NeoFronteras

Universo con un principio

Área: Física — jueves, 10 de mayo de 2012

Recientes estudios apuntan a que el Universo tuvo que tener un principio, incluso cuando se considera la inflación eterna, el universo cíclico o la singularidad desnuda eterna.

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Hay una situación incómoda para todo físico sobre Big Bang. Los modelos con los que contamos no pueden evitar un momento singular en el mismo instante de producirse. Una vez eliminados los modelos de estado estacionario debido a la abrumadora importancia de las pruebas encontradas, sólo parece haber lugar para un Big Bang.
Según las teorías físicas con la que contamos debería de haber una singularidad en el instante cero del tiempo, el momento en el que se dio el Big Bang. El tiempo, el espacio, la materia y la energía surgirían en ese momento. No habría habido antes. La Relatividad General no puede decir mucho más si hay una singularidad inicial.
Algunos modelos cosmológicos rudimentarios de la teoría cuántica de lazos evitan una singularidad inicial y apuntan a un universo previo en el infinito pasado que se colapsó y rebotó hasta producir lo que llamamos Big Bang.
Para evitar este problema de momento inicial se han propuesto otras soluciones. Una propuesta sería que el Universo sufriera una inflación eterna. Otra que fuera cíclico de alguna manera. Y otra que la singularidad inicial sería una especie de singularidad desnuda que existiría previamente desde el infinito pasado. Pero según Alexander Vilenkin, de Tufts University, muchos de estos modelos todavía necesitan un principio, un momento singular.
Uno de esos modelos propuestos en el pasado sería aquel en que el Universo podría sufrir una inflación eterna en la que surge un universo tras otro. Según esta idea podría haber un tiempo infinito hacia el pasado. La inflación eterna es una consecuencia natural de la idea de inflación que introdujo Alan Guth en 1981. El universo se expande y, mientras tanto, se van produciendo burbujas con otros universos que van sufriendo sus respectivamente inflaciones. Habría una especie de “universo” que serviría de “semilla” para otros universos y que existiría desde siempre y para siempre. Incluso se ha especulado con la posibilidad de que se formen estas burbujas tanto hacia atrás como hacia adelante del tiempo. Un multiverso de este tipo no necesitaría de un principio aunque cada universo en particular lo tuviera.
Sin embargo, ya en un trabajo de 2003 varios físicos encontraron que había un límite que evitaba la inflación en ambas direcciones del tiempo, simplemente la inflación no podía ser eterna hacia el pasado y debe de haber un borde. Por tanto, la inflación podía ser eterna hacia el futuro, pero no hacia el pasado.
La opción del universo “cíclico” parece que tampoco funciona en este aspecto. Según esta idea el Big Bang no sería más que el momento de rebote del colapso de un universo previo. El Universo sufriría un ciclo infinito de expansiones y contracciones que darían infinitos Big Bangs. La idea tiene atractivo, pero algunas pegas. La primera es que todavía no hemos encontrado el mecanismo que permita el colapso del Universo, pues no parece contener suficiente masa que pare la expansión, e incluso parece que esta expansión se está acelerando.
La segunda pega es la entropía, que mide el grado de desorden de un sistema. No se ha encontrado la manera de evitar que el desorden se vaya acumulando. Al cabo de un tiempo infinito este desorden sería enorme, sería máximo. Si hemos pasado por infinitos ciclos entonces necesariamente estaríamos rodeados de un desorden que simplemente no vemos. Si en cada ciclo el Universo se hace más grande el desorden se puede diluir, pero esto tampoco puede funcionar, según Vilenkin. Al final resulta que el Universo debe de haberse formado en algún momento del pasado.
Otra propuesta es la del huevo cósmico, idea que básicamente mantiene que el Universo siempre ha existido en cierto estado singular y que finalmente explotó en lo que llamamos Bing Bang. Según Vilenkin este “huevo cósmico” no puede haber existido por siempre, ya que las inestabilidades cuánticas le hubieran forzado a colapsarse en un tiempo finito. Según Vilenin todo indica que el Universo tuvo un principio.
Este investigador ha seguido explorando este aspecto llegando a nuevas conclusiones al respecto y todas apuntan en la misma dirección. Según él los datos observacionales con los que contamos no son compatibles con un Universo sin principio ni fin.
Pero Vilenkin no es el único con esta opinión. Leonard Susskind, de Stanford University, también cree que es el Universo tuvo un principio. Según argumentos termodinámicos el Universo no puede haber existido por siempre. De nuevo es el argumento de la entropía. Como el Universo tiene cierto orden tiene que haber tenido un principio.
Desde el punto de vista filosófico, el que el Universo tenga o no un principio es importante, pues algunos siempre pueden colocar ahí a un creador. Lo malo de ir colocando a Dios en entes físicos es que tarde o temprano hay que quitarlo.
Pero no importa si tenemos o no un modelo falsable y correcto que nos explique estos asuntos, sino si podemos concebir mecanismos que permitan explicar un Universo que surja desde la nada con o sin un principio.
La malo es que carecemos de una teoría de la gravedad cuántica satisfactoria (las cuerdas no explican nada, como todo el mundo sabe) y ni siquiera tenemos una buena idea de la causalidad, de lo que es el tiempo, si es existe o si realmente es una propiedad emergente.
No obstante, nadie sensato que piense “a la Zenón” puede concebir un pasado infinito en una línea temporal con flecha de tiempo que llegue hasta un momento presente específico.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3823

Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv I.
Artículo en ArXiv II.
Artículo en ArXiv III.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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17 Comentarios

  1. tomás:

    Estimado Neo:
    Lamento no comprender la primera frase del segundo parrafo: “… debería haber una singularidad en el momento o del tiempo, el momento en que se dio el Big Bang”.

    Siempre he desconfiado del Big Bang tal como suele presentarse, pero me parece más aceptable una singularidad que no soy capaz de imaginar. Me gustaría que se tratase de concebir un Universo sin tiempo. Quizá se eliminaría todo problema. También una física en la que, con un tiempo derivado y no como magnitud fundamental, una magnitud fuese la entropía que parece incontestable.
    Cordiales saludos.

  2. NeoFronteras:

    Es un cero no una o. Es una tipografía poco afortunada. A ver si con letras se entiende mejor.

  3. petrus:

    No se trata de un problema de poner y quitar dioses a medida que vamos descubriendo la realidad. La realidad debe existir desde siempre, una eternidad, aunque no sabemos por ciencia lo que tal realidad sea. Porque si en algún instante se hubiera dado la no existencia de todo, estaríamos frente a la nada, y la nada no puede ser un huevo cósmico. Y como el tal huevo cósmico ha existido, la nada no se ha producido jamás. Ergo habemus seres desde siempre, con o sin tiempo, con o sin universos físicos. Creamos pues en la eternidad pasada y en la otra mitad futura.

  4. lluís:

    Desde luego resulta difícil imaginar que de un tiempo pasado infinito puedas llegar a un instante 0 a partir del cual surge “el todo” (sea lo que sea este todo). Lawrence Krauss, ha escrito recientemente un libro, en el cual afirma que “La Nada” es algo, y que “La Nada” es inestable.El título del libro es significativo:” UN universo de la Nada, ¿por qué hay algo en lugar de nada?”. No he leído ese libro, pero desde luego cuesta, también mucho, imaginar una Nada de Nada. Quizás algún día la magia de los campos cuánticos aclare algo el tema de ese vacío que no tiene nada de vacío y que por lo visto si los sacudes a velocidades cuasi-lumínicas, son capaces de crear partícula virtuales que acaban siendo reales.
    Saludos.

  5. NeoFronteras:

    Leí el libro de Krauss hace unas semanas. En él el autor no cuenta nada realmente nuevo. Respecto al vacío del que sale todo utiliza un truco y es el decir que el vacío se ha ido redefiniendo a lo largo de la historia y que un recinto sin aire sería sin duda la nada para un griego clásico. Se puede concebir un vacío en el que no haya espacio ni tiempo del cual, a través de una fluctuación, surge el todo. Incluso hay mecanismos que compensan la energía positiva con la gravitatoria para crear así la realidad. Obviamente un vacío de espacio-tiempo no es la nada y ahí están las leyes físicas. El autor dice que no es una tortuga por debajo de la cual hay otra tortuga y así sucesivamente. Pero al final no consigue evitar colocar más y más tortugas, hasta que recurre al multiverso y a una multitud de posibles leyes físicas.
    Naturalmente es muy difícil decir algo realmente nuevo, así que se aprecia el intento del autor por condesar cosas. Pero el libro de Krauss no es el libro de la revelación.

  6. NeoFronteras:

    Sobre este asunto es difícil imaginar un tiempo pasado infinito por lo ya expuesto. No sabemos cómo funciona la flecha del tiempo o lo que realmente es el tiempo, así que un génesis del tiempo o un origen del mismo son difíciles de explicar.
    En RG la singularidad marca en punto de ignorancia y a partir de ahí podemos imponer el origen de tiempos, pero es una elección nuestra (nos hacemos trampas al solitario). Además, la singularidad debe de desaparecer en una teoría cuántica de la gravedad y con ello nuestra “libertad para hacer trampas”.
    En definitiva necesitamos una teoría que permita crear el tiempo. Hay teorías que crean el espacio (sean malas, buenas, falsables o no), pero no las hay que creen el tiempo.
    En el pasado se planteó la libertad o falta de la misma de Dios a la hora de crear el Universo. Lo que siempre buscan los físicos en estos contextos es una teoría sin grados de libertad, algo que se desprenda de elementos sencillos y obvios. El Universo sería el único posible y la teoría sería útil para explicar cosas.
    Por otro lado, está el multiverso, el principio antrópico aplicado a él y todas esas cosas. El problema es que siempre se puede recurrir a este recurso y al hacerlo se deja de hacer Física porque se deja de buscar la teoría. Es un “me rindo”.
    El problema del multiverso es que no para en ningún momento y podemos echar mano de él en cualquier momento. Encima podemos hacer meta-multiversos, hiper-meta-multiversos… Al final habría infinitas maneras de crear realidades y ese infinito sería del grado tan grande como queramos (en el sentido cantoriano). De este modo el universo no vendría de la nada, sino de todo lo posible.
    Lo malo es que nada de todo esto es falsable y se escapa a la comprobación del método científico.
    No hay mucha diferencia entre la fe en el multiverso y la fe en Dios. No son más que comodines que podemos emplear justo cuando ya no sabemos seguir.
    Pero basta que creamos que hay una teoría (que no es más que un modelo de realidad) para que la busquemos. No importa si disponemos o no de una teoría del origen del Universo no singular en el tiempo. Basta que con que sepamos que es concebible que una teoría pueda explicar la realidad. Incluso cuando la falsabilidad falla más allá del Big Bang podemos ver si algunas de sus consecuencias se pueden observar en el presente.
    Si ya se hubieran solucionado estas cosas ya habríamos terminado la Física. Y, como ya sabemos, la ciencia es una empresa que no termina nunca. Es normal no saber si el tiempo tuvo un origen o si es infinito hacia atrás. Es normal no tener una teoría final sobre el origen de la realidad. No pasa nada.
    Seguro que Demócrito o Aristarco hubieran dado todo por saber una fracción de lo que sabemos ahora. Y se hubieran avergonzado de que la humanidad actual, sabiendo lo que sabe, es como es.

  7. Dr. Thriller:

    Una idea muy vieja y que sólo he encontrado parcialmente desarrollada (¡en Stanislaw Lem!) es la que postula que las leyes de la Naturaleza se modifican con el tiempo, si es que tiene sentido esta frase. En este escenario, no tiene sentido especular acerca de orígenes ni finales. Supongamos por ejemplo que determinadas constantes de la física van modificando sus valores, el universo que se va dibujando es completamente diferente, y, estoy seguro, más allá de cualquier capacidad nuestra de intuirlo siquiera (ni hablemos a nivel cuántico). Por otro lado, los conceptos de “principio” y “fin” realmente no existen, más que a nivel autorreferente y conceptual, nada tiene “principio” ni “fin”, todo evoluciona, todo sistema tiene una continuidad, simplemente se altera a tal punto que en un momento dado no se le puede conceptuar con los mismos símbolos. Un perro muerto es perro todavía porque conserva inmediatamente todas sus estructuras anatómicas (ya inertes), una vez podrido y desintegrado, cada una de esas piezas sigue existiendo, e incluso es más “asombrosa” la formación de un perro que su desaparición (puesto que quedan más huellas de los segundo que “antihuellas” digamos -procesos de creación y sus restos- de lo primero).

    De todo este rollo colijo que las ideas de “principio” y “fin” son análogicas de la mente humana, y sin verdadera existencia real.

    Luego el punto siguiente de si universos cíclicos conservan información de universos previos, todo esto es ya patinete a la Hitler. Por cierto, existen modelos de estado estacionario que encajan perfectamente con todos los datos que se tienen actualmente, el problema es que nadie quiere saber nada de ellos. Sí, seguramente si se les dedica tiempo y recursos es posible que acaben rasgando por otro lado, pero a fin de cuentas el Big Bang es otro alfiletero. Yo en verdad lo veo una ideología de tomo y lomo, y no cuestiono nada de nada, simplemente la interpretación me parece un flogisto de arriba abajo.

  8. David:

    Lo malo de la astro física es que es un tema muy abstracto y me pierdo, para poder enterarme de algo o sacar algo en claro, tengo que leerme varias veces un artículo, como así me pasaba cuando cogía una revista de Investigación y Ciencia o una de Mundo Científico, y venía un artículo de astro física. Mi formación de bachillerato, y posteriormente de FP-2, de electricidad – electrónica, no me da para más. En cambio, uno que tenga una formación superior, lo comprenderá mucho mejor que yo, es lógico.

    Neofronteras, explica que Desde el punto de vista filosófico, el que el Universo tenga o no un principio es importante, pues algunos siempre pueden colocar ahí a un creador. Lo malo de ir colocando a Dios en entes físicos es que tarde o temprano hay que quitarlo.

    No entiendo muy bien esto de poner primero y quitar después un Dios, suponiendo que haya realmente un Dios, entendido como una Energía Inteligente Universal. del que ya he hablado en la entrada de Inteligencia y preocupación en esta revista.

    He llegado a la conclusión de que el mundo que conocemos, e incluso los seres vivos que habitamos hoy la Tierra, somos el resultado de sucesos aleatorios, que han tenido lugar de forma encadenada, por tanto, unos dependen de los anteriores, y se van haciendo más pequeños el número de variables o salidas que los siguientes pueden dar, por que los anteriores van estableciendo límites o condiciones, sobre los que producirse los siguientes .Hasta llegar al último, que podrían tener unas pocas salidas o variables, p. ej. 4 u 8 de ellas.

    En neo fronteras, explicaban una vez, en uno de sus artículos, que si pudiéramos rebobinar la cinta de la vida, y ponerla nuevamente en marcha, aparecerían animales muy diferentes a los que conocemos hoy. Conocer esto es, cuanto menos interesante, que parece ir en esta línea, y no necesariamente tener que haber una Energía Inteligente Universal, como defienden los modernos teístas.

    También hacía referencia a un artículo que explicaba que es posible crear orden a partir del desorden: http://darwin.50webs.com/Espanol/Articu00144.htm

    Por tanto, es posible que no necesariamente seamos todos los seres vivos que habitamos hoy la tierra (y la habitaron antes), seamos el resultado de la acción o el trabajo de una Energía Inteligente Universal.

  9. tomás:

    Estimado David:
    Añado a tu última frase que, en efecto, no somos el resultado de una Energía Inteligente Universal. Tal cosa no sería demostrable ni falsable. Su posibilidad es nula. ¿Se autocreó, habrá que buscarle otra Energía anterior, o es eterna hacia el pasado?
    Un abrazo y no seas tan modesto: piensas, que es lo importante. Repito: un abrazo.

  10. Miguel Angel:

    Aunque habrá muchos lo sepan, recordar que Charles Darwin, era un científico amateur, algo similar se podría decir de Robert Wright, en mi opinión uno de los mejores científicos sin estudios universitarios de nuestros dias.

    La reflexión de David es interesante,mi amigo tomás, y la “Energía inteligente universal” entendida como un concepto vago que vendría a decir que en el estallido del Big Bang y dentro de todo ese caos, ya estábamos en potencia, Neofronteras y David y tomás y yo, es mas poética que otra cosa pero tampoco es incierta ya que damos por supuesto que hubo un momento en el Universo en que solo había elementos muy ligeros como el helio o el hidrógeno y en un momento actual ni siquiera había luz ni fotones (¿con mucho orden o desorden?). Pero de todo ese desorden surgió de alguna forma la vida y la inteligencia que puede tener una araña, un chimpancé o un Neardenthal.
    Abrazos para ambos.

  11. Miguel Angel:

    En la antepenúltima línea donde digo momento actual quise decir “momento anterior”.

    Universo incomprensible…

  12. tomás:

    Estimado Miguel Angel:
    Ya sabes que no me atrae este berengenal, pero se ve que es mi destino. Me opongo frontalmente a otorgar personalidad a un “ente-causa” y si se le supone inteligencia, ha de suponérsele personalidad. Seguramente Darwin pudiera creer en algo así, como también pudo hacerlo Einstein, pero eso no significa absolutamente nada. Repito que toda teoría científicamente válida ha de ser demostrable y falsable. Esta no lo es. Por tanto no sirve como teoría. Podrá servir como producto de la imaginación o del deseo. Pero también yo desearía la existencia de un dios benevolente que velase por los más infelices y evitase las barbaries de este mundo. Pero no lo hay.
    Que en cualquier pasado existe en potencia todo futuro, para mí, que me sabes determinista por las repetidas veces que hemos dialogado, es algo que doy por hecho, pero eso no demuestra absolutamente nada ni requiere la existencia de esa energía inteligente.
    Recibe todo mi aprecio y consideración.

  13. Miguel Angel:

    Amigo tomás:

    Pues yo tampoco tengo muchas creencias, así que tampoco me convencen los “entes con personalidad”.
    Recordemos una vez mas que NO somos el producto final de la evolución sino una especie mas, una rareza o curiosidad mas… pero creo que estábamos hablando de ese concepto mas abstracto que expones en tu último párrafo y ese tema si que me parece muy interesante: a partir del desorden o caos surgen formas de vida ordenadas y surge la inteligencia, en este momento el Universo ya se estudia así mismo, trata diagnosticarse, de preguntarse cómo será su futuro y cómo pudo ser su pasado…y de si hay mas berengenales, o algo similar en otros lugares. Es magnífico.

  14. Miguel Angel:

    En esta ocasión un punto menos para tomás y también para el que escribe: en cualquier caso serían “berenjenales”, disculpas mil.

  15. tomás:

    ¡Caramba, amigo Miguel Angel, cuanto te agradezco y cuanto me duele haberme metido en ese berenjenal con una g de huevo! Bueno, ya que estamos en esto voy a contarte algo notable´y absolutamente cierto: En una carnicería había un cartel que decía “Vendo también guesos”. Con toda la prudencia y delicadeza, por no ofender, le dije que “gueso” se escribía con hache. Se excusó y me dijo que mañana estaría arreglado. Unos días más tarde volví a pasar por allí y lo había corregido. Puso: “Vendo también ghuesos”.
    Cosas de la vida y de la ortografía. Un fuerte abrazo.

  16. Miguel Angel:

    Muy buena la anécdota, tomás…y hablando de delicadeza no sería justo reconocer que tu forma de escribir y tu ortografía es impecable, yo cometo bastantes mas fallos y cuando me doy cuenta corrijo el error, intentando que también me duela y así no se me olvide.

    Recibe un gran abrazo.

  17. tomás:

    Mi querido amigo:
    Muy agradecido por tus inmerecidos halagos. También comprendo que no sea justo reconocerlo, por lo que apoyo tu opinión.
    Y en esta pugna de mutuas alabanzas he de reconocer tus conocimientos y bonhomía. Tampoco sería justo admitirlo.
    Ya sabes: donde está el humor la felicidad es más probable.
    Un fuerte abrazo.

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