciaysusdemonios.com, el cual nos sirve para enriquecer el artículo de Ron Cowen reproducido antes:
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Tras constatarse a principios del siglo XX que el universo no era un sistema estacionario, sino que se estaba expandiendo, los astrónomos pensaban (basándose el la materia observable y la energía medible) que la expansión originada en el Big-Bang se vería frenada con el tiempo debido a la atracción gravitatoria.
Hasta la década de 1980 prevaleció la hipótesis del final del universo en forma de Gran Implosión, o Big-Crunch; el universo iría expandiéndose cada vez más despacio, hasta que en unos miles de millones de años la fuerza gravitatoria acabaría imponiéndose a la fuerza expansiva del Big-Bang. En ese momento, el universo comenzaría a contraerse para acabar concentrado en una singularidad (Big-Crunch) que -se especulaba- podría originar un nuevo Big-Bang y un nuevo universo resultante. De esta hipótesis podía deducirse que la histora del cosmos, quizás eterna, podría consistir en un ciclo de Big-Bangs y Big-Crunchs que "borrarían" toda la información de un universo antes de iniciar el siguiente.
Sin embargo, a partir de la década de los noventa, diversos astrofísicos entre los que destacaron como pioneros Perlmutter, Schmidt y Riess, comprobaron observacionalmente a partir de la explosión de supernovas, que la expansión parecía acelerarse con el tiempo. Obviamente, estas mediciones chocaban con lo que conocemos en cuanto al contenido de materia y energía en el universo. Tales resultados exigían que existiera una gran proporción (aproximadamente tres cuartas partes) de una energía no detectada, que vino a llamarse "energía oscura", y que tendría una presión negativa o antigravitatoria.
Para predecir como acabará el universo, contrayéndose hasta un Big-Crunch o expandiéndose indefinidamente, es necesario avanzar considerablemente en nuestro conocimiento de la energía oscura, dado que las consecuencias de un modelo de expansión acelerada pueden representar un final muy distinto para el universo. Si la energía oscura representa un valor constante, las galaxias seguirán separándose indefinidamente (excepto las ligadas gravitacionalmente, como nuestro supercúmulo de Virgo), acabando el universo como un vasto espacio oscuro, formado por una infinidad de galaxias compuestas de millones de estrellas apagadas que continuarán alejándose unas de otras eternamente.
Por el contrario, si la densidad de energía oscura oscura aumenta con el tiempo, como proponen algunos modelos, la aceleración alcanzaría valores que superarían primero la fuerza de atracción gravitatoria de los cúmulos de galaxias, disgregando éstos. Con el tiempo, la aceleración superaría también las fuerzas que mantienen unidas las propias estrellas dentro de las galaxias, posteriormente los planetas y cuerpos del sistema solar y finalmente incluso las fuerzas nucleares que mantienen los átomos. El resultado sería un "desgarramiento" total de la materia, y el universo acabaría como una espacio ocupado exclusivamente por partículas subatómicas dispersas en contínuo alejamiento. Esta teoría se conoce como el "Gran Desgarramiento" o "Big-Rip", y representa solamente una de las posibles alternativas que, como decimos, dependen de la verdadera naturaleza de la materia oscura.
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Artículo original de lacienciaysusdemonios.com amparado con Licencia Creative Commons Reconocimiento 3.0.
Fuente: Kanijo – cienciakanija.com / Ron Cowen – sciencenews.org