El universo tiene un inicio, incluso si es un ciclo infinito, afirma nueva investigación

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Algunos modelos cosmológicos proponen que el universo se expande y contrae en ciclos infinitos, pero una nueva investigación encontró una falla crucial en la última versión de esta teoría.

El Gran Rebote (en inglés: Big Bounce) es una teoría o modelo científico relacionado con la formación del universo conocido. Se deriva del modelo cíclico o universo oscilante interpretación del Big Bang donde el evento cosmológico primero fue el resultado del colapso de un universo anterior.

Al tratar de comprender la naturaleza del cosmos, algunos teóricos proponen que el universo se expande y contrae en ciclos interminables (Big Bounce). Debido a que se supone que este comportamiento es perpetuo, el universo no debería tener principio ni fin, solo ciclos eternos de crecimiento y reducción que se extienden para siempre hacia el futuro y para siempre hacia el pasado.

Es un concepto atractivo en parte porque elimina la necesidad de un estado llamado singularidad que corresponde al «comienzo del tiempo» en otros modelos.

Pero un nuevo estudio realizado por los físicos Will Kinney y Nina Stein de la Universidad de Buffalo destaca una forma en que las cosmologías cíclicas o «rebotantes» fracasan.

La investigación muestra que la última versión de esta teoría —un modelo cíclico que resuelve antiguas preocupaciones sobre la entropía (la medida de desorden del universo)— introduce un nuevo problema… o más bien, vuelve a uno antiguo. Los universos cíclicos descritos bajo este modelo deben tener un comienzo, concluyen Kinney y Stein.

«La gente propuso universos que rebotan para hacer que el universo sea infinito en el pasado, pero lo que mostramos es que uno de los tipos más nuevos de estos modelos no funciona», explica Kinney, PhD, profesor de física en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Búfalo (UB). «En este nuevo tipo de modelo, que aborda problemas de entropía, incluso si el universo tiene ciclos, todavía tiene que tener un comienzo».

«Hay muchas razones para sentir curiosidad por el universo primitivo, pero creo que mi favorita es la tendencia humana natural de querer saber qué vino antes», añade Stein, estudiante de doctorado en física de la UB, con respecto a la importancia de la investigación. «En todas las culturas e historias, los humanos han contado historias sobre la creación, sobre “el principio”. Siempre queremos saber de dónde venimos».

El estudio, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias, se publicó en junio en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. El documento se titula Cosmología cíclica y completitud geodésica.

Si el universo tuvo un comienzo, ¿cómo comenzó?

Kinney es autor de un libro de 2022 titulado Un Infinito de Mundos, que cuenta la historia épica de la inflación cósmica, una teoría en competencia sobre los orígenes del universo. Según este modelo, el universo primitivo se caracterizó por un período de rápida expansión desde una singularidad, seguido por el supercaliente Big Bang, que forjó los elementos primordiales que luego formaron galaxias, estrellas y planetas, y los átomos en nuestros cuerpos y todo lo demás. otros seres vivos.

La inflación cósmica es una teoría líder. Pero se enfoca en lo que sucede durante y después de la era de rápida expansión. No explica lo que vino antes de eso, y no describe las condiciones de la singularidad inicial.

Un universo verdaderamente cíclico evitaría estos problemas: si el universo está involucrado en ciclos interminables de expansión y contracción, no necesita tener un comienzo en absoluto. Pero como señala Kinney, estos modelos que rebotan plantean su propio conjunto de preguntas insostenibles.

La entropía siempre ha aumentado de un momento a otro, pero eso no significa que el Big Bang comenzó con una entropía cero. De hecho, la entropía era finita y bastante grande, con una densidad de entropía aún mayor que la actual.

«Desafortunadamente, se sabe desde hace casi 100 años que estos modelos cíclicos no funcionan porque el desorden o la entropía se acumula en el universo con el tiempo, por lo que cada ciclo es diferente del anterior. No es verdaderamente cíclico», dice Kinney. «Un modelo cíclico reciente soluciona este problema de acumulación de entropía al proponer que el universo se expande mucho con cada ciclo, diluyendo la entropía. Estiras todo para deshacerte de estructuras cósmicas como los agujeros negros, lo que devuelve el universo a su estado homogéneo original antes de que comience otro rebote».

«Pero, en resumen, demostramos que al resolver el problema de la entropía, se crea una situación en la que el universo tuvo que tener un comienzo. Nuestra prueba muestra en general que cualquier modelo cíclico que elimine la entropía por expansión debe tener un comienzo», continua.

«La idea de que hubo un punto en el tiempo antes del cual no había nada, no había tiempo, nos molesta, y queremos saber qué había antes de eso, incluidos los científicos», admite Stein. «Pero por lo que podemos decir, debe haber habido un “comienzo”. Hay un punto para el cual no hay respuesta a la pregunta, “¿Qué vino antes de eso?”»

Y, por supuesto, hay más preguntas de investigación, asegura Kinney: «Nuestra prueba no se aplica al modelo cíclico propuesto por Roger Penrose, en el que el universo se expande infinitamente sin contracción en cada ciclo. Estamos trabajando en eso».

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