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  • Cuentos Cuánticos : Sí hubo Big Bang


    11/02/2015

    Los titulares con los que nos hemos levantado estos dos días en este reducido mundo de la divulgación de la física se pueden resumir en:

    No hubo Big Bang porque lo dice una ecuación cuántica.

    Que a mí me suena a:

    Dios es amor, la biblia lo dice.

    El caso es que todo esto se basa en el artículo:

    Cosmology from quantum potential

    Pues bien, los titulares están equivocados y el artículo solo es una artimaña matemática.  Pasemos a explicar esta última afirmación.

    ¿Qué es el big bang?

    Aquí ya htemos comentado en más de una ocasión que cuando en física hablamos de la teoría del Big Bang no nos estamos refiriendo al propio origen del universo, al modo en como apareció, si no a su historia térmica. Con esta teoría podemos explicar las observaciones experimentales con un grandísimo grado de precisión:

    • El universo era más caliente y denso en el pasado.
    • El universo está lleno de una radiación de fondo que ahora está en forma de microondas y que tiene una temperatura de alrededor de 3K con variaciones de alrededor 1/10000 en distintos puntos.
    • El universo tiene una proporción de característica de Hidrógeno, Helio y otros elementos ligeros.
    • El universo tiene una estructura a gran escala que se deduce de las variaciones de temperatura del fondo de radiación de microondas.

    A todo eso lo llamamos teoría del big bang.  Que ni fue big, ni hizo bang.

    La singularidad del origen

    Claro está, si uno echa la película del universo hacia atrás encuentra que en algún momento la cosa era tan caliente y tan densa que la propia teoría que te permite hacer el estudio del universo, la relatividad general, deja de tener sentido.  Aparece lo que se denomina una singularidad.

    Las singularidades son cosas muy divertidas pero es mejor evitarlas.  Si una teoría tiene singularidades, como la que estamos comentando, significa que no podemos aplicar dicha teoría a dicha situación singular.  Es un aviso, una advertencia de que estamos llevando las cosas más lejos de lo que podemos.

    Todo el mundo tiene problemas. El big bang... también.

    Está claro que si echamos la peli para atrás y nos encontramos con la singularidad pues, sea lo que sea, debe de ser lo que estaba en el origen del universo.

    ¡Cuidado! La respuesta es que no sabemos qué había en el origen del universo pero seguro que no era una singularidad.  Las singularidades son cosas matemáticas que aparecen porque hacemos uso indebido de teoría en situaciones en las que no podemos aplicarlas.

    singularity-logo

    Para resolver la singularidad necesitamos una teoría que combine en su estructura más íntima la relatividad general y la teoría cuántica.  Necesitamos una teoría cuántica de la gravedad.  Por el momento no tenemos dicha teoría en formato definitivo pero sí que tenemos aproximaciones a la misma que van desde las supercuerdas hasta la loop quantum gravity pasando por una miríada de modelos distintos.

    Todo parece indicar que la singularidad desaparece en dichos modelos y la investigación en este campo es muy fuerte.

    Una forma de decir que la singularidad desaparece es decir que la singularidad solo aparece en un tiempo atrás infinito.  Pero eso no quiere decir que el origen ocurriera en un tiempo infinito, solo que no fue un origen singular.  Ejemplos sobre esto hay muchos y aparecen en los modelos actuales de la cosmología, en la teoría de la inflación, podéis visitar esta entrada: Antes del big bang.

    Lo que llamamos Big Bang, es decir, la teoría que explica de qué está hecho el universo y cómo se comporta ocurrió en un momento dado del pasado. Pero no fue algo singular, la singularidad se ve desplazada hacia el infinito pasado, que es una forma de decir que no ocurrió nunca:

    sinsingular

    Esto lo consiguen modelos cosmológicos basados en cuerdas, modelos de branas, modelos de Loop Quantum Cosmology, etc, etc.  La singularidad desaparece.

    ¿Qué hacen en el artículo de marras?

    El señor Das, que es el que lleva la voz cantante en esta línea de trabajo, y sus colaboradores llevan insistiendo mucho con el tema que motiva el artículo que ha suscitado este aluvión de titulares sobre la no existencia del big bang.

    ¿Qué hacen?

    Pues toman una ecuación de la relatividad general, la ecuación de Raychaudhury y juegan con ella de malos modos.  Esta ecuación es imprescindible para estudiar cosmología matemática ya que es la que te dice como evoluciona un determinado volumen espacial con el tiempo.  Es una ecuación que detecta singularidades ya que si en algún momento toma valores infinitos es que estamos frente a uno de esos monstruos matemáticos.

    Lo que hacen Das y cía. es meter, a mano, términos “cuánticos” en la ecuación.  Esencialmente se puede considerar que introducen una discretización del espaciotiempo usando un martillo pilón.  Está claro que lo camuflan de otros modos ya que este procedimiento se consigue de forma mucho más natural y justificada en teorías como la loop quantum cosmology.

    Esos términos, que han sido metidos a mano, insisto, dicen que justifican dos cosas:

    a)  El valor de la constante cosmológica.

    b)  Que la singularidad desaparezca, o dicho de otro modo que ocurra solo en un tiempo pasado infinito.

    Ok, guay, lo que dicen es que si la ecuación de Raychaudhury se modifica de forma inteligente puedes explicar esos hechos.  Desgraciadamente para explicar tales modificaciones se meten en camisas de once varas y acaban hablando de potenciales de Bohm o de condensados de gravitones.  Ni una cosa ni otra tiene justificación experimental.

    Este trabajo no dice nada nuevo que no se haya dicho ya con otros 100 modelos anteriores sobre teorías cuánticas de la gravedad aplicadas a la cosmología.  Desde los años ochenta se trabaja sobre la eliminación de singularidades en cosmología y raro es el año en el que no salen dos modelos nuevos que lo consiguen.  El problema es que no hay ninguna teoría fundamental de la gravedad cuántica de la que podamos extraer dichos modelos de cosmología cuántica de forma natural e indiscutible.

    Resumiendo

    1.- En este trabajo no se dice que no exista el big bang sino que la singularidad se eliminaría si se meten contribuciones cuánticas a la relatividad general a mano.

    2.-  Lo interesante sería deducir esas contribuciones cuánticas partiendo de una teoría de la gravedad cuántica.  Por ejemplo en Loop Quantum Cosmology se obtienen ecuaciones de ese tipo partiendo de la teoría más fundamental.  Desgraciadamente la Loop Quantum Cosmology no se ha demostrado que pueda ser extraída direcatamente de la Loop Quantum Gravity. Es una teoría cosmológica en la que se ha metido, también a mano, la discretización del espaciotiempo que sí aparece de forma natural en Loop Quantum Gravity.  Pero al menos, sabemos que ese tipo de correcciones son posibles.

    3.-  En el artículo se meten a justificar dichas correcciones introducidas a mano con piruetas argumentales recurriendo a la mecánica cuántica de Bohm.  Claro que no dice que dicha cuántica no ha sido extendida a situaciones relativistas, no sabemos como describir interacciones fundamentales con ese formalismo e introduce elementos poco asumibles desde el punto de vista físico.

    Duerman tranquilos, el universo tuvo un origen no singular, pero eso ya lo sabíamos.

    Nos seguimos leyendo…


    Archivado en: cosmología, gravedad cuántica Tagged: big bang, gravedad cuántica, inflación cosmológica, radiación cósmica de fondo