¿Qué revolucionaría teoría sobre el Big Bang presentó Stephen Hawking antes de fallecer? Se la explicamos a continuación…

Stephen Hawking es visto con razón como uno de los científicos más influyentes de nuestro tiempo. En su tiempo en este planeta, el afamado físico, comunicador científico, autor y luminario se convirtió en un nombre familiar, sinónimo de Einstein, Newton y Galileo. Lo que es aún más impresionante es el hecho de que logró mantener su compromiso con la ciencia, la educación y los esfuerzos humanitarios a pesar de sufrir una enfermedad lenta y degenerativa.

A pesar de que Hawking falleció recientemente, su influencia aún se siente. Poco antes de su muerte, Hawking presentó un documento que ofrece su teoría final sobre los orígenes del Universo. El documento, que se publicó a principios de la semana pasada (el miércoles 2 de mayo), ofrece una nueva visión de la teoría del Big Bang que podría revolucionar la manera en que pensamos sobre el Universo, cómo fue creado y cómo evolucionó.

El documento, titulado “Una salida sin problemas de la inflación eterna”, Fue publicado en el Journal of High Energy Physics. La teoría fue anunciada por primera vez en una conferencia en la Universidad de Cambridge en julio del año pasado, donde el profesor Thomas Hertog (físico belga de la Universidad KU Leuven) compartió el trabajo de Hawking (con el que Hertog es coautor) con motivo de su 75º cumpleaños.

De acuerdo con el consenso científico actual, toda la materia actual y pasada en el Universo nació al mismo tiempo, aproximadamente hace 13.800 millones de años. En este momento, toda la materia se compactó en una bola muy pequeña con densidad infinita y calor intenso. De repente, esta bola comenzó a inflarse a un ritmo exponencial, y el Universo tal como lo conocemos comenzó.

Sin embargo, se cree ampliamente que desde que comenzó esta inflación, los efectos cuánticos estuvieron presentes para siempre en algunas regiones del Universo. Esto significa que generalmente, la inflación del Universo es eterna. A este respecto, la parte observable de nuestro Universo (que mide 13.800 millones de años luz en cualquier dirección) es solo una región en la que la inflación ha terminado y se han formado estrellas y galaxias.

Como explicó Hawking en una entrevista con la Universidad de Cambridge el otoño pasado:

“La teoría habitual de la inflación eterna predice que, globalmente, nuestro universo es como un fractal infinito, con un mosaico de diferentes universos de bolsillo, separados por un océano inflado. Las leyes locales de la física y la química pueden diferir de un universo de bolsillo a otro, que juntos formarían un multiverso. Pero nunca he sido un fanático del multiverso. Si la escala de diferentes universos en el multiverso es grande o infinita, la teoría no puede ser probada.”

En su nuevo artículo, Hawking y Hertog ofrecen una nueva teoría que predice que el Universo no es un multiverso infinito similar a un fractal, sino que es finito y razonablemente suave. En resumen, teorizan que la inflación eterna, como parte de la teoría del Big Bang, es errónea. Como explicó Hertog:

“El problema con la explicación habitual de la inflación eterna es que se asume un universo de fondo existente que evoluciona de acuerdo con la teoría de la relatividad general de Einstein y trata los efectos cuánticos como pequeñas fluctuaciones en torno a esto. Sin embargo, la dinámica de la inflación eterna borra la separación entre la física clásica y cuántica. Como consecuencia, la teoría de Einstein se rompe en la inflación eterna”.

En contraste con esto, Hawking y Hertog ofrecen una explicación basada en la Teoría de Cuerdas, una rama de la física teórica que intenta unificar la Relatividad General con la física cuántica. Esta teoría fue propuesta para explicar cómo la gravedad interactúa con las otras tres fuerzas fundamentales del Universo (fuerzas nucleares débiles y fuertes y electromagnetismo), produciendo así una Teoría del Todo (ToE).

En pocas palabras, esta teoría describe los componentes fundamentales del Universo como cuerdas vibrantes diminutas y unidimensionales. El enfoque de Hawking y Hertog utiliza el concepto de holografía de la teoría de cuerdas, que postula que el Universo es un holograma grande y complejo. En esta teoría, la realidad física en ciertos espacios tridimensionales se puede reducir matemáticamente a proyecciones 2D en una superficie.

Juntos, Hawking y Hertog desarrollaron una variación de este concepto para proyectar la dimensión del tiempo en la inflación eterna. Esto les permitió describir la inflación eterna sin tener que depender de la Relatividad General, reduciendo así la inflación a un estado intemporal definido en una superficie espacial al principio de los tiempos. En este sentido, la nueva teoría representa un cambio con respecto al trabajo anterior de Hawking sobre “teoría de límites”.

También conocida como la propuesta de Hartle y Hawking No Bounary, esta teoría consideraba el universo como una partícula cuántica, asignándole una función de onda que describía todos los posibles universos. Esta teoría también predijo que si retrocedes en el tiempo hasta el comienzo del Universo, se encogerá y se cerrará como una esfera. Por último, predijo que el Universo eventualmente dejaría de expandirse y colapsaría sobre sí mismo.

Como explica Hertog, esta nueva teoría es una desviación de ese trabajo anterior:

“Cuando rastreamos la evolución de nuestro universo hacia atrás en el tiempo, en algún momento llegamos al umbral de la inflación eterna, donde nuestra noción familiar de tiempo deja de tener ningún significado. Ahora estamos diciendo que hay un límite en nuestro pasado”.

Usando esta teoría, Hawking y Hertog pudieron derivar predicciones más confiables sobre la estructura global del Universo. Además, un Universo predicho para emerger de la inflación eterna en el límite del pasado también es finito y mucho más simple. Por último, pero no menos importante, la teoría es más predictiva y comprobable que el infinito Multiverso predicho por la vieja teoría de la inflación eterna.

“No estamos en un solo universo único, pero nuestros hallazgos implican una reducción significativa del multiverso, a un rango mucho menor de universos posibles”, dijo Hawking. En teoría, un Universo finito y suave es uno que podemos observar (al menos localmente) y estará gobernado por leyes físicas con las que ya estamos familiarizados. Comparado con un número infinito de Universos gobernados por diferentes leyes físicas, ciertamente simplifica las matemáticas.

De cara al futuro, Hertog planea estudiar las implicaciones de esta teoría en escalas más pequeñas usando datos obtenidos por los telescopios espaciales sobre el Universo local. Además, espera aprovechar los estudios recientes sobre las ondas gravitacionales (GW) y los muchos eventos que se han detectado. Esencialmente, Hertog cree que los GW primordiales generados a la salida de la inflación eterna son los medios más prometedores para probar el modelo.

Debido a la expansión de nuestro Universo desde el Big Bang, estos GW tendrían longitudes de onda muy largas, que están fuera del rango normal del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) o los detectores de Virgo. Sin embargo, la Antena espacial de interferometría láser (LISA), un plan dirigido por la ESA para un observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio, y otros experimentos futuros pueden ser capaces de medirlos.

A pesar de que él está más tiempo con nosotros, la última teoría de Hawking podría ser su profunda contribución a la ciencia. Si las investigaciones futuras demuestran que es correcto, Hawking habrá resuelto uno de los problemas más desalentadores de la astrofísica y la cosmología modernas. ¡Solo un logro más de un hombre que pasó su vida cambiando la forma en que las personas piensan acerca del Universo!

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