¿Qué pasó antes del Big Bang?

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Al principio, había una bola de materia diminuta e infinitamente densa. Luego, todo explotó, dando lugar a los átomos, moléculas, estrellas y galaxias que vemos hoy..

O al menos, eso es lo que nos han dicho los físicos durante las últimas décadas.. 

Pero una nueva investigación en física teórica ha revelado recientemente una posible ventana al universo muy temprano, lo que demuestra que puede que no sea "muy temprano" después de todo. En cambio, puede ser solo la última iteración de un ciclo de rebote explosivo que ha estado sucediendo durante ... bueno, al menos una vez, y posiblemente para siempre.. 

Por supuesto, antes de que los físicos decidan deshacerse del Big Bang a favor de un ciclo de explosión y rebote, estas predicciones teóricas deberán sobrevivir a una avalancha de pruebas de observación..

Rebotando cosmologías

Los científicos tienen una muy buena imagen del universo primitivo, algo que conocemos y amamos como la teoría del Big Bang. En este modelo, hace mucho tiempo, el universo era mucho más pequeño, mucho más caliente y mucho más denso de lo que es hoy. En ese infierno temprano hace 13.8 mil millones de años, todos los elementos que nos hacen lo que somos se formaron en el lapso de aproximadamente una docena de minutos..

Incluso antes, según este pensamiento, en algún momento todo nuestro universo, todas las estrellas, todas las galaxias, todo el todo, era del tamaño de un melocotón y tenía una temperatura de más de un billón de grados..

Sorprendentemente, esta fantástica historia se mantiene a la altura de todas las observaciones actuales. Los astrónomos han hecho de todo, desde observar la radiación electromagnética sobrante del universo joven hasta medir la abundancia de los elementos más ligeros y descubrieron que todos se alinean con lo que predice el Big Bang. Por lo que podemos decir, este es un retrato preciso de nuestro universo temprano..

Pero por bueno que sea, sabemos que la imagen del Big Bang no está completa: falta una pieza del rompecabezas, y esa pieza son los primeros momentos del universo mismo..

Esa es una pieza bastante grande.

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La conflagración

El problema es que la física que usamos para comprender el universo primitivo (una mezcla maravillosamente complicada de relatividad general y física de partículas de alta energía) puede llevarnos solo hasta cierto punto antes de romperse. A medida que intentamos profundizar cada vez más en los primeros momentos de nuestro cosmos, las matemáticas se vuelven cada vez más difíciles de resolver, hasta el punto en que simplemente ... se cierra..

El principal signo de que tenemos terreno aún por explorar es la presencia de una "singularidad", o un punto de densidad infinita, al comienzo del Big Bang. Tomado al pie de la letra, esto nos dice que en un momento, el universo estaba abarrotado en un punto infinitamente diminuto e infinitamente denso. Esto es obviamente absurdo, y lo que realmente nos dice es que necesitamos una nueva física para resolver este problema; nuestro conjunto de herramientas actual no es lo suficientemente bueno..

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Para salvar el día, necesitamos algo de física nueva, algo que sea capaz de manejar la gravedad y las otras fuerzas, combinadas, a energías ultra altas. Y eso es exactamente lo que dice ser la teoría de cuerdas: un modelo de física que es capaz de manejar la gravedad y las otras fuerzas, combinadas, a energías ultra altas. Lo que significa que la teoría de cuerdas afirma que puede explicar los primeros momentos del universo..

Una de las primeras nociones de la teoría de cuerdas es el universo "ekpyrotic", que proviene de la palabra griega que significa "conflagración" o fuego. En este escenario, lo que conocemos como el Big Bang fue provocado por algo más que sucedió antes: el Big Bang no fue un comienzo, sino una parte de un proceso más amplio..

La extensión del concepto ekpyrotic ha llevado a una teoría, nuevamente motivada por la teoría de cuerdas, llamada cosmología cíclica. Supongo que, técnicamente, la idea de que el universo se repite continuamente tiene miles de años y es anterior a la física, pero la teoría de cuerdas le dio a la idea una base matemática firme. El universo cíclico se desarrolla exactamente como puede imaginar, rebotando continuamente entre big bangs y big crunches, potencialmente por la eternidad en el tiempo y por la eternidad en el futuro..

Antes del comienzo

Tan genial como suena, las primeras versiones del modelo cíclico tenían dificultades para hacer coincidir las observaciones, lo cual es un gran problema cuando intentas hacer ciencia y no solo contar historias alrededor de la fogata.. 

El principal obstáculo fue estar de acuerdo con nuestras observaciones del fondo cósmico de microondas, la luz fósil sobrante de cuando el universo tenía solo 380.000 años. Si bien no podemos ver directamente más allá de esa pared de luz, si comienzas a modificar teóricamente la física del cosmos infantil, afectarás ese patrón de luz resplandeciente..

Y así, parecía que un universo cíclico era una idea clara pero incorrecta..

Pero la antorcha ekpyrotic se ha mantenido encendida a lo largo de los años, y un artículo publicado en enero en la base de datos arXiv ha explorado las arrugas en las matemáticas y ha descubierto algunas oportunidades previamente perdidas. Los físicos, Robert Brandenberger y Ziwei Wang de la Universidad McGill en Canadá, encontraron que en el momento del "rebote", cuando nuestro universo se reduce a un punto increíblemente pequeño y regresa a un estado de Big Bang, es posible alinear todo para obtener el resultado adecuado probado mediante observación.

En otras palabras, la física complicada (y, ciertamente, mal entendida) de esta época crítica puede permitir una visión radicalmente revisada de nuestro tiempo y lugar en el cosmos..

Pero para probar completamente este modelo, tendremos que esperar a una nueva generación de experimentos de cosmología, así que esperemos para sacar el champán ekpyrotic.

Paul M. Sutter es un astrofísico en SUNY Stony Brook y el Flatiron Institute, anfitrión de Pregúntale a un astronauta y Radio espacial, y autor de Tu lugar en el universo.

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Publicado originalmente el .

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