Posibles vestigios de un universo anterior al Big Bang

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Un investigador propone eliminar la necesidad de la singularidad espacio-temporal cosmológica y argumenta que la fase de expansión actual fue precedida por contracción.

Aunque durante cinco décadas, la teoría del Big Bang ha sido la explicación más conocida y aceptada para el comienzo y evolución del Universo, difícilmente es un consenso entre los científicos.

El físico brasileño Juliano Cesar Silva Neves forma parte de un grupo de investigadores que se atreven a imaginar un origen diferente.

En un estudio recientemente publicado en la revista General Relativity and Gravitation, Neves sugiere la eliminación de un aspecto clave del modelo cosmológico estándar: la necesidad de una singularidad espaciotemporal conocida como Big Bang.

Al plantear esta posibilidad, Neves desafía la idea de que el tiempo tuvo un comienzo y reintroduce la posibilidad de que la expansión actual estuviera precedida por una contracción.

“Creo que el Big Bang nunca sucedió”, dijo el médico, que trabaja como investigador en el Instituto de Matemáticas, Estadística y Computación Científica de la Universidad de Campinas (IMECC-UNICAMP) en el estado de Sao Paulo, Brasil.

Para Neves, la etapa de expansión espaciotemporal rápida no excluye la posibilidad de una fase de contracción previa.

Además, el cambio de contracción a expansión puede no haber destruido todos los vestigios de la fase anterior.

El artículo, que refleja el trabajo desarrollado bajo el Proyecto Temático “Física y geometría del espacio-tiempo”, considera las soluciones a las ecuaciones de relatividad general que describen la geometría del cosmos y luego propone la introducción de un “factor de escala” que hace que la tasa en el cual el Universo se expande no solo depende del tiempo sino también de la escala cosmológica.

“Para medir la velocidad a la que el Universo se está expandiendo con la cosmología estándar, el modelo en el que hay un Big Bang, se usa una función matemática que depende solo del tiempo cosmológico”, dijo Neves, quien elaboró la idea con Alberto Vazques. Saa, Profesor Titular de IMECC-UNICAMP y también supervisor del proyecto postdoctoral de Neves, financiado por la Fundación de Investigación de Sao Paulo – FAPESP.

Con el factor de escala, el Big Bang en sí, o la singularidad cosmológica, deja de ser una condición necesaria para que el cosmos comience la expansión universal.

Un concepto de las matemáticas que expresa indefinidad, singularidad, fue utilizado por los cosmólogos para caracterizar la “singularidad cosmológica primordial” que ocurrió hace 13.800 millones de años, cuando toda la materia y energía del Universo se comprimieron en un estado inicial de densidad y temperatura infinita, donde las leyes tradicionales de la física ya no se aplican.

La teoría del Big Bang tiene sus orígenes a finales de la década de 1920, cuando el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió que casi todas las galaxias se alejan unas de otras a velocidades cada vez más rápidas.

Desde la década de 1940 en adelante, los científicos guiados por la teoría de la relatividad general de Einstein construyeron un modelo detallado de la evolución del Universo desde el Big Bang.

Tal modelo podría conducir a tres resultados posibles: la expansión infinita del Universo a velocidades cada vez más altas; el estancamiento de la expansión del Universo de forma permanente; o un proceso invertido de retracción causado por la atracción gravitatoria ejercida por la masa del Universo, lo que se conoce como Big Crunch.

“Eliminar la singularidad o Big Bang trae de vuelta el Universo que rebota en la etapa teórica de la cosmología.

La ausencia de una singularidad al comienzo del espacio-tiempo abre la posibilidad de que los vestigios de una fase de contracción anterior puedan haber resistido el cambio de fase y aún así estar con nosotros en la expansión en curso del Universo “, dijo Neves.

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Los agujeros negros son el punto de partida de las investigaciones de Neves sobre “Bouncing Universe”.

“Quién sabe, puede haber restos de agujeros negros en la expansión en curso que datan de la fase de contracción anterior y pasaron intactos a través del cuello de botella del rebote“, dijo.

Consistentes del núcleo implosionado que queda después de que una estrella gigante explota, los agujeros negros son una especie de objeto cósmico cuyo núcleo se contrajo para formar una singularidad, un punto con densidad infinita y la atracción gravitatoria más fuerte que se conoce. Nada se escapa de ella, ni siquiera la luz.

Según Neves, un agujero negro no se define por la singularidad, sino más bien por un horizonte de sucesos, una membrana que indica el punto de no retorno del que nada escapa al inexorable destino de ser devorado y destruido por la singularidad.

“Fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro normal, no hay cambios importantes, pero dentro de él, los cambios son profundos. Hay un espacio-tiempo diferente que evita la formación de una singularidad“.

El factor de escala formulado por Neves y Saa fue inspirado por el físico estadounidense James Bardeen.

En 1968, Berdeen utilizó un truco matemático para modificar la solución a las ecuaciones de relatividad general que describen los agujeros negros.

El truco consistía en pensar en la masa de un agujero negro no como una constante, como había sido el caso anterior, sino como una función que depende de la distancia al centro del agujero negro.

Con este cambio, un agujero negro diferente, denominado agujero negro regular, emergió de la solución a las ecuaciones.

“Se permiten los agujeros negros regulares, ya que no violan la relatividad general. El concepto no es nuevo y ha sido revisado con frecuencia en las últimas décadas”, dijo Neves.

Dado que la inserción de un truco matemático en las ecuaciones de la relatividad general podría evitar la formación de singularidades en los agujeros negros regulares, Neves consideró crear un artificio similar para eliminar la singularidad en un rebote regular.

En la ciencia moderna, una teoría no tiene valor si no se puede verificar, por bella e inspiradora que sea.

¿Cómo se prueba la hipótesis de un Big Bang que no comenzó con una singularidad?

“Al buscar rastros de los eventos en una fase de contracción que puede haber permanecido en la fase de expansión en curso. ¿Qué rastros?

Los candidatos incluyen remanentes de agujeros negros de una fase previa de contracción universal que puede haber sobrevivido al rebote”, dijo Neves.

Fuente: Science Daily