Una ilustración de nuestra historia cósmica, desde el Big Bang hasta nuestros días, en el contexto de un Universo en expansión. El big bang fue precedido por un estado de inflación cósmica, pero la idea de que una singularidad tenía que existir antes de esto era terriblemente obsoleta.Casi todos han oído hablar del Big Bang. Pero si le pide a diferentes personas, desde personas comunes hasta cosmólogos, que terminen la oración: "Al principio era ...", obtendrá muchas respuestas diferentes. Una de las más comunes es la "singularidad", es decir, el momento en que toda la materia y la energía del Universo se concentran en un punto. La temperatura, la densidad y la energía serían arbitrariamente infinitas, y esto podría coincidir con la aparición del espacio y el tiempo en sí.
Pero esta imagen no solo es incorrecta, ya tiene 40 años, ¡cuántos años! Estamos absolutamente seguros de que no se asoció ninguna singularidad con el Big Bang, y el espacio y el tiempo podrían no tener un momento de origen. Eso es lo que sabemos y de dónde.
La observación astronómica de GOODS-North utilizando el telescopio Hubble permitió examinar algunas de las galaxias más distantes que hemos visto, muchas de las cuales ya están a una distancia inalcanzable para nosotros. Mirando más y más, encontramos que las galaxias más distantes se alejan de nosotros cada vez más rápido, gracias a la expansión del Universo.El universo de hoy está lleno de galaxias en todas las direcciones y a diferentes distancias. En promedio, cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, más rápido se aleja de nosotros. Esto no se debe al movimiento real de las galaxias en su espacio local; toda la culpa de la expansión de la estructura del espacio.
Tal predicción fue uno de los resultados inusuales obtenidos de la Teoría general de la relatividad en 1922 por el físico soviético
Alexander Fridman , que luego se confirmó en las observaciones de Edwin Hubble y otros científicos en la década de 1920. Esto significa que con el tiempo, la materia del Universo se dispersa y se vuelve menos densa, a medida que aumenta el volumen del Universo. También significa que en el pasado el Universo era más denso, más caliente y más homogéneo.
Al extrapolar nuevamente el desarrollo, llegamos a los estados más calientes y densos anteriores. ¿Todo esto lleva a una singularidad en la que las leyes de la física dejan de funcionar?Al extrapolar el desarrollo en el tiempo, comenzará a notar varios cambios importantes en el universo. En particular:
- Llegará a una era en la que la gravedad no tuvo tiempo para formar grupos de materia lo suficientemente grandes como para la aparición de estrellas y galaxias.
- Luego llegarás donde el Universo estaba tan caliente que no podrías formar átomos neutros.
- Entonces habrá un estado en el que incluso los núcleos de los átomos se dividirán en partes.
- Luego, donde aparecerán espontáneamente los pares de partículas de materia antimateria.
- Luego, donde los protones y neutrones individuales se descomponen en quarks y gluones.
En física, la física ordinaria se descompone, incluido el momento del comienzo del Universo. Sin embargo, lograr un estado de calor y densidad arbitrario tiene sus consecuencias, muchas de las cuales no son confirmadas por observaciones.Cada paso representa al Universo cada vez más joven, pequeño, denso y caliente. Continuando con la extrapolación, veremos que la densidad y la temperatura crecen hasta valores infinitos, en un momento en que toda la materia y la energía del Universo estaban contenidas en un punto: en una singularidad. El Big Bang caliente, como se pensó originalmente de él, no era solo un estado caliente, denso y en expansión, sino también el momento en que todas las leyes de la física dejaron de funcionar. Fue el nacimiento del espacio y el tiempo, una forma de hacer que todo el universo aparezca repentinamente de la nada. Este fue el acto original de la creación: la singularidad asociada con el Big Bang.
Las estrellas y galaxias que vemos hoy no siempre existieron. Cuanto más retrocedamos en el tiempo, más cerca estará el universo de una singularidad, pero la extrapolación tiene sus limitaciones.Sin embargo, si todo fuera solo eso, y el Universo en el pasado tuvo temperaturas arbitrariamente altas, tal estado tendría varios signos obvios que podrían observarse hoy. En el resplandor residual del Big Bang habría fluctuaciones de temperatura de grandes amplitudes. Las fluctuaciones visibles para nosotros estarían limitadas por la velocidad de la luz; aparecerían solo en escalas no mayores que el
horizonte cósmico . Las reliquias del espacio de alta energía, como los monopolos magnéticos, deberían haber quedado.
Y, sin embargo, las fluctuaciones de temperatura no superan 1/30 000, que es miles de veces menos de lo que predice el singular Big Bang. Existen fluctuaciones que exceden el horizonte, lo que es confirmado de manera confiable por los satélites WMAP y Planck. Y las restricciones sobre la existencia de monopolos magnéticos y otras reliquias de ultra alta energía son extremadamente fuertes. La ausencia de signos de su presencia tiene graves consecuencias: en el Universo nunca ha habido temperaturas arbitrariamente altas.
Las fluctuaciones de la radiación CMB son tan pequeñas y tan características que definitivamente implican el hecho de que al comienzo del Universo la misma temperatura estaba en todas partes. El tamaño de las fluctuaciones de 1 / 30,000 no corresponde en absoluto al Big Bang de temperatura arbitraria.Debe haber algún tipo de frontera. No podemos extrapolar de vuelta arbitrariamente lejos, a un estado cálido y denso con una temperatura arbitrariamente alta. Existe una restricción sobre cuán lejos podemos llegar y, al mismo tiempo, describir correctamente nuestro universo. A principios de la década de 1980, apareció una teoría de que, antes de que nuestro Universo estuviera caliente, denso, expandiéndose, enfriándose y lleno de materia y radiación, experimentaba un estado de inflación. La presencia de la fase de
inflación cósmica debería haber significado que el Universo:
- estaba lleno de energía espacial inherente
- conduciendo a un crecimiento rápido y exponencial,
- que estiró el universo a un estado plano,
- le dio las mismas propiedades en todas partes
- con fluctuaciones cuánticas de pequeña amplitud,
- estirando a todas las escalas (incluso excediendo el horizonte),
- y luego terminó la inflación.
La inflación hace que el espacio se expanda exponencialmente, lo que puede conducir rápidamente al hecho de que el espacio inicialmente curvado o no liso parece plano. Incluso si el Universo es curvo, el radio de su curvatura es al menos cientos de veces mayor de lo que podemos detectar.Cuando termina la inflación, convierte la energía inherente en este espacio en materia y radiación, lo que da lugar al caliente Big Bang. Pero esto no conduce a un Big Bang arbitrariamente caliente, solo a uno que alcanza una temperatura máxima cientos de veces menor que la temperatura que puede generar una singularidad. En otras palabras, conduce a un Big Bang caliente, que surge del estado inflacionario y no de la singularidad.
La información existente en nuestra parte observable del Universo, que podemos medir, gracias al acceso al mismo, corresponde solo a los últimos 10
-33 segundos de inflación, y todo lo que sucedió después de eso. Si desea preguntar cuánto tiempo duró la inflación, no tenemos idea de esto. Duró al menos un poco más de 10
-33 segundos, pero si duró un poco más que esto, mucho más o fue una cantidad infinita de tiempo, no solo es desconocido, es básicamente imposible de descubrir.
La historia cósmica del famoso Universo muestra que el origen de toda la materia y toda la luz en su interior se debe al fin de la inflación y al comienzo del caliente Big Bang. Desde entonces, 13.8 mil millones de años han pasado la evolución cósmica. Esta imagen de desarrollo es confirmada por la mayoría de las fuentes.¿Qué causó la inflación? Se está investigando y discutiendo mucho sobre este tema, pero nadie lo sabe. No hay evidencia en la que confiar, ni observaciones que puedan hacerse, ni experimentos que puedan hacerse. Algunas personas hacen declaraciones erróneas como:
Teníamos una teoría de la singularidad del Big Bang que dio lugar a un Universo caliente, denso y en expansión, antes de aprender sobre la inflación; la inflación es solo una etapa intermedia. Por lo tanto, obtenemos lo siguiente: singularidad, inflación, Big Bang caliente.
Hay muchos gráficos e imágenes creadas por los principales cosmólogos para ilustrar este escenario. Pero esto no significa que sea fiel.
Ilustración de fluctuaciones de densidad (escalar) y ondas gravitacionales (tensor) que aparecieron al final de la inflación. La suposición de la existencia de una singularidad antes de la inflación no es necesariamente cierta.¡Hay muy buenas razones para creer que esto no es así! Podemos demostrar matemáticamente la imposibilidad del surgimiento de un estado inflacionario de una singularidad. Y he aquí por qué: el espacio se expande a una tasa exponencial durante la inflación. Imagine cómo funciona un exponente: después de un cierto período de tiempo, el Universo duplica su tamaño. Pasará dos veces más tiempo, se duplicará dos veces, es decir, se volverá cuatro veces más. Espere tres de esos períodos de tiempo, y se duplicará tres veces, es decir, se volverá 8 veces más grande. Espere 10 o 100 de esos períodos de tiempo, y estas duplicaciones harán que el Universo 2 sea
10 o 2
100 veces más grande.
Lo que significa que si volvemos al pasado por el mismo período de tiempo, o dos, o tres, o 10 o 100 veces más grande, el Universo será cada vez más pequeño, pero nunca llegará a cero. Ella, respectivamente, tendrá la mitad, un cuarto, 1/8, 2
-10 , 2
-100 del tamaño original. Pero no importa cuán lejos lleguemos en el tiempo, nunca llegaremos a una singularidad.
Las líneas azules y rojas son el escenario tradicional del Big Bang, cuando todo comienza en el tiempo t = 0, incluido el espacio-tiempo mismo. En el escenario inflacionario (amarillo) nunca llegamos a una singularidad en la que el espacio asume un estado singular. Puede volverse arbitrariamente pequeño en el pasado, y el tiempo pasa para siempre. La condición para la ausencia de límites de Hawking-Hartle y el teorema de Bord-Gut-Vilenkin están tratando de determinar la duración de este estado, pero no pueden llamarse finales.Entre los cosmólogos,
es bien conocido un
teorema que demuestra lo incompleto del pasado estado inflacionario. Esto significa que todas las partículas existentes en el Universo que experimentan inflación tarde o temprano se encontrarán en la extrapolación en el tiempo. Sin embargo, esto no significa que la singularidad haya existido necesariamente, solo la inflación no describe todo lo que sucedió en la historia del Universo, por ejemplo, su nacimiento. También sabemos que la inflación no puede surgir de un estado singular, ya que la sección que experimenta inflación siempre debe comenzar desde un tamaño finito.
Las fluctuaciones del espacio-tiempo en una escala cuántica durante la inflación se extienden por todo el universo y dan lugar a imperfecciones en la densidad y las ondas gravitacionales. Si la inflación surgió de una singularidad o no, no lo sabemos.Cada vez que vea un gráfico, un artículo o una historia sobre la "singularidad del Big Bang" o alguna otra singularidad que existía antes de la inflación, sepa que está tratando con un pensamiento obsoleto. La idea de la singularidad del Big Bang perdió su relevancia tan pronto como nos dimos cuenta de que antes del estado cálido y denso del Big Bang había otro estado, la inflación cósmica, que preparó y lanzó el Big Bang. Al comienzo del espacio y el tiempo, quizás podría haber una singularidad de la que surgió la inflación, pero no hay garantías. Hay cosas en la ciencia que pueden verificarse, medirse, predecirse, confirmarse o refutarse, por ejemplo, la inflación, que dio lugar al gran Big Bang. Todo lo demás no es más que especulación ociosa.
Y esta es la última traducción de Habré de un artículo de Ethan Siegel (y, en principio, un artículo sobre cosmología), ya que se decidió concentrarse en el tema del recurso sobre desarrollo y TI.