Cosmología: origen del universo


Teoría del Big-Bang la expansión del universo:
Existe la teoría aceptada de que el universo se creo a partir del un punto de singularidad ( un punto ‘imposible’ con volumen cero y energía infinita, surgieron todos los parámetros en los que el Universo) y que se le ha llamado el Big Bang al momento de expandirse, y que antes de este, nada existía, ni espacio, ni tiempo, sin embargo esta existencia de ‘nada’ es constantemente debatida.
También es aceptado por  la comunidad científica el hecho de que el universo se expande aceleradamente como modelo cosmológico, y así lo muestran los datos experimentales.
Pero en lo que respecta al futuro surgen varias teorías:
-Big Bounce , el Gran Rebote:
Es un modelo cosmológico cuya teoría se basa que el universo luego de expandirse se contraerá nuevamente, y que asi lo ha hecho ciclicamente por siempre. (El big Bang seria entonces un nuevo rebote). En cada nuevo ciclo debería incrementarse la entropia,  a lo que en 2019 una revisión de esta modelo propone que la expansión del Universo ‘diluye’ la entropía lo suficiente como para devolver el cosmos a su estado original (de baja entropía) antes del siguiente rebote, y posteriormente en 2022, otro estudio sugiere que aun bajo esta ultima condición que resuelve la entropía, el universo debió tener una ‘origen’ o singularidad en el pasado.
-El big-Crunch:
No hay evidencia clara de que exista o se alcance una masa critica que lleve a que después de cierto momento se cree una contracción y ocurra el Big-Crunch.
-Cosmología Cíclica Uniforme:
Propuesta por Sir Roger Penrose, plantea que el fin de la expansión del universo es en si el Big-Bang de otro universo, comenzando otro ciclo o Eon. (El big Bang seria entonces una transición entre un universo anterior el nuestro actual).
-Big-Rip o gran desgarro:
Es lo que arroja las mediciones de los científicos cuado se asume que la energía obscura es el 70% del universo y que la relación presión-densidad (que en valor absoluto la presión supere a la densidad de energía) sea tan solo un 10 % más grande que para la constante cosmológica.

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Sin lugar para el ‘qué había antes’: incluso el Universo cíclico tuvo que tener un comienzo -10 agosto, 2022. Todo tuvo un comienzo y todo tendrá un final.
Esta sencilla regla, aunque en distintas escalas de tiempo, se aplica a todo lo que podemos ver a nuestro alrededor, desde los seres vivos a las obras humanas, las montañas, los continentes, los planetas, las estrellas y las galaxias. ¿Pero podemos decir lo mismo del Universo en su conjunto? Si la expansión actual no se detiene, dice el más aceptado de los modelos cosmológicos, las galaxias se seguirán alejando unas de otras y llegará un momento en que las distancias entre ellas sean tan enormes que ya no podrán seguir intercambiando energía y el material necesario para crear nuevas estrellas. De modo que, cuando la última estrella agote su combustible y se apague en el interior de la última galaxia brillante, todo quedará sumido en la oscuridad. Es lo que en cosmología se conoce como ‘muerte fría del Universo’, un final oscuro y tan largo que podría considerarse casi eterno, poblado con gélidos cadáveres estelares descomponiéndose lentamente hasta que solo queden agujeros negros, que al final también se evaporarán en un tiempo inimaginablemente largo. Pero incluso si este fuera el modelo cosmológico correcto, el Universo tendría que haber tenido un principio. Y ese principio plantea una cuestión que hoy por hoy es irresoluble: ¿Qué había antes? Por lo que sabemos, todo comenzó gracias a la súbita expansión de un único punto, una ‘singularidad’ seguida de inmediato por un Big Bang durante el que surgió toda la materia que más tarde se organizaría para formar primero núcleos atómicos, después átomos completos y finalmente estrellas, planetas y galaxias. Sobre la singularidad, sin embargo, la ciencia no puede decir mucho. Porque ahí es donde se terminan los cálculos de los científicos y las leyes de la Naturaleza dejan de funcionar. De la singularidad, un punto ‘imposible’ con volumen cero y energía infinita, surgieron todos los parámetros en los que el Universo actual aún se mueve. Antes de ella no había ‘nada’, ni siquiera espacio o tiempo. El genial físico británico Stephen Hawking dijo en cierta ocasión que preguntarse qué había antes de ese instante inicial sería como querer saber qué hay ‘al norte del Polo Norte’. Una pregunta absurda y sin respuesta posible.
La idea del Gran Rebote
Algunos científicos, sin embargo, se resisten a creer que ‘antes’ del Big Bang no hubiera nada y se esfuerzan por concebir teorías alternativas en las que la singularidad original no sea necesaria. Las cosas, después de todo, podrían haber sucedido de otra forma, una que nos permita preguntarnos sin problema por el ‘antes’. ¿Y si en lugar de una singularidad en expansión y de una larguísima muerte fría el Universo estuviera pasando por una serie interminable de ‘inflados y desinflados’, como si de un enorme pulmón cósmico se tratara? ¿Y si el Universo se estuviera expandiendo y contrayendo una y otra vez en un ciclo que existe desde siempre y que nunca acabará? Este comportamiento perpetuo haría que el Universo no tuviera un principio ni un final, como sí que tienen el resto de las cosas, sino ciclos eternos de crecimiento y reducción que se extienden para siempre hacia el futuro y para siempre hacia el pasado. Una idea realmente atractiva y que elimina de un plumazo la exigencia de la más que molesta singularidad.
En tal escenario, el Universo en que vivimos podría ser solo uno en medio de una larga serie de nacimientos, muertes y renacimientos sin principio ni final. La idea recibe el nombre de Big Bounce , el Gran Rebote , y los cosmólogos llevan dándole vueltas desde la pasada década de los ochenta. La hipótesis, sin embargo, no está exenta de problemas, y el mayor de todos ellos es el de la entropía, la medida del desorden en el Universo y que, según los cálculos, debería crecer constantemente después de cada ‘rebote’. Si el Big Bang, por ejemplo, fue solo una de una serie eterna de explosiones, su grado de entropía debería haber sido realmente alto. Y sin embargo no lo fue. Al contrario, si durante el Big Bang el Universo hubiera tenido una entropía alta, no habría podido existir tal y como lo conocemos. En 2019, sin embargo, la idea del Big Bounce pareció resurgir con la publicación de un modelo revisado que contenía una solución a este importante obstáculo. De hecho, ese año los investigadores descubrieron que en cada nuevo ciclo, la expansión del Universo ‘diluye’ la entropía lo suficiente como para devolver el cosmos a su estado original (de baja entropía) antes del siguiente rebote.
Un nuevo jarro de agua fría
Pero un nuevo estudio llevado a cabo por los físicos Will Kinney y Nina Stein , de la Universidad de Buffalo, y recién publicado en ‘ Cosmology and Astroparticle Physics’ ha vuelto a invalidar la teoría. De hecho, según estos investigadores, incluso los modelos de universos cíclicos que eliminan el problema de la entropía (como el de 2019), no pueden extenderse infinitamente hacia el pasado. Es decir, que deben por fuerza tener un principio. Y por lo tanto, una singularidad. «Desafortunadamente -dice Stein- se sabe desde hace casi 100 años que estos modelos cíclicos no funcionan porque el desorden o la entropía se acumula en el universo con el tiempo, por lo que cada ciclo es diferente del anterior. Un modelo cíclico reciente soluciona este problema de acumulación de entropía al proponer que el Universo se expande mucho con cada ciclo, diluyendo la entropía. Estiras todo para deshacerte de estructuras cósmicas como los agujeros negros, lo que devuelve el universo a su estado homogéneo original antes de que comience otro rebote». «En resumen – dice por su parte Kinney-, demostramos que al resolver el problema de la entropía se crea una situación en la que el Universo aún tuvo que tener un principio. Nuestra prueba muestra en general que cualquier modelo cíclico que elimine la entropía por expansión debe tener un comienzo». «Hay muchas razones -concluye Stein- para tener curiosidad sobre el Universo primitivo, pero creo que mi favorita es la tendencia humana natural de querer saber qué vino antes. En todas las culturas, los humanos han contado historias sobre la creación, sobre ‘el principio’. Siempre queremos saber de dónde venimos».
Pero al parecer estamos aún lejos de cumplir ese objetivo. Si queremos librarnos de una vez por todas de la singularidad, habrá que pensar en otra cosa. Mientras tanto, seguiremos sin poder preguntarnos qué es lo que había ‘antes’.
-.https://www.abc.es/ciencia/lugar-incluso-universo-ciclico-tener-comienzo-20220810141204-nt.html.-


¿Había algo antes del Big-Bang?

Según la teoría de la Cosmología Cíclica Conforme, de Sir Roger Penrose, el Universo vive un ciclo continuo e infinito de «creaciones»

La Nebulosa del Cangrejo, formada tras una explosión de supernova.
El término «explosión» se queda muy corto para describir lo que ocurrió en el Big Bang – NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU)
POR HÉCTOR SOCAS NAVARRO/INVESTIGADOR EN EL INSTITUTO ASTROFÍSICO DE CANARIAS (IAC) – @hsocasnavarro Tenerife17/09/2016 01:55h – Actualizado: 17/09/2016 15:44h.

Sir Roger Penrose es una leyenda viva de la Física. Durante el festival Starmus tuve el placer de escucharle explicando su controvertida teoría cosmológica. Su exposición fue tan elocuente, convincente e incluso divertida, que me causó una profunda impresión. A ver si en este artículo consigo explicarla de forma mínimamente coherente.

Estamos bastante seguros de que el Universo entero comenzó con lo que se llama el Big Bang (la «gran explosión») hace la friolera de 13,700 millones de años. En realidad, lo de la explosión no es una muy buena metáfora. Este nombre lo acuñó despectivamente el astrofísico Fred Hoyle durante la retransmisión de un programa de radio de la BBC en 1949. Hoyle se burlaba con él de la absurda teoría que había propuesto el sacerdote (además de físico y matemático) Georges Lemaître. El propio Einstein al principio tampoco creía en las ideas de Lemaître. El prejuicio de la época era que el Universo debía ser algo estático e inmutable. Pero las matemáticas de Lemaître eran impepinables.

Su solución de las ecuaciones de Einstein implicaba que el Universo debía estar o bienexpandiéndose o bien colapsando, cayendo sobre sí mismo como un edificio en demolición. Visto con perspectiva histórica, debe dar mucha rabia eso de que alguien coja las ecuaciones que son el trabajo de tu vida y las resuelva magistralmente para llegar a una conclusión que aborreces. Las discusiones entre Einstein y Lemaître, que llevaron al primero a proponer la existencia de una «constante cosmológica», merecerían un artículo aparte. Por lo pronto, baste decir que, como buen científico, Einstein acabó aceptando la evidencia, tanto teórica como empírica, que comenzaba a acumularse. Pese a sus prejuicios iniciales, terminó abrazando la idea de que, efectivamente, el Universo se estaba expandiendo.

La singularidad original

La historia sería más o menos así: Al principio de los tiempos, todo el Universo estaba concentrado en una singularidad, un punto de densidad infinita que repentinamente estalló en ese instante inicial, saltando toda la materia, energía y espacio despedidos en todas direcciones. A medida que pasa el tiempo, la Física nos dice que las galaxias van a sentir el tirón gravitatorio unas de otras, y esto debería hacer que poco a poco se vayan frenando. Cuánto se van a frenar dependerá de cuánta masa haya en el Universo. Si hay mucha, la gravedad terminará por dominar, la expansión se detendrá y el Universo volverá a caer sobre sí mismo.

De acuerdo al cosmólogo Viatcheslav Mukhanov (Kanash, antigua URSS, 1952) todo se formó a partir de un fenómeno microscópico llamado fluctuaciones cuánticas, generadas después del Big Ban.  Cuando el Universo era recién nacido, el comportamiento de la materia estaba afectado por la mecánica cuántica, que prohíbe el estado de reposo absoluto. La mínima desviación del estado de reposo se llama fluctuación cuántica y, debido a ella, se formarían «semillas» de materia que, por la gravedad, acabarían convirtiéndose en galaxias, estrellas y planetas. Todo eso estaba localizado en algo aún más pequeño que una caja de cerillas. Luego, la mecánica cuántica es también responsable del origen de nuestra propia vida. [2]

NASA / WMAP Science Team

Si hay poca, la atracción será incapaz de frenar la expansión y el Universo continuará expandiéndose por toda la eternidad, aunque a menor velocidad. La distinción es trascendental, con implicaciones hasta en el plano espiritual. Porque un Universo que vuelve a colapsar se presta a la perspectiva del ciclo infinito de big bang-big crunch, el ciclo continuo y eterno de creación y destrucción. Mientras que la otra posibilidad nos lleva a una insulsa muerte final de toda la existencia, más que nada por aburrimiento.

La sorpresa de la densidad crítica

La cantidad de masa (o, hablando con más precisión, de energía) que se necesita para pasar de un comportamiento a otro se llama «densidad crítica». No hace mucho, cuando yo estudiaba, sin ir más lejos (y créanme que tampoco hace tanto de eso), nos preguntábamos si en el Universo había más o menos densidad que la crítica. Parecía que no, que era muy pequeña, que no sería suficiente toda la masa para volver a cerrar el ciclo. Pero claro, en aquella época no se conocían la materia y la energía oscura. Si tenemos en cuenta estos factores, nos encontramos con uno de los grandes misterios de la cosmología moderna: ¡Resulta que tiene exactamente la densidad crítica!

La radiación de fondo de microondas, una de las mayores evidencias de que ocurrió un Big Bang- WIKIPEDIA

La revelación de que la densidad del Universo es exactamente la crítica (con tanta precisión como somos capaces de medir), sacudió el mundo de la Física. Y es que, aunque sea en el plano subconsciente, se hace difícil no evocar la imagen de un creador para explicar tal coincidencia cósmica. La situación de crisis existencial se resolvió poco después, para alivio de muchos, con la llegada de la teoría de la inflación.

Por ponerlo en términos muy simples, esta teoría nos dice que durante la primera fracción de segundo (técnicamente, desde los 10^-36 hasta los 10^-32 segundos), el Universo sufrió una expansión tan brutalmente violenta, que el término «explosión» se queda muy corto para describir lo que ocurrió. La expansión en esa época fue acelerada exponencialmente, que es una forma que hay en Física de decir enormemente rápida.

Los cosmólogos suelen decir que todo lo que existe pasó de tener el tamaño de un átomo al de un melón. Por alguna razón se suele usar el melón como medida de referencia. Podrían decir que medía 30 centímetros, que era como un balón de baloncesto o como un florero grande. Pero no, parece que lo del melón lleva camino de convertirse en la unidad estándar de volumen cósmico, algo así como el campo de fútbol lo es hoy en día para medir áreas de monte quemado.

La cuestión es que a este disparatado crecimiento del espacio, infinitamente más rápido que la luz, se le llama inflación. Es un poco contraintuitivo porque, en lenguaje cotidiano, el verbo inflar nos suena mucho más suave y benigno que explotar. Es bien conocido que los físicos no son muy buenos para poner nombres a las cosas. No entendemos bien cómo y por qué ocurrió la inflación salvo que parece estar relacionado con lo que se llama «gran unificación», la época en la que las tres fuerzas fundamentales de la naturaleza eran una, grande y única.

El Universo no se frena

El otro gran descubrimiento que ha tenido lugar desde los tiempos de Einstein es otro hallazgo reciente que también ha causado cierta zozobra existencial. Discutíamos antes las dos posibilidades sobre hasta qué punto sería la gravedad capaz de frenar la expansión del Universo, creando un ciclo continuo de explosión-colapso (Big Bang-Big Crunch) o bien una expansión que se iría ralentizando eternamente pero sin llegar nunca a detenerse del todo. Pues bien, hoy en día sabemos que no va a ser ni lo uno ni lo otro. Resulta que el Universo no se está frenando. No tiene visos de querer volver a colapsar pero tampoco está ralentizando su marcha.

Antes al contrario, las observaciones nos muestran que desde hace 5,000 millones de años (un tercio de su vida), el Universo ha dejado de frenarse y ¡ha comenzado a acelerar! Este resultado fue obtenido por dos grupos independientemente y ambos recibieron el Premio Nobel en 2011. Fue tan sorprendente que ninguno de los dos grupos se atrevió a publicarlo hasta que se enteraron de los resultados del otro. Para explicar el fenómeno, los teóricos han tenido que postular la existencia de una «energía oscura», que sería omnipresente en todo el espacio vacío.

El ciclo continuo de Penrose

Hasta aquí hemos explicado la cosmología moderna canónica, la visión aceptada mayoritariamente por los expertos en el tema. ¿Qué es, entonces, lo que añade Penrose? Pues, según su teoría, estas dos revelaciones, la inflación y la expansión acelerada del Universo, están íntimamente relacionadas. De hecho, serían la misma cosa. Para Penrose, el Universo vive un ciclo continuo e infinito de «creaciones», pero no en el modelo tradicional de explosión-colapso.

Una fotografía de Roger Penrose, tomada en 2005- Festival della Scienza

En su lugar, Penrose postula que cada uno de los ciclos (que él llama eones) acaba con una fase de expansión acelerada que se convierte en la inflación del eón siguiente. Lo de Penrose no es una ocurrencia, es una teoría. Esto significa que ha resuelto las ecuaciones de la relatividad general y los números cuadran salvo por un factor de escala. Quiere decirse que las escalas del nuevo universo son mucho mayores, tanto en el espacio como en el tiempo.

De Universo a melón

Así, todo nuestro Universo en expansión acelerada, está camino de convertirse en lo que sería un melón del Universo siguiente. Y los miles de millones de años que dura esta expansión serían la breve fracción de segundo en aquel nuevo Universo. Quizás en un futuro increíblemente distante, habrá criaturas inconcebiblemente grandes y lentas en el siguiente eón, investigando esta época en la que vivimos hoy en día, a la que quizás den el absurdo nombre de inflación y quizás la consideren el origen de su universo. Una implicación particularmente profunda de todo esto es que, de ser cierto, estaríamos ahora mismo viviendo un nuevo big bang que comenzó hace 5,000 millones de años y lo estaríamos viendo transcurrir a cámara superlenta.

Quiero resaltar que esta teoría, llamada Cosmología Cíclica Conforme, no es la aceptada por la mayoría de los cosmólogos. Sin embargo, no hay nada incorrecto o erróneo en ella, que sepamos. Penrose es uno de los mayores expertos mundiales en la física de la relatividad general y la cosmología. Su teoría cumple con la física conocida y esto sí que es un mérito que le concede la comunidad. Al igual que hizo Lemaître hace un siglo, ha encontrado una solución matemática correcta a las ecuaciones de la Física que conocemos, pero es una solución que aborrecen sus colegas por razones más filosóficas que científicas.

Un aspecto particularmente fascinante es que, como toda buena teoría, la naturaleza cuantitativa de la cosmología de Penrose le permite hacer predicciones. Las ecuaciones indican que los eones no son completamente independientes y algo de información se puede transmitir de uno a otro. En particular, las ondas gravitacionales (ésas que recientemente detectó el experimento LIGO) creadas por catástrofes cósmicas en el eón anterior podrían atravesar la época de la inflación y llegar hasta nuestros días. Estas ondas producirían patrones de anillos concéntricos en el fondo cósmico de microondas. Ni que decir tiene que muchos investigadores están ya manos a la obra buscando esos anillos. Si se encontraran, sería la primera observación de algo que ocurrió antes del Big Bang.

Héctor Socas Navarro es investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y divulgador en «Coffe Break». El autor agradece al Dr Jose Alberto Rubiño por su lectura crítica y comentarios para mejorar este artículo.

[2] http://www.abc.es/ciencia/abci-viatcheslav-mukhanov-universo-surgio-nada-y-puede-volver-suceder-201703171608_noticia.html
einstein  .http://www.abc.es/ciencia/abci-teoria-relatividad-einstein-necesaria-para-tele-o-no-perderse-201511242221_noticia.html
starmus  .http://www.abc.es/ciencia/abci-starmus-empieza-fiesta-ciencia-honor-stephen-hawking-201606280917_noticia.html
coffeebreak  .http://vivaldi.ll.iac.es/proyecto/coffeebreak/
ondas gravitacionales  .http://www.abc.es/ciencia/abci-cientificos-detectan-segunda-ondas-gravitacionales-predichas-einstein-201606151914_noticia.html.
Cosmología Cíclica Conforme .https://es.wikipedia.org/wiki/Cosmolog%C3%ADa_c%C3%ADclica_conforme
Densidad Critica .http://cosmologia.relatividad.org/dens-cos.htm

Las predicciones sugieren que el universo se estirará hasta su destrucción

Pongamos en la coctelera un título impactante, una pregunta ancestral y unas gotitas de física. Si lo agitamos bien solo nos quedará degustarlo. Pero ¿nos dejará un buen sabor de boca saber qué destino aguarda al universo? Recogemos aquí el testigo de todas las personas que se han preguntado eso mismo desde la antigüedad. No obstante, jugamos con ventaja: por fin podemos dar respuestas usando ciencia puntera y las predicciones sugieren que podríamos dirigirnos a un final violento, un Big Rip o Gran Desgarro.

Los datos experimentales encajan muy bien con el Big Rip, apuntando a que es muy probable que ocurra. La base es que el universo contiene suficiente energía oscura para ir ‘estirándolo’, expandiéndolo de un modo cada vez más acelerado.

Las galaxias se irán separando cada vez más, y la atracción gravitatoria irá poco a poco haciéndose más insignificante hasta que su efecto desaparezca. Los planetas y los satélites perderán sus órbitas y las estrellas se desligarán de las galaxias. Entonces habrá llegado ese Gran Desgarro del universo.

La energía oscura expande aceleradamente el universo

Definitivamente el universo a gran escala se está haciendo cada vez más grande. En concreto, su ritmo de expansión se está acelerando. Las ecuaciones de Einstein indican que la causa es que está compuesto en su mayor parte de energía oscura, la cual produce gravedad repulsiva. Pero ¿podemos afinar más?

Admitamos humildemente antes de ir más allá que nuestros modelos disfrazan nuestra ignorancia haciéndola pasar por sabiduría. En ellos imaginamos la energía oscura como un fluido descrito de forma muy elemental. Usaríamos para ello variables heredadas de la termodinámica.

Por un lado tendríamos la presión de ese fluido y por otro su densidad, es decir, la cantidad de energía por unidad de volumen. Si solo tuviéramos partículas con velocidades pequeñas, esa energía sería esencialmente la de sus masas. Nos bastaría así pensar en la gravitación a la manera de Newton, sin depender de Einstein. Pero eso no es posible porque en nuestro universo también hay partículas muy rápidas, como fotones y neutrinos.

En vista de ello planteamos entonces que el universo es una sopa de distintos fluidos con sus propiedades diversas. Así hacemos que las ecuaciones de Einstein nos hablen de las propiedades que deben tener los distintos fluidos para que se produzca la expansión acelerada. Y no solo eso, nos indican en qué proporciones han de estar esos ingredientes. Aparte de los fotones (neutrinos y otras porquerías) tendremos materia oscura en el sector de componentes que producen gravitación atractiva. Y entran en pugna con la energía oscura.

El ritmo de expansión podría hacerse infinito

El tipo de energía oscura más intrigante es la constante cosmológica y representa un barrera muy singular. La hipótesis de trabajo más usual para describir cualquier fluido de los mencionados es que la presión y la densidad de energía son proporcionales entre sí.

¡Pero, cuidado! Si bien la densidad de energía es siempre positiva, la energía oscura tiene presión negativa. De hecho, ha de ser suficientemente negativa. El número que gobierna la proporción de presión frente a densidad de energía juega un papel crucial en las soluciones de las ecuaciones de Einstein. Ese parámetro nos dice en primer lugar si el universo se expande aceleradamente o no. Dicho de otro modo, dicta si la presión es suficientemente negativa como para producir la necesaria repulsión.

Pero una presión aún más negativa podría dar lugar a un comportamiento dramático: el ritmo de expansión podría hacerse infinito de repente. De hecho, lo mismo le ocurriría al propio tamaño del universo (y a su factor de escala). Y eso tendría consecuencias catastróficas, destruyendo todas las estructuras conocidas. De hecho, todo sería un disparate bajo estas condiciones. Y también el cambio del cambio se haría infinito súbitamente.

Hay evidencias

La posibilidad de que ocurra esta situación es bien conocida desde la perspectiva teórica. La sorpresa es que los datos experimentales parecen favorecer esa situación. Dicho de otro modo, hay evidencias de que el universo pueda acabar en un Big Rip.

Bueno, conviene hacer un pequeño matiz para esquivar las protestas de algunos colegas. Dependiendo de las fuentes consultadas, ese escenario no es necesariamente el que la estadística apoya con más fuerza. Pero, curiosamente, el consenso apunta a que el actual rango de incertidumbre sí incluye al Big Rip entre los destinos finales muy probables.

La energía oscura fantasma es la culpable

El tipo de energía oscura causante de ese fin de fiesta violento se llama energía oscura fantasma. Para ofrecer un poquito más de detalle hay que recurrir a un sistema de unidades escogido al efecto. Usándolo vemos que el Big Rip se producirá si en valor absoluto la presión supera a la densidad de energía. Si son iguales, estamos ante un caso límite, precisamente la famosa constante cosmológica. Este conocido tipo de fluido fue introducido por Einstein. Paradójicamente, su objetivo era conseguir un universo estático, sin expansión. El genio lo abandonó calificándolo del mayor error de su vida al evidenciar Hubble la expansión del universo.

Faltan 130.000 millones de años para el Big Rip

Pero volvamos a lo que importa. ¿Si el universo va a romperse en mil pedazos, de qué cosas debemos dejar de preocuparnos? ¿Respirarán con alivio quienes aún contemplan seguir pagando hipoteca por 20 años más? Me temo que no soy portadora de buenas noticias. El Gran Desgarro podría tardar en producirse unos 130.000 millones de años. Eso equivale a 10 veces la edad actual del universo.

Esa estimación se basa en seleccionar un par de valores dentro de las ventanas estadísticamente válidas. En primer lugar pondríamos que la energía oscura representase un 70 % del contenido del universo. Y en segundo lugar haríamos la relación entre la presión y la densidad de energía tan solo un 10 % más grande que para la constante cosmológica. Y con eso, ¡listo! Predecimos un Big Rip que tardará muchísimo tiempo en llegar.

Para afinar más todo este panorama necesitamos tener observaciones del universo a gran escala en más cantidad y calidad. Sin duda contribuirán a ello los datos que nos aportarán los telescopios James Webb (en marcha) o Nancy Grace Roman (planificado), combinados con los de otros esfuerzos internacionales. Y quizá lo más interesante no sea resolver el enigma del destino final del universo. Tampoco lo es la oportunidad de resolver otros de los que no hemos hablados. Lo verdaderamente apasionante sería la posibilidad de que emergieran enigmas desconocidos. Porque, como dijo el físico y premio Nobel Kip Thorne, «la respuesta correcta es rara vez tan importante como la pregunta correcta».

Ruth Lazkoz es profesora de Física Teórica, en la Universidad del País Vasco (UPV-EHU).

Este artículo se publicó originalmente en ‘The Conversation’.

.https://www.abc.es/ciencia/abci-predicciones-sugieren-universo-estirara-hasta-destruccion-202205101134_noticia.html

Un comentario en “Cosmología: origen del universo”

  1. Sin lugar para el ‘qué había antes’: incluso el Universo cíclico tuvo que tener un comienzo
    Por Tendencias24 -11 agosto, 2022
    Todo tuvo un comienzo y todo tendrá un final. Esta sencilla regla, aunque en distintas escalas de tiempo, se aplica a todo lo que podemos ver a nuestro alrededor, desde los seres vivos a las obras humanas, las montañas, los continentes, los planetas, las estrellas y las galaxias. ¿Pero podemos decir lo mismo del Universo en su conjunto? Si la expansión actual no se detiene, dice el más aceptado de los modelos cosmológicos, las galaxias se seguirán alejando unas de otras y llegará un momento en que las distancias entre ellas sean tan enormes que ya no podrán seguir intercambiando energía y el material necesario para crear nuevas estrellas. De modo que, cuando la última estrella agote su combustible y se apague en el interior de la última galaxia brillante, todo quedará sumido en la oscuridad. Es lo que en cosmología se conoce como ‘ muerte fría del Universo ‘, un final oscuro y tan largo que podría considerarse casi eterno, poblado con gélidos cadáveres estelares descomponiéndose lentamente hasta que solo queden agujeros negros, que al final también se evaporarán en un tiempo inimaginablemente largo. Pero incluso si este fuera el modelo cosmológico correcto, el Universo tendría que haber tenido un principio. Y ese principio plantea una cuestión que hoy por hoy es irresoluble: ¿Qué había antes? Por lo que sabemos, todo comenzó gracias a la súbita expansión de un único punto, una ‘singularidad’ seguida de inmediato por un Big Bang durante el que surgió toda la materia que más tarde se organizaría para formar primero núcleos atómicos, después átomos completos y finalmente estrellas, planetas y galaxias. Sobre la singularidad, sin embargo, la ciencia no puede decir mucho. Porque ahí es donde se terminan los cálculos de los científicos y las leyes de la Naturaleza dejan de funcionar. De la singularidad, un punto ‘imposible’ con volumen cero y energía infinita, surgieron todos los parámetros en los que el Universo actual aún se mueve. Antes de ella no había ‘nada’, ni siquiera espacio o tiempo. El genial físico británico Stephen Hawking dijo en cierta ocasión que preguntarse qué había antes de ese instante inicial sería como querer saber qué hay ‘al norte del Polo Norte’. Una pregunta absurda y sin respuesta posible. La idea del Gran Rebote Algunos científicos, sin embargo, se resisten a creer que ‘antes’ del Big Bang no hubiera nada y se esfuerzan por concebir teorías alternativas en las que la singularidad original no sea necesaria. Las cosas, después de todo, podrían haber sucedido de otra forma, una que nos permita preguntarnos sin problema por el ‘antes’. ¿Y si en lugar de una singularidad en expansión y de una larguísima muerte fría el Universo estuviera pasando por una serie interminable de ‘inflados y desinflados’, como si de un enorme pulmón cósmico se tratara? ¿Y si el Universo se estuviera expandiendo y contrayendo una y otra vez en un ciclo que existe desde siempre y que nunca acabará? Este comportamiento perpetuo haría que el Universo no tuviera un principio ni un final, como sí que tienen el resto de las cosas, sino ciclos eternos de crecimiento y reducción que se extienden para siempre hacia el futuro y para siempre hacia el pasado. Una idea realmente atractiva y que elimina de un plumazo la exigencia de la más que molesta singularidad. En tal escenario, el Universo en que vivimos podría ser solo uno en medio de una larga serie de nacimientos, muertes y renacimientos sin principio ni final. La idea recibe el nombre de Big Bounce , el Gran Rebote , y los cosmólogos llevan dándole vueltas desde la pasada década de los ochenta. La hipótesis, sin embargo, no está exenta de problemas, y el mayor de todos ellos es el de la entropía, la medida del desorden en el Universo y que, según los cálculos, debería crecer constantemente después de cada ‘rebote’. Si el Big Bang, por ejemplo, fue solo una de una serie eterna de explosiones, su grado de entropía debería haber sido realmente alto. Y sin embargo no lo fue. Al contrario, si durante el Big Bang el Universo hubiera tenido una entropía alta, no habría podido existir tal y como lo conocemos. En 2019, sin embargo, la idea del Big Bounce pareció resurgir con la publicación de un modelo revisado que contenía una solución a este importante obstáculo. De hecho, ese año los investigadores descubrieron que en cada nuevo ciclo, la expansión del Universo ‘diluye’ la entropía lo suficiente como para devolver el cosmos a su estado original (de baja entropía) antes del siguiente rebote. Un nuevo jarro de agua fría Pero un nuevo estudio llevado a cabo por los físicos Will Kinney y Nina Stein , de la Universidad de Buffalo, y recién publicado en ‘ Cosmology and Astroparticle Physics’ ha vuelto a invalidar la teoría. De hecho, según estos investigadores, incluso los modelos de universos cíclicos que eliminan el problema de la entropía (como el de 2019), no pueden extenderse infinitamente hacia el pasado. Es decir, que deben por fuerza tener un principio. Y por lo tanto, una singularidad. «Desafortunadamente -dice Stein- se sabe desde hace casi 100 años que estos modelos cíclicos no funcionan porque el desorden o la entropía se acumula en el universo con el tiempo, por lo que cada ciclo es diferente del anterior. Un modelo cíclico reciente soluciona este problema de acumulación de entropía al proponer que el Universo se expande mucho con cada ciclo, diluyendo la entropía. Estiras todo para deshacerte de estructuras cósmicas como los agujeros negros, lo que devuelve el universo a su estado homogéneo original antes de que comience otro rebote». «En resumen – dice por su parte Kinney-, demostramos que al resolver el problema de la entropía se crea una situación en la que el Universo aún tuvo que tener un principio. Nuestra prueba muestra en general que cualquier modelo cíclico que elimine la entropía por expansión debe tener un comienzo». «Hay muchas razones -concluye Stein- para tener curiosidad sobre el Universo primitivo, pero creo que mi favorita es la tendencia humana natural de querer saber qué vino antes. En todas las culturas, los humanos han contado historias sobre la creación, sobre ‘el principio’. Siempre queremos saber de dónde venimos». MÁS INFORMACIÓN ¿Duermen las arañas? El increíble caso de los planetas menguantes Pero al parecer estamos aún lejos de cumplir ese objetivo. Si queremos librarnos de una vez por todas de la singularidad, habrá que pensar en otra cosa. Mientras tanto, seguiremos sin poder preguntarnos qué es lo que había ‘antes’.
    .https://www.abc.es/ciencia/lugar-incluso-universo-ciclico-tener-comienzo-20220810141204-nt.html
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