NeoFronteras

Proponen un nuevo paradigma basado en la teoría cuántica de lazos para los momentos iniciales del Big Bang que podría comprobarse experimentalmente.

Como ya sabe el lector habitual de NeoFronteras, todavía no hay una teoría cuántica de gravedad. Hay, eso sí, algunos marcos conceptuales con los que se trabaja y que quizás algún día den lugar a una teoría de ese tipo. Uno de estos marcos conceptuales es la teoría cuántica de lazos, que fue propuesta por Abhay Ashtekar de Penn State. Usando este marco se propuso hace un tiempo un modelo que pretendía decir qué pasó antes del Big Bang y que proponía que el Big Bang era un rebote de un universo anterior.
Ahora, Ashtekar y sus colaboradores proponen un nuevo paradigma basado en la teoría cuántica de lazos para los momentos iniciales del Big Bang. Este nuevo paradigma permite, por primera vez, ver cómo pudieron evolucionar las grandes estructuras del Universo a partir de las fluctuaciones cuánticas del propio espacio-tiempo, pues proporciona un marco matemático y conceptual que permite describir la exótica geometría mecánico-cuántica del espacio-tiempo. La idea es entender la dinámica que la materia y la geometría experimentaron durante esas eras tan tempranas del Universo.
Se cree que durante el Big Bang la densidad del Universo era inimaginablemente alta de tal modo que la Teoría General de la Relatividad no puede describir ese estado. La densidad de materia alcanzaría los 10⁹⁴ gramos por centímetro cúbico, que es muchos órdenes de magnitud superior a la densidad de un núcleo atómico (10¹⁴ g/cm³).
En ese ambiente mecánico-cuántico las propiedades físicas serían muy distintas a las de hoy en día y se manifestarían probabilísticamente, tal y como dicta la Mecánica Cuántica.
No podemos reproducir esas condiciones en los laboratorios y además no hay ninguna observación que nos permita ver directamente ese estado, así que esta teoría, al igual que otras, tiene problemas de falsabilidad. Como ya sabemos, el Universo se hizo transparente por primera vez pasados unos 380.000 años después del Big Bang, evento que vemos ahora como el fondo cósmico de microondas. Se supone que hay un fondo cósmico de neutrinos y quizás un fondo cósmico de ondas gravitatorias, pero ninguno puede retrotraernos a los instantes iniciales del Big Bang cuando los fenómenos mecánico-cuánticos eran importantes.
Sin embargo, este nuevo paradigma permite, según sus proponentes, realizar algunas predicciones que podrían ser comprobadas observacionalmente.
Si el Big Bang hubiese sido perfecto y hubiera dado lugar a algo perfectamente homogéneo no tendríamos cúmulos de galaxias, galaxias, estrellas o planetas, sino un montón de átomos equidistantes. Para que la gravedad opere se necesita alguna irregularidad a la que poder agarrarse. El Big Bang clásico producía demasiadas irregularidades y daba lugar a un universo que no era homogéneo ni isótropo, pero lo que observamos es un universo homogéneo ni isótropo. La idea de inflación se introdujo para solucionar este problema. Según esta hipótesis el Universo sufrió un proceso rápido de inflación que hizo que creciera a velocidad superlumínica (el espacio no tiene límites a la hora de expandirse, pero los objetos en su interior no pueden ir más rápidos que la luz). Este proceso inflacionario aplanó el universo y lo dejó en un estado muy homogéneo e isótropo. A la vez habría aumentado las pequeñas fluctuaciones cuánticas del propio Big Bang y proporcionado las suficientes “semillas” para que la gravedad formara la estructura a gran escala del Universo.
Este nuevo trabajo proporciona precisamente esas fluctuaciones primigenias y los resultados muestran, según sus autores, que las condiciones iniciales en el comienzo del Big Bang dan de forma natural la estructura a gran escala del Universo que observamos. Las predicciones encajan con lo que se observa en el fondo cósmico de microondas (FCM), cuyas irregularidades son un reflejo de esas fluctuaciones primigenias.
Para ello asumen que nuestro universo procede de un universo previo en contracción que se colapsó y rebotó en lo que llamamos Big Bang. El estudio cubre una época desde la inflación hacia a atrás que cubre 11 órdenes de magnitud en densidad de materia y en curvatura del espacio-tiempo. Han conseguid además delimitar las condiciones iniciales que se dieron en el Gran Rebote y comprobado que la posterior evolución concuerda con las observaciones del FCM.
Quizás lo más interesante es que han encontrado una gama de valores estrecha para ciertos parámetros que permiten al nuevo paradigma predecir efectos novedosos que la teoría del Big Bang estándar más inflación no predicen.
“Es excitante que pronto podamos ser capaces de comprobar estas predicciones diferentes”, dice Ashtekar. Espera que en nuevas misiones de observación se comprueben estas predicciones y que además se pueda ganar una mayor comprensión del universo muy temprano.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Copia del artículo en ArXiv.
Artículo en ArXiv.
Ivan Agullo, Abhay Ashtekar, and William Nelson. Quantum gravity extension of the inflationary scenario. Physical Review Letters, 11 de diciembre, 2012.