28 ago. 2015

Un nuevo modelo matemático señala que el Universo ni nació, ni morirá

Yaiza Martínez

También respalda la existencia de una partícula gravitatoria hasta ahora no probada. La Teoría General de la Relatividad señala que el universo surgió hace 13.800 millones de años, tras una gran explosión conocida como ‘Big Bang’. Un nuevo modelo matemático desafía esta idea, pues sugiere que el universo nunca habría nacido. Y que, además, nunca morirá. El modelo es teórico, pero, según sus autores, algunas de sus predicciones coinciden con las observaciones actuales sobre la constante cosmológica y la densidad del universo. También respaldaría la existencia de unas partículas gravitatorias hasta ahora no probadas: los gravitones.

El Universo ilustrado en tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal. Imagen: Theophilus Britt Griswold. Fuente: NASA/Wikipedia.
La edad del universo está estimada, a partir de la Teoría General de la Relatividad, en 13.800 millones de años.

En aquel momento, toda la materia del cosmos habría estado concentrada en un solo punto infinitamente denso (también conocido como singularidad). Pero luego, habría “explotado”, y habría empezado a expandirse. Esa explosión es lo que se ha denominado Big Bang.

Así explican las matemáticas de la teoría de la relatividad el origen del cosmos. Pero un nuevo modelo desafía esta explicación. Desarrollado por los físicos Ahmed Farag Ali y Saurya Das, de la Universidad de Banha (Egipto) y de la Universidad de Alberta (Canadá) respectivamente, el modelo señala que el universo habría existido desde siempre, publica la revista Physorg.

El problema de la singularidad del Big Bang
En general, una singularidad es una zona del espacio-tiempo donde no se puede definir alguna magnitud física relacionada con los campos gravitatorios, tales como la curvatura. En el marco de la Relatividad General, aparecen numerosos ejemplos de singularidades, como la descripción del origen del universo que ya hemos mencionado.

Algunos científicos, sin embargo, han dicho que esta descripción es “problemática” porque solo explica matemáticamente lo que pasó después del Big Bang y no lo que sucedió antes o durante la singularidad. Ali y Das trataban de resolver esas deficiencias con su nuevo modelo matemático.

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Recuperando a David Bohm
Para su desarrollo, se basaron en ideas de un físico teórico llamadoDavid Bohm, muy conocido, entre otras cosas, por desarrollar en los años cincuenta del siglo XX una versión de la mecánica cuántica en la que se predice un “orden implicado” en el universo. Ese orden implicado, multidimensional, permitiría explicar la contigencia, más o menos azarosa.

La interpretación de Bohm es un ejemplo de teoría de variables ocultas, en la que se admite que existen variables ocultas que podrían proveer una descripción objetiva determinística que elimine muchas de las paradojas de la mecánica cuántica.

Asimismo, Bohm exploró la sustitución de las líneas geodésicas clásicas (definidas por la Teoría General de la Relatividad como líneas de mínima longitud que unen dos puntos en una superficie dada) por trayectorias cuánticas.

Se considera que las líneas geodésicas se cruzan unas con otras en algún punto, y que en los puntos en que convergen se forman singularidades (como la que posibilitó, según la relatividad, el Big Bang). Las trayectorias cuánticas bohmianas, por el contrario, jamás se cruzan, así que no hacen emerger singularidades en las ecuaciones.

Como Bohm, en su trabajo, Ali y Das sustituyeron las líneas geodésicas por trayectorias cuánticas bohmianas. En este caso, lo hicieron en una ecuación ya existente, creada también en los cincuenta por otro físico, Amal Kumar Raychaudhuri. El modelo matemático resultante combina, por tanto, elementos de la Teoría General de la Relatividad con elementos de la teoría cuántica.

Ni principio ni fin
Al ‘corregir’ la ecuación de Raychudhuri incorporándole las trayectorias cuánticas, el modelo matemático de Ali y Das señala lo siguiente. En primer lugar, como carece de singularidades, no predice el Big Bang, es decir, que según este nuevo modelo no habría existido “un inicio del cosmos” y este sería temporalmente infinito.

Por otra parte, el nuevo modelo tampoco predice un "big crunch" o “Gran Colapso”, para el cual se precisaría una singularidad igualmente: la teoría cosmológica del ‘big crunch’ señala que el destino último del universo se producirá cuando su expansión se frene y sus elementos vuelvan a reunirse y comprimirse en una singularidad espacio-temporal.

Por último, según los científicos, las predicciones del nuevo modelo coinciden en gran parte con observaciones actuales de la constante cosmológica y de la densidad del universo.

Respaldo a la existencia de una nueva partícula
En términos físicos, el modelo describe asimismo al universo como “lleno de un fluido cuántico”. Ali y Das proponen que este fluido estaría compuesto por gravitones, que son unas partículas hipotéticas, que se supone son las encargadas de transmitir la interacción gravitatoria.

Para la física teórica estas partículas resultan fundamentales porque podrían jugar un papel clave en la teoría de la gravedad cuántica. Se espera que esta teoría se convierta en la base matemática para describir el comportamiento de todas las fuerzas de la Naturaleza (o todas las interacciones fundamentales entre las partículas elementales en términos de un solo campo).

Referencia bibliográfica:
Ahmed Farag Ali and Saurya Das. "Cosmology from quantum potential." Physics Letters B. Volume 741, 4 February 2015
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Ahmed Farag Ali and Saurya Das. Cosmology from quantum potential. Physics Letters B. (2015). DOI: 10.1016/j.physletb.2014.12.057.