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Big Bang y Graficidad

Área: Física — Martes, 28 de Agosto de 2012

El Big Bang se podría haber dado a través de un proceso de enfriamiento de la estructura del espacio que daría lugar a las tres dimensiones espaciales conocidas con defectos cristalinos cuya existencia podría ser inferida.

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a) Dos dominios se forman de manera independiente, donde se encuentran se da un defecto de borde inestable. b) Después del enfriamiento el defecto de borde se congela en un estado amorfo metaestable.

El monopolio académico de las cuerdas ha relegado injustamente el desarrollo de otras aproximaciones a una teoría cuántica de la gravedad. Sin embargo, según pasan las décadas sin que las cuerdas proporcionen algo parecido a una teoría, pequeños grupos de físicos están empezando a explorar otras ideas. Una de esas nuevas ideas es la de “Graficidad”.
La Graficidad es un modelo independiente del fondo que proporciona un punto de vista alternativo a la noción de espacio. Está basado en conceptos tomados de la Materia Condensada, pero extendido a redes cuánticas dinámicas.
Si la materia ordinaria no se puede dividir indefinidamente debido a la existencia de los átomos, al espacio le podría pasar algo similar. A la escala de Planck podría haber algo así como “átomos de espacio”. Hay varios modelos que exploran esta idea, la Graficidad es uno de ellos.
James Q. Quach y sus colaboradores de la Universidad de Melbourne han explorado las posibilidades de la Graficidad, llegando a interesantes resultados.
Han explorado las estructuras de dominio metaestables y los defectos de borde en la estructura del espacio. Básicamente han estudiado las grietas y defectos equivalentes a los que se forman en los cristales al formarse o en el agua cuando sufre una transformación de fase y pasa de líquida a hielo.
Estos átomos o bloques individuales de espacio son, según la Graficidad, “píxeles” definidos por las aristas de un grafo. Las aristas se crean y destruyen o “saltan” según ciertas reglas formando diferentes grafos. En un proceso de enfriamiento se pueden producir “defectos” en la formación de aristas de tal modo que el grafo no es regular o bien se puede dar una frontera de domino de tal modo que a un lado y a otro se tienen subgrafos con diferente “orientación”.
Obviamente, al tener estos bloques un tamaño del orden de la escala de Planck, no se pueden ver directamente. Sin embargo, estos investigadores han investigado la propagación de bosones (partículas de spin entero) a través de estas estructuras y han encontrado fenómenos de dispersión, doble imagen y lente gravitatoria. Lo interesante de estos resultados es que proporcionan un marco observacional contra el que se podría contrastar experimentalmente la teoría.
Digamos que la existencia de los átomos de espacio podría verse inferida gracias al efecto sobre la luz que tendrían los defectos de la estructura cristalina espacio-temporal que forman. Recordemos que los fotones que componen la luz son también bosones.
Según este modelo y el trabajo de estos físicos, el Big Bang podría haber sido un fenómeno de cambio de fase similar al paso de agua a hielo. De este modo, el Universo primitivo sería como un líquido y según se “enfriaba” se cristalizó en las tres dimensiones espaciales que vemos hoy en día. En ese proceso se tuvieron que formar defectos como los mencionados y similares a las grietas y dominios (regiones con distinta orientación de cristalización) que se forman en el hielo cuando el agua se congela. Esos defectos se habrían mantenido “congelados” hasta la actualidad y podrían inferirse.
Este equipo de investigadores ha calculado el efecto que tendrían estos defectos sobre la luz y otras partículas para así verificar experimentalmente el modelo. Así por ejemplo, han encontrado que habría efectos de lente gravitatoria similares a los habituales predichos por la Relatividad General y observados por los astrónomos, pero en este caso el ángulo de refracción sería invariante respecto a la distancia al eje óptico.
Todavía queda, naturalmente, encontrar este tipo de fenómenos en el Universo real. Si se hallaran entonces estaríamos más cerca de saber la verdadera estructura del espacio.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Copia en ArXiv.

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9 Comentarios

  1. lluís:

    Suena raro eso de que “la materia ordinaria no se puede dividir indefinidamente debido a los átomos”. Átomo significa ” indivisible” pero resulta que el átomo (o el núcleo)es por lo menos divisible (dejemos las cuerdas, muchisimo más pequeñas que el átomo) hasta el quark, que parecerian ser los ladrillos fundamentales.
    En cuato a “átomos de espacio”, ¿no sería mejor hablar de “cuantos de espacio”?.
    Saludos.

  2. tomás:

    ¡Ya tenía ganas de hallar la ocasión de dirigirme a mi querido amigo “lluís”! Pues sí, tienes razón: parece más propio llamarles “cuantos de espacio” que átomos de espacio.
    Un gran abrazo.

  3. NeoFronteras:

    Efectivamente desde los años treinta se sabe que el núcleo atómico se puede dividir. Pero cuando esto sucede se pierde el elemento de partida. Un átomo de uranio fisionado deja de ser de uranio.
    Naturalmente todo se puede ir dividiendo hasta que se llega a quarks y leptones. Al menos de momento la búsqueda se para ahí. Las cuerdas las dejamos aparte, pues no parece que sean un teoría científica.
    No se sabe lo que es un cuanto de espacio, ni si lo podemos llamar “átomo” o no. Ni si quiera la energía está siempre cuantizada en la Mecánica Cuántica tradicional. El espectro de un electrón libre es continuo, de tal forma que puede tener cualquier energía. Sólo si está ligado adopta niveles discretos de energía.
    Todo parece sugerir que el espacio tiene que tener algún tipo de textura, aunque de momento las pruebas físicas sobre ello no las tenemos. Sería muy interesante encontrar algo al respecto.

  4. tomás:

    “El espectro de un electrón libre es continuo…” ¡Pues no tenía noticia! ¿No viola eso los principios de la MC?
    Un asombrado saludo.

  5. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Pues es un resultado muy antiguo y estándar. Lo lógico es que un electrón libre no ligado pueda tener cualquier energía. Un electrón o cualquier otra partícula. No se viola ningún principio.

  6. tomás:

    Claro. Perdón. A pesar de haber copiado yo mismo lo de “libre”, no lo pensaba. Seguía viéndolo ocupando un nivel en el átomo.
    Gracias por la atención y mi más entusiasta bienvenida. Tu magisterio es imprescindible.
    Un gran abrazo.

  7. lluís:

    Con una energía por encima del estado fundamental el átomo se ioniza.Si tenemos un sistema formado por un electrón y un átomo ionizado y completamente separados el uno del otro, por encima de esa energía, el átomo ya no existe como tal átomo, pero creo que se aun se puede considerar el sistema constituído por el átomo ionizado y el electrón. Este sistema podría tener “cualquier” energía que se quiera por encima de la energía de ionización. Y entonces resultaría un sistema conm conjunto discreto de niveles de energía por debajo de la de ionización y de un continuo por encima de esa energía.Curiosamente un sistema “discreto-continuo”.

  8. NeoFronteras:

    Estimado Luís:
    ¡Exacto! Hay un nivel fundamental de energía no nula, varios niveles excitados por encima con energías discretizadas y un continuo cuando el átomo se ioniza y se tiene un electrón libre y un ión. El electrón libre puede tener cualquier valor de energía en un continuo.

  9. tomás:

    Pues resulta una observación muy bonita la de “lluís” corroborada por Neo.

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