Proponen una nueva versión testable de la teoría alternativa a la inflación.
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Lee Smolin (Perimeter Institute for Theoretical Physics) cuenta en su libro “The trouble with Physics” que Joao Magueijo (Imperial College London) es uno de los físicos que cuestiona la relatividad especial, al menos a ciertas escalas.
Según Smolin, Magueijo no tiene posibilidad de elección, pues es un hombre que inventó una idea de la que se enamoró (fallen in love with), una idea que contradice el postulado fundamental de la Relatividad Especial, que sostiene que la velocidad de la luz en el vacío es constante.
Según Magueijo, al comienzo del Big Bang, la velocidad de la luz era mucho mayor de lo que es ahora y esto permite resolver algunos problemas cosmológicos.
Nadie cuestiona la idea del Big Bang entendida como que toda la materia, energía y espacio que vemos estaban concentrados en una región muy pequeña hace unos 13800 millones de años y que ha estado expandiéndose desde entonces. Tenemos multitud de pruebas físicas que así lo indican. Sin embargo, el demonio está en los detalles y, en realidad, no estamos seguros de prácticamente nada más.
El modelo de Big Bang antiguo no podía explicar un par de cosas. Por un lado, el Universo parece bastante plano y, a la luz de los datos de las misiones WMAP y Planck, exactamente plano. ¿Por qué es plano y no tiene curvatura? Al fin y al cabo, si tiene que ser algo por casualidad lo más probable es que sea curvo en algún sentido y no que se haya dado la inmensa casualidad de que sea plano. Por tanto, debe de haber algún mecanismo que fuerce esta planitud.
Por otro lado, el Universo es muy homogéneo e isótropo. Para comprobarlo nada como echar un vistazo al fondo cósmico de microondas (FCM) para ver que la temperatura del cielo cósmico a un lado de la bóveda celeste es la misma que al lado opuesto o que cualquier otro lado. Parece como si todos esos puntos se hubieran puesto de acuerdo para estar a la misma temperatura. Esto se puede conseguir gracias a algún proceso de termalización. Así, por ejemplo, si metemos objetos calientes en un termo, al cabo de un tiempo todo estará a la misma temperatura. Pero el calor o la radiación no pueden viajar más rápido que la luz. ¿Cómo entonces se pudieron poner de acuerdo para termalizarse partes distintas del FCM si no estaban causalmente conectadas al ser lejanas y serlo cada vez más debido a la expansión?
Para solucionar estos problemas se introdujo la inflación. Según esta hipótesis, hubo un periodo de expansión acelerada al principio del Big Bang que aplanó el Universo. Como el universo que vemos procede de una pequeña parte de ese todo que se infló, entonces todos sus puntos tendrían que partir de unas temperaturas muy similares. La idea es elegante en resultados, pero no en explicar cómo se produjo dicha inflación. Así, se introduce un nuevo campo regulado por una partícula denominada inflatón. Según esto, el campo inflatón, que llenaba todo el Universo, estaba en un estado de falso vacío (una energía potencial superior a la mínima posible), cuando cayó a un vacío inferior (o ‘verdadero’, si no hay más) que generó la energía suficiente como para llenar de materia-energía el Universo y empujarlo a un régimen de rápida inflación.
La única prueba de la que disponemos de que la inflación efectivamente se dio es la planitud observada en las imágenes del FCM, pero, en realidad, esa planitud es casi un postulado, pues es precisamente lo que se intenta forzar con la inflación. La planitud, incluso la homogeneidad e isotropía, podrían haber sido forzadas por otros mecanismos distintos.
Es aquí en donde a Magueijo se le ocurrió la idea de una mayor velocidad de la luz al comienzo del Big Bang. Algo así permitiría una comunicación casi instantánea entre las distintas partes del Universo, lo que lo habría termalizado a la misma temperatura todo el Universo.
Si nos fijamos bien, tampoco es tan descabellado, pues las condiciones físicas de densidad y temperatura del Universo en esos momentos eran grandiosas, ¿por qué debemos esperar que la Física normal testada a regímenes muy diferentes se cumpla también para esos tiempos?
La idea de Magueijo no es ya nada simple y basta con echar un vistazo a su último artículo para ver que es soportada por un gran aparato matemático. Es una idea que se encuadra dentro de las teorías tensor-escalar de métricas no conformes. En este artículo junto a Niayesh Afshordi (Perimeter Institute for Theoretical Physics) publica sus últimos resultados al respecto bajo una nueva versión de la idea.
Uno de los aspectos interesantes de esta propuesta es que la luz y la gravedad se propagaban en esos momentos iniciales del Big Bang a diferentes velocidades.
Según sostienen estos dos físicos teóricos, la propagación de materia, energía y gravedad a velocidad superlumínicas diferentes permite explicar tanto la planitud del Universo como su homogeneidad e isotropía. Pero lo más interesante del artículo es que se propone una serie de predicciones que permiten que la teoría sea testable.
El FCM no es más que una imagen de lo que pasó al final del Big Bang y, por tanto, también es un reflejo de lo que se dio al principio. Por eso se trata siempre de contrastar toda teoría cosmológica con él. Algunas versiones de teorías inflacionarias predecían la existencia de ondas gravitacionales primordiales, algo que parecía que se había visto en los modos-B del FCM gracias a BICEP-2. Lamentablemente, parece que todo se debió a una señal introducida por el polvo de nuestra propia galaxia y no a las ondas gravitatorias primordiales de origen inflacionario.
Magueijo y Afshordi predicen, teniendo en cuenta su propuesta, que no se observarán ondas gravitacionales primordiales al no producirse a la escala predicha por la inflación. Así que, si se observan, su teoría sería errónea y la inflación posiblemente fuera correcta.
Además, esta diferencia en velocidades entre la luz y la gravedad, según la propuesta Magueijo, tiene que tener un efecto en el FCM. Debió de existir un cambio brusco que se corresponde a lo que en Física se llama un cambio de fase y este cambio de fase debe de haber dejado huellas en el FCM.
Como todos sabemos, el FCM no es absolutamente homogéneo. Existen fluctuaciones de temperatura muy pequeñas que sólo se pueden medir con las misiones espaciales tipo WMAP o Planck (ver foto de cabecera). Esas fluctuaciones son importantes porque las estructuras a gran escala de Universo son debidas a ellas, de otro modo la gravedad no podría haberse agarrado a esos grumos de concentración de materia para formar cúmulos de galaxias y todo lo que contienen.
Las fluctuaciones primordiales que podemos ver en el FCM típicamente se cuantifican a través de un espectro de potencia que representa las variaciones como una función de escala espacial. A partir de esto se puede deducir un índice espectral escalar ns que nos condensa en un número la densidad y tamaño inicial de esas “arrugas” primordiales del Universo.
Muchos modelos inflacionarios predicen que ese índice debería ser exactamente ns=1. Pero, según la propuesta de Magueijo, el índice tiene que ser ligeramente inferior, concretamente, debe ser ns=0,96478. Lo bueno es que este valor puede ser contrastado experimentalmente en el FCM. Los mejores datos hasta la fecha sobre el FCM son los recolectados por Planck y estos indican que el índice es ns=0,968 con cierto margen de error. Todavía no se puede descartar o apoyar la idea de Magueijo, pero en futuras misiones de observación del FCM sí se podrá. De momento, los números son tentadores.
Es una ventaja muy grande, desde el punto de vista de falsabilidad, la que tiene la idea de Magueijo frente a la inflación, pues la observación precisa del FCM permitiría rechazar la teoría. Una teoría testable es una buena teoría. Sin embargo, ninguna observación lograría rechazar completamente la teoría (o teorías) inflacionaria, al no poderse realizar con ella predicciones específicas.
De confirmarse la teoría de Magueijo, se abriría una nueva ventana en la Física teórica, pues el que la física fuese distinta en el Big Bang a lo asumido hasta ahora quizás permitiría avanzar en una teoría cuántica de la gravedad.
“Tenemos un modelo de universo que abraza la idea de que debe de haber nueva física en cierto punto. Es complicado, obviamente, pero últimamente creo que habrá una manera de informarnos sobre la gravedad cuántica a partir de esta clase de cosmología”, dice Magueijo.
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Fuentes y referencias:
Artículo original en PRD. [2]
Artículo original en ArXiV. [3]
Mapa FCM: ESA/ misión Planck.