Es posible que el universo haya existido desde siempre, según un nuevo modelo que aplica términos de corrección cuántica para complementar la teoría de la relatividad general de Einstein. El modelo también puede tener en cuenta la materia y la energía oscuras, resolviendo múltiples problemas a la vez.
La edad ampliamente aceptada del universo, estimada por la relatividad general, es de 13.800 millones de años. Al principio, se pensaba que todo lo que existía ocupaba un único punto o singularidad infinitamente denso. Sólo después de que este punto comenzó a expandirse en un “Big Bang” comenzó oficialmente el universo.
Aunque la singularidad del Big Bang surge directa e inevitablemente de las matemáticas de la relatividad general, algunos científicos la ven como problemática porque las matemáticas sólo pueden explicar lo que sucedió inmediatamente después de la singularidad (ni antes ni en ella).
“La singularidad del Big Bang es el problema más grave de la relatividad general porque las leyes de la física parecen fallar allí”, dijo a Phys.org Ahmed Farag Ali de la Universidad Benha y de la Ciudad de Ciencia y Tecnología de Zewail, ambas en Egipto.
Ali y el coautor Saurya Das de la Universidad de Lethbridge en Alberta, Canadá, han demostrado en un artículo publicado en Physics Letters B que la singularidad del Big Bang puede resolverse mediante su nuevo modelo en el que el universo no tiene principio ni fin.
Los físicos enfatizan que sus términos de corrección cuántica no se aplican ad hoc en un intento de eliminar específicamente la singularidad del Big Bang. Su trabajo se basa en ideas del físico teórico David Bohm, conocido también por sus contribuciones a la filosofía de la física. A partir de la década de 1950, Bohm exploró la sustitución de las geodésicas clásicas (el camino más corto entre dos puntos en una superficie curva) por trayectorias cuánticas.
En su artículo, Ali y Das aplicaron estas trayectorias bohmianas a una ecuación desarrollada en la década de 1950 por el físico Amal Kumar Raychaudhuri en la Universidad de la Presidencia en Calcuta, India. Raychaudhuri también fue maestro de Das cuando era estudiante de esa institución en los años 90.
Utilizando la ecuación de Raychaudhuri con corrección cuántica, Ali y Das derivaron ecuaciones de Friedmann con corrección cuántica, que describen la expansión y evolución del universo (incluido el Big Bang) dentro del contexto de la relatividad general. Aunque no es una verdadera teoría de la gravedad cuántica, el modelo contiene elementos tanto de la teoría cuántica como de la relatividad general. Ali y Das también esperan que sus resultados se mantengan incluso cuando se formule una teoría completa de la gravedad cuántica.
Sin singularidades ni cosas oscuras
Además de no predecir una singularidad del Big Bang, el nuevo modelo tampoco predice una singularidad de “gran crisis”. En la relatividad general, un posible destino del universo es que comience a encogerse hasta colapsar sobre sí mismo en un gran crujido y volver a convertirse en un punto infinitamente denso.
Ali y Das explican en su artículo que su modelo evita singularidades debido a una diferencia clave entre las geodésicas clásicas y las trayectorias de Bohm. Las geodésicas clásicas acaban por cruzarse entre sí y los puntos en los que convergen son singularidades. Por el contrario, las trayectorias de Bohm nunca se cruzan, por lo que las singularidades no aparecen en las ecuaciones.
En términos cosmológicos, los científicos explican que las correcciones cuánticas pueden considerarse como un término cosmológico constante (sin necesidad de energía oscura) y un término de radiación. Estos términos mantienen el universo en un tamaño finito y, por tanto, le dan una edad infinita. Los términos también hacen predicciones que concuerdan estrechamente con las observaciones actuales de la constante cosmológica y la densidad del universo.
Nueva partícula de gravedad
En términos físicos, el modelo describe el universo como si estuviera lleno de un fluido cuántico. Los científicos proponen que este fluido podría estar compuesto de gravitones, partículas hipotéticas sin masa que median la fuerza de gravedad. Si existen, se cree que los gravitones desempeñan un papel clave en una teoría de la gravedad cuántica.
En un artículo relacionado, Das y otro colaborador, Rajat Bhaduri de la Universidad McMaster, Canadá, han dado más crédito a este modelo. Muestran que los gravitones pueden formar un condensado de Bose-Einstein (llamado así por Einstein y otro físico indio, Satyendranath Bose) a temperaturas que estuvieron presentes en el universo en todas las épocas.
Motivados por el potencial del modelo para resolver la singularidad del Big Bang y explicar la materia y la energía oscuras, los físicos planean analizar su modelo con más rigor en el futuro. Su trabajo futuro incluye rehacer su estudio teniendo en cuenta pequeñas perturbaciones no homogéneas y anisotrópicas, pero no esperan que las pequeñas perturbaciones afecten significativamente los resultados.
“Es satisfactorio observar que correcciones tan sencillas pueden potencialmente resolver tantos problemas a la vez”, afirmó Das.