NeoFronteras

¿Habrá un Big Crunch?

Área: Espacio,Física — miércoles, 25 de marzo de 2015

Un nuevo modelo cosmológico parece resolver el problema de la gran diferencia entre la energía del vacío calculada y la constante cosmológica observada.

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Una nueva propuesta de Nemanja Kaloper (UCDavis) y colaboradores sugiere que el Universo no se expandirá indefinidamente a un ritmo cada vez mayor, sino que el Universo parará su expansión y colapsará sobre sí mismo en unas pocas decenas de miles de millones de años, un plazo de tiempo corto desde el punto de vista cosmológico.
Cuando sólo se tenía en cuenta la materia que contiene el Universo saber su destino era relativamente fácil. Si había suficiente materia, el Universo pararía su expansión y colapsaría sobre sí mismo. Si no era así, el Universo se expandiría a un ritmo cada vez más lento.
El descubrimiento de la energía oscura en los años noventa del pasado siglo vino a cambiar todo eso. Esta energía llena todo el espacio y actúa como una presión negativa que tiende a expandir el espacio a un ritmo cada vez mayor.
Bajo está perspectiva todas las galaxias fuera del grupo local desaparecerán del horizonte observacional, las pruebas del Big Bang serán borradas y el Universo se convertirá en un Universo de De Sitter aburrido con Lactómeda en su centro. Será un Universo vacío, triste y diluido.
La manera favorita de explicar la energía oscura es como una energía del vacío. Una energía del propio espacio. Como la expansión va creando espacio, la contribución de esta energía es cada vez mayor y de ahí la aceleración en la expansión.
Esta energía del vacío se puede tomar desde el punto de vista cosmológico como una constante cosmológica. Este es un término que se añade a las ecuaciones de Einstein. Término que introdujo el propio Einstein en su día cuando se creía que el Universo era estático para así compensar el universo dinámico que predecían sus ecuaciones. La leyenda cuenta que el famoso científico dijo que la constante cosmológica fue uno de sus mayores errores.
Este término se puede añadir o no de manera natural a las ecuaciones y no es necesario usarlo cuando se estudian problemas gravitatorios no cosmológicos.
Como la constante es un constante en el espacio y el tiempo es natural pensar que puede ser equivalente a la energía del vacío. Pero hay un problema en este asunto. La energía del vacío calculada a partir de las fluctuaciones cuánticas difiere en 120 órdenes de magnitud del valor de la constante cosmológica. A lo largo del tiempo se ha tratado de sintonizar parámetros para “esconder bajo la alfombra” o cancelar casi toda esa energía del vacío y que todo encaje, pero sin demasiado éxito.
Es aquí en donde entra el trabajo de Kaloper. Este investigador y Antonio Padilla (University of Nottingham) introducen una pequeña modificación en la constante cosmológica, de tal modo que es tomada como un promedio temporal de la densidad de materia en el Universo. Esto predice una constante cosmológica pequeña y un colapso del Universo. Además, se cancela la energía del vacío de manera efectiva sin llegar a soluciones inestables.
El mecanismo secuestra de la gravedad toda la energía del vacío del sector de materia, incluyendo correcciones tipo “loop” y construye todas las contribuciones desde las transiciones de fase automáticamente pequeñas.
La idea es tomar los parámetros dimensionales en el funcional del sector de la materia. El universo entonces debe ser finito en el espacio-tiempo y, si se considera el Modelo Estándar de partículas, el mecanismo propuesto evita que la energía del vacío (sea clásica o cuántica) alimente la curvatura del Universo.
Según los autores, el mecanismo propuesto es consistente con la gran jerarquía que hay entre la escala de Planck, la escala electrobébil, la escala de curvatura y la cosmología temprana del Universo incluyendo la inflación. El resultado es que la curvatura del vacío de un universo grande y viejo es no nula, pero muy pequeña y transitoria, como lo que observamos en la actualidad.
Esta nueva constante cosmológica pequeña se anulará en el futuro y cambiará de signo, por lo que el Universo empezará a contraerse en algún momento, al final el Universo colapsará en un Big Crunch. El posible rebote dependerá de lo que diga una posible teoría cuántica de la gravedad.
Los autores creen que su propuesta pueda ser comprobable observacionalmente en el futuro.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4641

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo en ArXiv I.
Artículo en ArXiv II.
Gráfico: NASA, ESA y STScl.

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

  1. tomás:

    Un futuro ¿como cuanto de lejano?

  2. tomás:

    Admirado Neo:
    ¿Hablamos de una o unas decenas de años, centenares, milenios o más?

  3. NeoFronteras:

    Los autores no parece que den una cifra exacta. Sólo acotan que el colapso no puede empezar antes de los 10.000 millones de años, que es como no decir nada porque hemos superado eso y el Universo sigue expandiéndose.

  4. tomás:

    Mil gracias, porque ya me estaba preocupando por si me tocaba encogerme hasta ser algo así como un electrón. Diez mil millones no los resiste especie alguna y menos la nuestra, aunque claro la Tierra ya se habrá evaporado antes de la mitad de ese tiempo.
    Repito mi agradecimiento.

  5. Nimux:

    No veo claro lo del Big Crunch
    Está claro que ahora el universo se expande de acuerdo con el valor de la constante cosmologica, que me dicen que es proporcional a la densidad de materia, ok eso si lo veo.
    Pero la realidad que yo veo es un poco diferente, veo que la energia se está transformando en materia y que esa materia crea mas espacio, o sea dilatación espacial, si el universo se expande significa que no estamos en equilibrio y que hay mas energia que materia para estar en equilibrio.
    Con la expansión, disminuirá la densidad de energia y se creará menos materia por lo que disminuirá la expansión, pero eso será suave, de forma asintótica hasta un tamaño de universo de equilibrio, por tanto no habrá Big Crunch.
    ¿Que ocurre cuando dos fotones tropiezan y crean un par electrón-positrón? pues que energía se convierte en materia ¿solo eso? no, hay una onda gravitatoria que sale del punto de colapso y que se expande a velocidad c y que hace que todo el universo se expanda un poquito…

  6. Pocosé:

    Ahora que el Big Crunch gana puntos, mis preocupaciones al respecto del fin de nuestro Universo son más tolerables.
    Entiendo que por ello también gana puntos el que este Universo nuestro solo sea una de las infinitas fluctuaciones cuánticas de sumatorio=0 generadas en el “vació” del Metaverso Cuántico, pero no de las infinitas y totalmente simétricas, en las que es imposible determinar si se va o se viene, sino una de las que, tambien infinitas, son lo suficientemente “grandes y asimétricas” para que el camino de ida y el de vuelta no produzcan en todo su recorrido dos situaciones idénticas. Este tipo de fluctuaciones, de las que el nuestro Universo es una innegable evidencia, tienen la facultad de producir internamente una serie de fantasmagóricas holografías, del tipo: energías, materias, tiempo, espacio, información y otras muchas. Una de las cuales, al menos, es capaz de percibir, analizar, clasificar e incluso cuantificar a muchas de las otras, de lo cual, nosotros los “H. tecnotribalis”, somos también innegable evidencia.
    ¡¡Ahí queda eso!!
    Cualquier critica, por dura que sea, será muy agradecida.
    Abrazos y o saludos.

  7. lluís:

    “introducen una pequeña modificación en la constante cosmológica, de tal modo que es tomada como un promedio temporal de la densidad de materia del universo”.
    – ¿Y cómo se toma es promedio temporal de la densidad de materia?.¿Acaso se conoce la razón entre la densidad actual y la densidad crítica?

  8. tomás:

    Pues ya que lo dices, agudo y querido amigo “lluís”, ¿conocemos alguna otra densidad que no sea la actual? Manejable, me refiero; es decir, no la supuesta y quizá posible singularidad.

  9. lluís:

    Bueno, amigo tomás, por conocer no se conoce con certeza ni la densidad actual, aunque fue medida por el WMAP dió una omega (el parámetro con el que se mide la densidad de materia del Universo) de 0,27 +/- 0,04, pero al parecer la materia bariónica (protones, neutrones,…) es tan solo del 17%, el resto se supone que sería materia oscura.
    -Muchos cosmólogos creen que el Universo tiene una densidad exactamente igual a la “crítica”, pero esta suposición parece depender de la materia oscura, puesto que hay una distancia considerable entre ese valor de omega ( 0,27) y 1 (este 1, sería la densidad crítica, o sea un valor de omega igual a 1).
    – Un abrazo, amigo tomás.

  10. Miguel Ángel:

    Si la expansión del Universo sólo depende de la energía oscura, ¿cómo se explica que la expansión fuese al principio muy grande, luego se ralentizase y después volviese a acelerar?

  11. tomás:

    Querido amigo Miguel Ángel:
    Fíjate en el párrafo que reproduzco:
    “La manera favorita de explicar la energía oscura es como una energía del vacío. Una energía del propio espacio. Como la expansión va creando espacio, la contribución de esta energía es cada vez mayor y de ahí la aceleración en la expansión”.
    Es decir que `la energía crea espacio y éste, una vez ha aumentado, crea más energía. Y esta mayor energía crea más espacio…´. Es una retroalimentación sin límite. Pero, a mi entender, esto no cabe en los principios de la termodinnámica.
    Sólo me da consuelo “es como”. Es decir que no es así, sino que se trata de una explicación divulgativa.
    Quizá “lluís”, tan amable, pueda echarnos una mano.
    Abrazos para ambos.

  12. lluís:

    Bueno, es que la expansión no depende sólo de la energía oscura. Lo que parece que hace la energía oscura es acelerar la tasa de expansión del universo. Que el espacio se expande ya la demostró en su día Hubble, cuando observó que las galaxias se separaban unas de otras (en contra de lo que postulaba Einstein, un universo estático). Por tanto el espacio intergaláctico crece y crece sin impedimento alguno ( y sin estar limitado por la velocidad de la luz) y sin que las leyes de la termodinámica tengan mucho que decir, ahí. Luego se supone que hubo uno cortísimo periodo de tiempo en el que el espacio creció enormemente, el periodo inflacionario. En resumen, que a la ya “normal” tasa de expansión del universo se le suma ahora esa aceleración “extra” debida a la energía oscura o ” constamte cosmológica” que Einstein había suprimido en sus ecuaciones. Seguramente Neo podrá aportar alguna cosa más.
    -Saludos a todos.

  13. tomás:

    Admirado Neo:
    Cuando en mis 1 y 2 pregunto por el tiempo, me refiero a esa comprobación de la que hablan los autores y que expresas en la línea que ocupa tu último párrafo.

  14. tomás:

    Querido amigo “lluís”:
    Si no se da esa retroalimentación de la que hablo en mi 10, parece no se violan los principios de la termodinámica, pero sí si esa “retro” se da.

    Por otra parte es muy importante la pregunta 9 de Miguel Ángel. Debería haber alguna explicación para ese fenómeno.

    Como dices, quizá Neo tenga alguna respuesta. A ver si hay suerte, ha cargado pilas estos días y Orange ha cumplido sus obligaciones.

    Saludos para todos.

  15. Miguel Ángel:

    Queridos amigos Tomás y Lluís:

    En una ocasión le pregunté a Neo sobre termodinámica y Big Bang y me respondió que en ese punto la termodinámica representaba siempre un problema. Es uno de los enigmas a descifrar…y no son pocos: buena prueba es el hecho de que aún tengamos tantos modelos de Universo sobre el tapete.

    Un fuerte abrazo.

  16. tomás:

    Amigo Miguel Ángel:
    No pretendía llegar tan lejos en el pasado, pero ya que lo dices… Creo que sólo si se admite una energía preexistente, sin comienzo, podría no haber problemas termodinámicos.
    En realidad, si lo pensamos, estamos acostumbrados erróneamente a que las cosas tengan una existencia finita. En una segunda consideración comprobamos que, realmente, se transforman, pero no comienzan de la nada ni se van a la nada. Entonces ¿por qué no pudo existir esa energía que lo llenase todo desde siempre -ese siempre incluye el problema de la existencia del tiempo que se resuelve si lo eliminamos-, parte de la cual se transformó en materia?
    Pero ¿qué sería ese “todo”?. No lo sabemos, porque ahí entramos en el concepto de espacio. Pero eso podemos dejarlo para más tarde.
    Un abrazo.

  17. tomás:

    Perdón, querido amigo “lluís”. Mi comentario anterior y mi abrazo final también te incluye. Lo que pasa es que el querer contestar al de Miguel Ángel, me ha hecho olvidarte durante unos minutos. Sé que me perdonas porque eres conocedor de la gran estima que te tengo.
    Fuerte abrazo un poco despistadillo.

  18. tomás:

    Querido Neo:
    Acabo de comprobar que se ha cerrado a comentarios el titulado “Actualidad climática”, cuando iba a contestar al comentario 8 de JL.

    Iba a hacerlo ayer, pero una “amable” carta de “Hacienda somos todos” en forma de “notificación” con todo tipo afectuosas palabras tales como requerimiento, plazos, consecuencias de dilación, sanciones, procedimientos, etc., me acongojó de tal modo que fui a enterarme de a qué venía todo eso. Espero que no se saquen de la manga algún truco para poder seguir cobrando su sueldo, que yo he pagado junto con el de los demás que hemos trabajado y cotizado.

    En fin; a lo nuestro. Temo que el vergonzoso incumplimiento de Orange siga incapacitándote durante más tiempo y que dados los plazos de cierre a comentarios, suceda esto continúe quién sabe hasta cuando. Por ello te ruego que olvides esa norma mientras dure esta situación, e incluso, si te es posible, abras los que vencieron esta última vez. Es que me gustaría contestar al amigo JL.

  19. tomás:

    Quizá Neo está de viaje aprovechando la irresponsabilidad de Orange. Pero nosotros, afortunadamente, tenemos una especie de biblioteca de la que echar mano con tantos artículos publicados, tan interesantes.

    A propósito de ello, se me ocurre que una frase de la conocida oración “El Credo”, tanto el “resucitó de entre los muertos” -es decir que estuvo muerto y en consecuencia, su cuerpo, sufrió la degradación natural-, como “la resurrección de la carne” de toda la humanidad que existió, la actual y la futura, es algo incompatible con la termodinámica, porque, muy posiblemente, parte de la materia muerta ha pasado a otros cuerpos, incluso humanos. Sin ser macabro, el agua ingerida por los microorganismos y otros necrófagos, habrá ido a parar, cuando estos mueran a su vez, en muchas ocasiones, a algún vegetal que habremos comido nosotros o el conejo que nos merendamos después -por ejemplo-; así que habrá de crear materia-energía otra vez. ¡Vaya faena, siempre creando, quiera o no!
    Pero claro, al todopoderoso, no se le puede oponer una ley física, aunque también fuese obra suya; ¡estaría bueno!

    O sea que, o Diós existe o dicha oración es una falsa tontería. Pero si es una falsa tontería y comienza diciendo: “Creo en Dios, Padre todopoderoso…”. En fin que la solución está a la vista.

    Chao, chao, bambina…

  20. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Sobre su 18 decirle que no consigo activar de nuevo los comentarios, así que lo mejor es dejarlo tal cual.

    Y, efectivamente, aprovechando el problema de Orange me he tomado vacaciones de semana santa. Ya tengo conexión y habrá nuevas entradas pronto, pero posiblemente pocas debido a la hospitalización de un familiar cercano.

  21. Miguel Ángel:

    Pues mis mejores deseos para ese\a familiar y que se recupere satisfactoriamente.

    Y un fuerte abrazo de animo para usted, querido Neo.

  22. tomás:

    ¡Vaya, Neo, lo siento! Mi primer comentario al último artículo parece ahora premonitorio. Espero y deseo que se arreglen todas tus preocupaciones y la salud de tus allegados.

    De todo corazón, un fuerte abrazo.

  23. lluís:

    Me sumo a los deseos de los amigos Miguel Ángel y tomás, con referencia a salud del familiar de Neo.
    En cuanto al comentario 17 de tomás, no pasa nada hombre,como bien dices ya soy conocedor de tu afecto.
    Un cordial saludo a todos.

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