Nuevo modelo cosmológico

Nuevo modelo cosmológico.
Nuevo modelo cosmológico.

Según un modelo el Universo en expansión procedería de una transición de fase a partir de un espacio vacío plano en rotación.

Sabemos seguro que hace unos 15000 millones de años el Universo era un objeto muy denso que empezó a expandirse y enfriarse.

La nucleosíntesis primordial, el fondo cósmico de microondas y el corrimiento al rojo de las galaxias así lo demuestran.

Sobre todo los demás tenemos pocas pruebas, salvo lo que nos puede decir la misión Planck o lo que el LHC nos dice de las propiedades de la materia a cierta temperatura.

Si intentamos retroceder más sólo tenemos especulaciones, independientemente del modelo que usemos.

Uno de los grandes problemas de los modelos de Big Bang es que hay un momento singular, tanto por sus especiales características como por sus propiedades de densidad y curvatura infinita.

Esto supone un tiempo 0 y la aparición, por tanto, del tiempo y el espacio.

Cuando la sopa se calienta comienza a hervir. Cuando el tiempo y el espacio se calientan, puede surgir un universo en expansión, sin necesidad de nada parecido a un “Big Bang”.

Un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Viena, junto con colegas de Harvard, el MIT y Edimburgo ha descrito matemáticamente esta fase de transición entre un espacio vacío y un universo en expansión que contiene masa.

La idea detrás de este resultado es una conexión notable entre la teoría cuántica de campos y la teoría de la relatividad de Einstein.

No hubo un antes del Big Bang ni hubo un dónde.

Pero a la vez la teoría es incapaz de hacer predicciones para ese momento porque falla.

La solución suele ser invocar una teoría cuántica de gravedad de la que carecemos y que prohibiría la formación de esa singularidad, de tal modo que la materia sería muy densa sin ser su densidad infinita y tampoco habría una curvatura infinita.

Pero ya hace veinte años se consiguieron soluciones cosmológicas a las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General (RG) que no eran singulares, pero bajo unas condiciones no realistas o que no se correspondían con nuestro universo.

Ahora un grupo de físicos de las universidades Tecnológica de Viena, Harvard, Edimburgo y MIT ha conseguido un modelo cosmológico basado en una transición de fase que quizás abra nuevos caminos.

Una transición de fase es algo similar a cuando el agua pasa de líquida a gaseosa o a sólida.

En el contexto cosmológico las fases son algo más exóticas, así como sus transiciones.

El propio espacio puede experimentar una transición de fase.

Así por ejemplo, el espacio vacío puede transformarse en un agujero negro a cierta temperatura, como ya propuso Hawking en los años ochenta.

Según este nuevo modelo habría un Big Bang procedente de una transición de fase.

Se preserva, por tanto, un estado denso en expansión para el Universo muy primitivo coincide con los modelos al uso. Pero “antes” se tiene un estado más bien aburrido consistente en un espacio vacío.

En un momento ese universo experimenta una transición de fase y entonces se llena de materia y energía y empieza a expandirse según el modelo habitual como si fuese una burbuja.

Según sus proponentes la ventaja en este nuevo modelo es que se establece una conexión entre las teorías de campos al uso y la RG.

Daniel Grumiller y sus colaboradores calcularon si se puede definir una temperatura crítica a partir de la cual el propio espacio bidimensional, plano y vacío de tipo Minkowski puede dar lugar a un universo con masa en expansión.

Según este esquema, en el propio espacio se forman pequeñas burbujas que crecen y que operan como universo en expansión. Digamos que metafóricamente el propio espacio “hierve”.

Para que esto suceda el Universo tiene que rotar (la receta para fabricar un universo de este modo parecer ser calentar y remover), pero esta rotación puede ser arbitrariamente pequeña.

Un libro de cocina para el espacio-tiempo

Todo el mundo sabe sobre las transiciones entre fases líquidas, sólidas y gaseosas.

Pero también el tiempo y el espacio pueden experimentar una transición de fase, tal como los físicos Steven Hawking y Don Page lo señalaron en 1983.

En esa oportunidad calcularon que el espacio vacío puede convertirse en un agujero negro a una temperatura específica.

¿Un proceso similar puede crear un universo en expansión como el nuestro? Este fue el objeto del estudio de Daniel Grumiller de la Universidad Tecnológica de Viena, junto con sus colegas de los EE.UU. y Gran Bretaña.

Sus cálculos muestran, que en efecto, hay una temperatura crítica en la que un espacio-tiempo plano y vacío se convierte en un universo en expansión con masa.

 “El espacio-tiempo vacío empieza a hervir, se forman burbujas pequeñas, una de las cuales se expande y, finalmente, ocupa todo el espacio-tiempo”, explica Grumiller.

Para que esto sea posible, el universo tiene que girar – por lo que la receta para crear el universo es “calentar y mezclar”.

Sin embargo, la rotación que se necesita puede ser arbitrariamente pequeña.

En un primer paso, los investigadores consideraron un espacio-tiempo con sólo dos dimensiones espaciales, “pero no hay ninguna razón para que lo mismo no sea cierto para un universo con tres dimensiones espaciales”, dice Grumiller.

Aunque el modelo ha sido desarrollado para un universo bidimensional, los autores creen que se puede extender a tres dimensiones espaciales sin problemas.


De momento el modelo no desafía el modelo establecido de Big Bang, pero abre las puertas a explorar otras vías para su estudio teérico.

La idea proviene de la conjetura Ads-CFT propuesta en 1997, que ha influido fuertemente a la Física fundamental desde entonces.

Esta correspondencia describe una particular conexión entre las teorías de gravedad (RG y sus derivados) y las teorías cuánticas de campos (electrodinámica cuántica, cromodinámica cuántica, etc).

En ciertos casos, y según esta conjetura, ciertas afirmaciones de las teorías cuánticas de campos pueden ser traducidas a afirmaciones de las teorías de gravedad y viceversa.

En este marco, la teoría de campos es siempre descrita en menos dimensiones que la teoría gravitatoria según el principio holográfico.

Para poder hacer esto los cálculos gravitatorios tienen que efectuarse usualmente en una geometría exótica (espacio de Anti de Sitter), que es distinta de la geometría plana a la que estamos acostumbrados.

Aunque se suponía que debía de haber versiones del principio holográfico para espacio-tiempos planos, no había modelos que los usaran.

El año pasado Grumiller y sus colaboradores establecieron un modelo de este tipo con dos dimensiones espaciales (para simplificar) y plano.

Esto les permitió explorar sus posibilidades en el estudio de las transiciones de fase en las teorías de campos conocidas, pero, por simetría, esto significaría que las teorías gravitatorias también debían exhibir transiciones de fase.

En busca de la Estructura del Universo

Ahora han conseguido demostrar que, bajo este esquema, es posible una transición de fase entre un espacio-tiempo vacío y un universo en expansión.

Siendo este resultado sólo el principio de lo que parece ser un área prometedora.

Nuestro propio universo no parece haber llegado a existir de esta manera.

El modelo de transición de fase no pretende sustituir a la teoría del Big Bang. “Hoy en día, los cosmólogos saben mucho acerca del universo primordial – no estamos desafiando sus conclusiones.

Pero estamos interesados en la pregunta de qué transiciones de fase son posibles para el tiempo y el espacio, y cómo se puede describir la estructura matemática del espacio-tiempo”, dice Grumiller.


La medida más precisa del Universo | VCN




¿Nuestro Universo es un holograma? | VCN




Expansión del Universo de Albert Einstein es muy precisa | VCN

Copyleft:  http://neofronteras.com/?p=4284
Creative Commons. Gracias por visitarnos ¿Te ha gustado?, compártelo: