El irresistible «plástico de burbujas» del universo y la teoría de cuerdas

Por Francisco R. Villatoro, el 9 agosto, 2009. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Physics • Science ✎ 1

¿Quién se puede resistir al plástico de burbujas? Prueba si eres capaz. ¿Y si el universo fuera como el plástico de burbujas siendo cada burbuja un universo diferente? La teoría de cuerdas «pide a gritos» que así sea. La idea original es del físico ruso Andrei Linde (ahora en la Universidad de Stanford, California), especialista en la teoría del universo inflacionario, que notó que el periodo de inflación podría ser eterno (inflación eterna), lo que generaría infinitos universos «burbuja.» ¿Todos estos universos tendrán las mismas leyes físicas? Las ideas de Linde no permitían saberlo, pero según la teoría de cuerdas, lo más natural es que cada uno tenga sus propias leyes físicas (al menos, valores diferentes de las constantes fundamentales). ¿Por qué? Técnicamente se llama el problema del «landscape» en teoría de cuerdas, nada en dicha teoría parece favorecer un universo sobre otro, unas leyes físicas sobre otras.

El siguiente vídeo nos presenta cómo sería el universo si los valores de las masas de algunas partículas elementales fueran ligeramente diferentes a los que son en realidad. La animación considera nuestro universo y tres universos alternativos. Está en inglés, pero merece la pena. El vídeo ha sido preparado por el equipo de divulgación científica del LHC del CERN y lo ví originalmente en su versión en Vimeo gracias a Menéame (noticia que llegó a portada).

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La teoría de cuerdas lo predice todo, luego no predice nada.

Algunos hablan de hasta 10500 universos posibles, muchos órdenes de magnitud más que átomos hay en «nuestro» universo (el universo observable). El problema del landscape es un gran problema, salvo que le demos la vuelta a la tortilla y pensemos que no es tan mala idea que nuestro universo sea uno de esos universos, uno de los pocos que permite que seres como nosotros puedan llegar a existir y cuestionarse cuales son las leyes que lo rigen. El principio antrópico ligado a la teoría de cuerdas.



1 Comentario

  1. De acuerdo con la teoría de la Gran Explosión o del Big Bang, generalmente aceptada, el Universo surgió de una explosión inicial que ocasionó la expansión de la materia desde un estado de condensación extrema. Sin embargo, en la formulación original de la teoría del Big Bang quedaban varios problemas sin resolver. El estado de la materia en la época de la explosión era tal que no se podían aplicar las leyes físicas normales. El grado de uniformidad observado en el Universo también era difícil de explicar porque, de acuerdo con esta teoría, el Universo se habría expandido con demasiada rapidez para desarrollar esta uniformidad.

    Según la teoría del Big Bang, la expansión del universo pierde velocidad, mientras que la teoría inflacionaria lo acelera e induce el distanciamiento, cada vez más rápido, de unos objetos de otros. Esta velocidad de separación llega a ser superior a la velocidad de la luz, sin violar la teoría de la relatividad, que prohíbe que cualquier cuerpo de masa finita se mueva más rápido que la luz. Lo que sucede es que el espacio alrededor de los objetos se expande más rápido que la luz, mientras los cuerpos permanecen en reposo en relación con él.

    A esta extraordinaria velocidad de expansión inicial se le atribuye la uniformidad del universo visible, las partes que lo constituían estaban tan cerca unas de otras, que tenían una densidad y temperatura comunes.

    Alan H Guth del Instituto Tecnológico de Massachussets (M.I.T.) sugirió en 1981 que el universo caliente, en un estadio intermedio, podría expandirse exponencialmente. La idea de Guth postulaba que este proceso de inflación se desarrollaba mientras el universo primordial se encontraba en el estado de superenfriamiento inestable. Este estado superenfriado es común en las transiciones de fase; por ejemplo en condiciones adecuadas el agua se mantiene líquida por debajo de cero grados. Por supuesto, el agua superenfriada termina congelándose; este suceso ocurre al final del período inflacionario.

    En 1982 el cosmólogo ruso Andrei Linde introdujo lo que se llamó «nueva hipótesis del universo inflacionario». Linde se dió cuenta de que la inflación es algo que surge de forma natural en muchas teorías de partículas elementales, incluidos los modelos más simples de los campos escalares. Si la mayoría de los físicos han asumido que el universo nació de una sola vez; que en un comienzo éste era muy caliente, y que el campo escalar en el principio contaba con una energía potencial mínima, entonces la inflación aparece como natural y necesaria, lejos de un fenómeno exótico apelado por los teóricos para salir de sus problemas. Se trata de una variante que no requiere de efectos gravitatorios cuánticos, de transiciones de fase, de un superenfriamiento o también de un supercalentamiento inicial.

    Considerando todos los posibles tipos y valores de campos escalares en el universo primordial y tratando de comprobar si alguno de ellos conduce a la inflación, se encuentra que en los lugares donde no se produce ésta, se mantienen pequeños, y en los dominios donde acontece terminan siendo exponencialmente grandes y dominan el volumen total del universo. Considerando que los campos escalares pueden tomar valores arbitrarios en el universo primordial, Andrei Linde llamó a esta hipótesis «inflación caótica».

    La teoría inflacionaria, predice que el universo debe ser esencialmente plano, lo cual puede comprobarse experimentalmente, ya que la densidad de materia de un universo plano guarda relación directa con su velocidad de expansión.

    La otra predicción comprobable de esta teoría tiene que ver con las perturbaciones de densidad producidas durante la inflación. Se trata de perturbaciones de la distribución de materia en el universo, que incluso podrían venir acompañadas de ondas gravitacionales. Las perturbaciones dejan su huella en el fondo cósmico de microondas, que llena el cosmos desde hace casi 15 mil millones de años.

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