El Universo es un lugar enorme, diverso e interesante, lleno de materia y energía, en varias formas; y todo esto se juega en el escenario del espacio-tiempo de acuerdo con las leyes de la física. Esto se ilustra en esta fotografía del telescopio Hubble, que muestra un grupo de galaxias IDCS J1426.5 + 3508 . ¿Y cuánto se necesita eliminar todo antes de que realmente nos quede algo?Observando nuestro mundo y nuestro Universo, reflexionamos y razonamos sobre todo lo que hay en él. Estas son varias partículas, átomos, personas, así como planetas, estrellas, galaxias y las estructuras más grandes. Dependiendo de lo que nos interese, podemos hablar sobre gas, polvo, radiación, agujeros negros o incluso materia oscura. Pero todo lo que vemos, observamos o cuya existencia suponemos, puede no existir para siempre. Algo de esto surgió de la materia preexistente, mientras que el otro, al parecer, surgió completamente de la nada. No es sorprendente que no todos estén de acuerdo con lo que queremos decir, científicamente hablando, usando las palabras "nada". Dependiendo de a quién (o cuándo) pregunte, puede obtener una de las siguientes cuatro respuestas. Y es por eso que todos nos importan.
La galaxia más solitaria del Universo: no hay otra galaxia cerca, a una distancia de 100 millones de años luz. Pero esto no se puede llamar una verdadera representación del espacio vacío.1) El momento en que lo que le interesa no existía. ¿Cómo creó el universo planetas? ¿Qué hay de las estrellas? ¿Qué pasa con la asimetría de la materia? Estos objetos no siempre existieron; tuvieron que ser creados. Cuando se conoce el mecanismo de su aparición, generalmente decimos que nuestro tema de interés se creó a partir de algo, y no de la nada. Los planetas emergen de los fragmentos de generaciones anteriores de estrellas, en cuyo núcleo se crearon elementos pesados, que luego fueron arrojados al espacio interestelar. Las estrellas emergen de la contratación de nubes de gas, en las que aparecen regiones suficientemente densas y calientes que pueden encender la fusión nuclear. Los planetas y las estrellas son materia que surgió de una forma previa de materia; se crean de algo, no de nada.
El Big Bang creó materia, antimateria y radiación, y en algún momento se creó un poco más de materia, gracias a la cual surgió el Universo de hoy. ¿Cómo apareció esta asimetría en un proceso que comenzó simétricamente? Esta pregunta sigue abierta hasta ahora.Pero el asunto que tenemos hoy no vino de algunos que existían antes. En algún momento en el pasado distante, el Universo consistía en partes iguales de materia y antimateria; Las leyes de la física que conocemos nos permiten crearlas solo en proporciones iguales. Sin embargo, el universo de hoy está compuesto casi por completo de materia y no de antimateria; Todos los miles de millones de galaxias que conocemos están compuestos de materia, no de antimateria. ¿De dónde vino la asimetría? Provenía de un estado anterior que era simétrico; de un estado en el que la materia y la antimateria estaban igualmente divididas. Desde el momento en que no existía la asimetría. Algunos creen que esto significa que el asunto que tenemos hoy ha surgido de la nada, aunque otras personas discuten con ellos adhiriéndose estrictamente a otras definiciones de "nada".
Y, sin embargo, nadie argumenta que el problema científico de la
bariogénesis , o la causa raíz de la asimetría de la materia / antimateria, es uno de los misterios más pesados de la física moderna. Se inventaron muchas ideas y mecanismos para la aparición de la materia (en lugar de la antimateria), pero no tenemos evidencia para declarar un ganador entre ellos.
El Modelo Estándar de Física de Partículas describe tres de cuatro interacciones (todas excepto la gravedad), el conjunto completo de partículas abiertas y todas sus interacciones. Gracias a la teoría concomitante del campo cuántico, también podemos descubrir las propiedades del vacío cuántico.2) espacio vacío. Imagina todo lo que existe hoy en el universo. Imagina todos los componentes fundamentales de la materia; cada cuanto de radiación; cada agujero negro; cada masa cada partícula y antipartícula. Ahora imagine que hemos eliminado todo esto. Imagine que desaparecieron del Universo y dejaron solo un espacio vacío. ¿Qué quedaría exactamente después de eso? Algunos dicen que no quedaría nada, y tal definición les conviene.
Una visualización de la teoría del campo cuántico en la que los cálculos demuestran las partículas virtuales de un vacío cuántico. Incluso en el espacio vacío, la energía del vacío no es igual a cero.Pero la entidad, conocida como espacio-tiempo, permanecerá en su lugar, como todas las leyes de la física. Todos los campos presentes en el espacio vacío, incluido el campo de Higgs y los campos cuánticos, que a menudo retratamos como pares de partículas y antipartículas emergentes y desaparecientes, todavía existen. Las leyes físicas, como la teoría cuántica de campos, aún funcionan; Hay una teoría general de la relatividad; existen constantes fundamentales y no han cambiado de significado. El vacío del espacio vacío en sí tiene energía cero distinta de cero. Hoy en día, se manifiesta como energía oscura y, en el pasado distante, con un valor distinto de cero completamente diferente, fue la principal fuerza detrás de la inflación cosmológica. Cuando dicen que el Universo surgió de la nada, generalmente se refieren a tal "nada": el Big Bang caliente, generado por la inflación.
Imagen de espacio plano y vacío, sin materia, energía o curvatura. Si este espacio tiene la energía cero más baja posible, entonces no será posible reducirla3) Un espacio vacío con la energía más baja posible. ¿Qué pasaría si la energía cero del universo se redujera a su estado fundamental? Al final de la inflación, la energía de vacío en el Universo cayó mucho: desde la barra de inflación hasta el valor actual. Esta caída en la energía del espacio vacío condujo a un gran aumento en la energía de las partículas y generó un Big Bang caliente. Pero no hay garantía de que ahora estemos en el estado de energía realmente mínimo posible; Es posible que estemos en un estado de falso vacío, y el verdadero vacío nos espera después de otra transición catastrófica que cambiará el universo.
Campo escalar φ en falso vacío. Tenga en cuenta que la energía E es más alta que en el verdadero vacío, o estado fundamental, pero hay una barrera que impide que el campo se deslice hacia abajo a verdadero. En el momento de la inflación, el Universo no estaba en un estado de verdadero vacío; Es posible que ni siquiera sea hoy.Si alcanzas este verdadero estado fundamental, sea lo que sea, y eliminas toda la materia, energía, radiación y ondas del espacio-tiempo del Universo, ¿qué queda? Esta es probablemente la idea final de lo que puede ser "nada físico": todavía tienes una escena para que el universo la reproduzca. Puede que no tenga jugadores, roles, guiones, pero en el gran abismo "nada" todavía tiene una escena. El vacío espacial estará en un valor mínimo; no habrá esperanza de extraer trabajo, energía o partículas reales de él, pero el espacio-tiempo y las leyes de la física seguirán existiendo. En teoría, si agrega una partícula a dicho Universo, no será diferente de la partícula aislada que existe hoy en nuestro Universo.
Todo el conjunto de entidades disponibles en el Universo hoy tiene su origen en el gran Big Bang. Además, el Universo de hoy podría aparecer solo por las propiedades que posee el espacio-tiempo y las leyes de la física. Sin ellos, no podríamos existir de ninguna forma.4) Todo lo que queda si eliminas todo el Universo y las leyes que lo rigen. Y finalmente, puedes imaginar cómo eliminamos todo, incluido el espacio, el tiempo y las reglas que rigen todas las partículas o cuantos de energía. Esto crea el tipo de "nada" para el que no hay definición en física. Esto va más allá de la "nada" existente en el Universo, y en su lugar se convierte en una "nada" más filosófica y absoluta. Pero en el contexto de la física, tal definición de "nada" no da sentido. Tendríamos que suponer que hay un estado fuera del espacio-tiempo en el que el espacio y el tiempo pueden aparecer a partir de este hipotético estado de "nada" verdadero.
¿Es esto posible? ¿Cómo aparece el espacio-tiempo en un lugar determinado si no existe espacio? ¿Cómo se puede crear el comienzo del tiempo si no existe un concepto como "anterior", si no hay tiempo? ¿Y entonces de dónde vendrán las reglas que gobiernan las partículas y sus interacciones? ¿Al menos algo significa esta última definición de "nada", o es solo una construcción lógica que no tiene un significado físico?
Las fluctuaciones en el espacio-tiempo en una escala cuántica durante la inflación abarcaron todo el Universo y dieron lugar a imperfecciones en la densidad y las ondas gravitacionales. Y aunque el espacio en un estado de inflación puede llamarse legítimamente de muchas maneras "nada", no todos están de acuerdo.No hay consenso sobre este tema. Debido a las ambigüedades del lenguaje humano, uno puede decir "nada", lo que significa cualquiera de estas definiciones, y los puristas esperarán gritarle por atreverse a usar la palabra "nada" en un contexto que es menos puro que su definición Si algo apareció realmente donde nada como esto había sucedido antes, no se puede llamar nada, pero no todos estarán de acuerdo con eso. Si elimina toda la materia, la antimateria, la radiación e incluso la curvatura espacial, podemos decir con confianza que lo que quede no será nada, pero aún habrá algo que quede después de dicha purificación. Si elimina toda la energía inherente al espacio mismo y deja solo el espacio-tiempo y las leyes de la naturaleza, esto también se puede llamar "nada". Pero desde un punto de vista filosófico, algunas personas seguirán insatisfechas. Y solo eliminando este remanente, podrán acordar que al remanente se le puede llamar "nada".
La existencia de partículas y antipartículas del Modelo Estándar se predijo como resultado de las leyes de la física. Sin estas leyes y sin una escena de espacio-tiempo, ¿puede aparecer algo tangible?Entonces, ¿quién tiene razón? Todos ellos, cada uno a su manera. El punto no es discutir sobre qué es "nada" verdadero, sino aceptar y comprender estas definiciones y su uso. Es importante no confundir uno con el otro y no discutir por qué no se puede usar la palabra de cierta manera. En cambio, cuando alguien, y especialmente un científico, usa la palabra "nada", trata de entender exactamente qué significado quiere decir y qué fenómeno está tratando de explicar. Porque, a pesar de toda nuestra imaginación, el único modelo verdadero de saber algo se basa en lo que podemos probar en nuestra realidad física. Todo lo demás, no importa cuán lógico pueda sonar, solo será un concepto de nuestra mente.