Mi charla «El bang del big bang» en Pint of Science 2022 Málaga

Por Francisco R. Villatoro, el 11 mayo, 2022. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticia CPAN • Physics • Science ✎ 18

El bang del Big Bang es el origen de la materia y la radiación del universo. En la versión actual de la teoría del Big Bang el bang ocurre en la fase de recalentamiento tras la inflación cósmica, una expansión exponencial del espacio tiempo mediada por un campo escalar (tipo Higgs) llamado inflatón [Pint of Science 2022 Málaga]. Así se resume mi charla «El bang del big bang» que impartí ayer; un par de asistentes me pidieron que publicara una pieza en mi blog sobre la charla (ya que no se grabó en vídeo). Yo preparé una charla de 30 minutos (entendí que serían 30+15 de preguntas), pero en el bar me dijeron que debería ser de 20 minutos (20+20 preguntas), así que al final me pasé de tiempo. Sin que sirva de precedente, aquí van las imágenes de la presentación y una explicación similar a la que ofrecí.

Yo investigo en física computacional, el uso de ordenadores para resolver problemas físicos. Mi especialidad es la propagación de ondas. Las ondas se clasifican según el medio en el que se propagan, así hay ondas acústicas (de sonido), ópticas (de luz), gravitacionales (del espaciotiempo), etc. Yo estudio las ondas no lineales que son ondas de tan gran intensidad que la onda modifica el medio en el que se propaga y dicha modificación del medio afecta a cómo se propaga la propia onda. Como las olas del mar que rompen al llegar a la orilla de la playa.

Mi investigación en los últimos años se ha centrado en la propagación de ondas no lineales de un tipo especial que destaca por su robustez ante perturbaciones, las llamadas solitones. En concreto, estudio solitones en medios micro- y nano-estructurados; como cristales fotónicos, cristales nemáticos, líneas de transmisión no lineales, superredes semiconductoras o superredes de grafeno (como la mostrada en la figura de la izquierda). Me interesa la tipología de las interacciones (o colisiones) entre solitones (como las mostradas en la figura de la derecha). Ambas figuras son de mi artículo Francisca Martin-Vergara, Francisco Rus, Francisco R. Villatoro, «Fractal structure of the soliton scattering for the graphene superlattice equation,» Chaos, Solitons & Fractals 151: 111281 (Oct 2021), doi: https://doi.org/10.1016/j.chaos.2021.111281.

Las ecuaciones de Einstein para la gravitación, cuando se separa el tiempo del espacio, se comportan como ecuaciones de onda (fuertemente) no lineales. En el régimen lineal se observan las famosas ondas gravitacionales que hemos observado gracias a las fusiones de agujeros negros. De hecho todas las soluciones exactas de las ecuaciones de Einstein son de tipo solitón gravitacional. Las soluciones de tipo agujero negro o de tipo cosmológico, que no parecen ondas, se comportan como ondas estacionarias, ondas que no se propagan. Yo publiqué un artículo de revisión sobre el tema en Francisco R. Villatoro, «Nonlinear Gravitational Waves and Solitons,» in Nonlinear Systems, Vol. 1, pp 207-240, Springer (Sep 2018), doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-66766-9_7.

No os preocupéis, no os voy a hablar de solitones gravitacionales, ni de solitones en medios microestructurados, hoy quiero hablaros de la aplicación de las ondas no lineales como modelos clásicos de campos cuánticos escalares, como el campo de Higgs, que dota de masa a las partículas, y del hipotético campo inflatón, responsable de la inflación cósmica. Hoy voy a hablaros de la teoría del big bang inflacionario.

Einstein es el padre de la cosmología teórica porque fue el primero en describir con ecuaciones el universo en su conjunto. Aplicó sus ecuaciones de la gravitación a todo el universo y observó que predecían que el universo no podía ser estable y estático, sino que era inestable y se tenía que expandir o contraer. En aquella época todo el universo conocido estaba formado por nuestra galaxia, la Vía Láctea; ni siquiera se sabía que existieran otras galaxias. Además, se sabía que nuestra galaxia ni se expande ni se contrae. Por tanto, o bien las ecuaciones de Einstein estaban mal, o bien había que modificarlas. Einstein decidió modificarlas añadiendo la llamada constante cosmológica, con un valor tan pequeño que no afectaba a nada a la física de la gravitación en el Sistema Solar.

A principios de los 1920 se descubrió que existían otras galaxias y comprobó que las galaxias más lejanas, casi todas, se alejan de nosotros. A finales de los 1920 quedó claro que esto indicaba que el universo estaba en expansión, con lo que cada vez hay más espacio vacío entre las galaxias. Se suele decir que la expansión cósmica fue descubierta por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble en 1929. Pero la descubrió en 1927 el belga Georges Lemaître combinando la teoría de Einstein y los datos galácticos obtenidos en 1922 por el astrónomo estadounidense Vesto Slipher.

Sabemos que el universo está en expansión gracias al desplazamiento al rojo de las líneas de absorción asociadas al hidrógeno que observamos en la luz de las galaxias. Al compararlas con las medidas en un laboratorio en la Tierra se observan que cuanto más alejada está una galaxia, más desplazamiento al rojo observamos. Este método fue usado por Slipher con 41 galaxias, las que usó Lemaître para descubrir la expansión del universo, aunque hoy en día se conozca como ley de Hubble (en rigor debería ser llamada ley de Lemaître–Hubble).

La expansión cósmica implica que el universo estuvo muy caliente en el pasado cuando era más denso. La materia al calentarse sufre transiciones de fase; por ejemplo, el agua al calentarse se vuelve vapor de agua, que al calentarse más se vuelve un gas molecular ionizado, que al calentarse aún más se vuelve un plasma de átomos ionizados. Antes de que hubiera galaxias, se formaron las primeras estrellas, y antes se habían formado los primeros átomos, y antes se formaron los primeros núcleos atómicos, y así sucesivamente. La teoría del big bang nació con los trabajos de George Gamow y varios colegas que estudiaron tras la Segunda Guerra Mundial la transición de fase que llevó a la formación de los primeros núcleos atómicos, la llamada nucleosíntesis primordial.

Hay mucha confusión sobre lo que es la teoría del big bang. Esta teoría no describe el origen del universo, ni pretende hacerlo. La teoría del big bang describe las transiciones de fase de la materia y de la radiación del universo durante su enfriamiento debido a la expansión cósmica. La teoría del big bang (caliente) se inicia cuando acaba la inflación. Aunque hay cosmólogos que incluyen en la teoría del big bang la inflación cósmica. En cualquier caso, como pretendo ilustrar en esta charla, el bang del big bang se produce durante la llamada recombinación, la fase final de la inflación cósmica.

Los primeros átomos se formaron en la llamada recombinación, proceso que finalizó cuando el universo tenía unos 380 000 años. Los primeros núcleos atómicos se formaron en la nucleosíntesis, cuando el universo tenía unos 3 minutos.

Los núcleos atómicos están formados por protones y neutrones, que hoy sabemos que son partículas compuestas de quarks, que están confinados en su interior. Los protones y neutrones se formaron en la llamada hadronización cuando el universo tenía unos 100 microsegundos.

Conocemos muy bien todas las transiciones de fase que ocurrieron en el universo desde el primer nanosegundo en adelante. En aquella época ocurrió la llamada transición de fase electrodébil, por la que las partículas como electrones y quarks adquirieron masa. Desde que se anuncio el bosón de Higgs en 2012 estamos estudiando la física del campo de Higgs para entender los detalles de esta transición de fase, que aún nos reserva algunos secretos.

Todas las transiciones de fase anteriores a la primera décima de segundo son especulativas. Aún no hemos alcanzado la energía suficiente en los colisionadores de partículas como para poder estudiarlas en detalle. Sin embargo, hay evidencias indirectas de muchas de ellas. Por ejemplo, sabemos que el universo primordial tuvo que tener la misma cantidad de materia que de antimateria, pero el universo actual solo contiene materia. Tuvo que haber una aniquilación de la materia contra la antimateria que produjo radiación; de hecho, observamos unos 20 mil millones de fotones por cada barión (protón o neutrón), que creemos que se originaron por la aniquilación de 10 000 000 001 partículas de materia contra 10 000 000 000 partículas de antimateria. Sin embargo, ignoramos los detalles de este proceso (que incluso pudo tener varias fases diferentes).

También sabemos que tuvo que ocurrir una expansión exponencial del volumen del universo, la llamada inflación cósmica. En este charla resumiré las evidencias que tenemos sobre este hecho. Sin embargo, no sabemos cómo empezó la inflación, ni cuándo, ni cómo acabó en el llamado recalentamiento, ni cuándo. El gran aporte de la cosmología de precisión, gracias a los telescopios espaciales, ha sido ofrecer evidencias de que la inflación ocurrió y que es un hecho observacional. Pero aún ignoramos los detalles, que tendrán que ser desvelados por la futura cosmología de ultraprecisión en las próximas décadas.

Sabemos que la inflación ocurrió gracias al estudio detallado del fondo cósmico de microondas, la luz más lejana que podemos observar. Cuando el universo tenía unos 380.000 años se acabaron de formar los primeros átomos en la llamada recombinación. El universo era opaco, formado por un denso plasma de fotones, electrones y núcleos ligeros (protones, núcleos de deuterio y núcleos de helio-4); los fotones chocaban constantemente con los electrones del plasma. Cuando se formaron los primeros átomos, que son neutros, el universo se volvió transparente para los fotones. Algunos de esos fotones han recorrido el universo durante unos 13 400 millones de años sin colisionar con nada hasta llegar a nuestros telescopios espaciales. Esos fotones están marcados con su última interacción con un electrón del plasma y nos permiten estudiar las propiedades del plasma en aquella época. Gracias a ello sabemos cómo era el universo entonces y cómo tuvo que ser antes para llegar a dicho estado.

El estudio más preciso de las anisotropías térmicas en el fondo cósmico de microondas fue publicado en 2018 por el telescopio espacial Planck de la ESA. El análisis nos permite estimar con gran precisión  todos los parámetros cosmológicos. Por ejemplo, que la edad del universo es de 13 787 ± 20 millones de años.

La cosmología de precisión ha refutado la teoría del big bang caliente. Uno de sus problemas es la llamada crisis de la edad del universo. La teoría del big bang sin inflación rquiere un valor de la costante de Hubble de 50 km/s/Mpc para evitar que el universo sea más joven que nuestra galaxia. Con un enfoque presentista, si usamos el valor actual de la constante de Hubble, H0 ∼ 70 km/s/Mpc, las estrellas más viejas observadas sería más viejas que el propio universo en el que se encuentran. Algo obviamente imposible. Otro de los grandes problemas de la teoría del big bang sin inflación es que el universo era demasiado grande en el tiempo t=0 (o si prefieres en la escala de Planck t = 5 × 10−44 segundos) para que todos sus puntos estuvieran causalmente conectados y se pudiera alcanzar un equilibrio térmico que garantizara la isotropía y homogeneidad que se observa en las anisotropías del fondo cósmico de microondas. Como ilustra la figura de la izquierda, este problema se resuelve si el universo era mucho más pequeño y sufrió una enorme expansión en poco tiempo (se soluciona con la inflación cósmica).

Este problema del horizonte se resuelve con física anterior al bang del big bang, con la inflación cósmica. Así la inflación resuelve el problema del horizonte al colocarse antes de lo que en la teoría del big bang caliente era el tiempo cero, que ahora pasa a ser un tiempo muy pequeño, del orden 10−30 segundos; desde el inicio de la inflación, pongamos a los 10−37 segundos, hay tiempo más que de sobra para que todo punto del universo esté causalmente conectado entre sí, lo que permite que termalice y se vuelva tan homogéneo y tan isótropo como muestra la cosmología de precisión actual. Así la inflación es una teoría pre-big bang, pues hay que colocarla justo antes del instante cero de la teoría del big bang caliente.

Para describir la física de la inflación se recurre a una ecuación de ondas no lineal, similar a las que yo estudio en materiales micro- y nano-estructurados, que describe un campo cuántico escalar llamado inflatón que es similar al campo de Higgs (en los modelos inflacionarios originales se suponía que era un nuevo campo de Higgs asociado a una teoría GUT). El potencial no lineal tendría la forma ilustrada en la figura a la derecha, con un máximo a energía cero, que es inestable y corresponde a un falso vacío, y un mínimo a una energía finita, que es estable y corresponde al vacío «verdadero» de nuestro universo. Una fluctuación cuántica provocaría la transición del campo de su estado de falso vacío a su estado de vacío «verdadero». Como para baja energía la densidad de energía del campo es constante (similar a una constante cosmológica de Einstein) se comportaría como una presión negativa (similar a la actual energía oscura) lo que implica que antigravita y provoca una expansión exponencial del volumen del espaciotiempo.

Para entender qué significa que el falso vacío tiene presión negativa podemos poner el ejemplo de un pistón. Un gas con presión positiva ejercerá una fuerza sobre el pistón y lo desplazará hacia fuera, reduciendo la densidad de energía y la presión en el interior del pistón. Pero si el pistón estuviera relleno de falso vacío si se mueve el pistón hacia fuera con cierta fuerza (la mano en la imagen), crece el volumen de falso vacío, que como tiene densidad de energía constante, hace que crezca la energía contenida dentro del pistón (justo lo contrario que con un gas); este incremento de energía se obtiene a partir de la energía de la mano que mueve el pistón. Así, por paradójico que parezca, el falso vacío ejerce una fuerza negativa contra el pistón, una fuerza de succión, contra la que se tiene que oponer la mano para desplazar el pistón.

En las ecuaciones de Einstein no solo gravita la energía (la masa gravita porque es energía), sino también la presión. Así la presión negativa del falso vacío antigravita, ejerce una fuerza gravitacional repulsiva, que produce una expansión del propio espacio. Lo mismo ocurre con la energía oscura, cuya presión negativa está acelerando la expansión cósmica en la actualidad. Si durante la inflación cósmica se duplican las distancias cada 100 unidades de tiempo inflacionario, sean 10−35 segundos, cuando el universo tenga 10−33 segundos el universo se habrá duplicado 100 veces y el espacio será unas 1030 veces más grande. Así se explica la expansión cósmica exponencial inducida por la inflación cósmica.

La inflación cósmica es un hecho observacional, sin embargo aún no ha recibido el Premio Nobel de Física (que muchos cosmólogos reclaman desde mediados de los 1990). La razón es que no es fácil decidir a quién otorgarle el ansiado galardón. Alrededor de 1980 surgieron muchos modelos inflacionarios (destacando los de Guth, Linde y Steinhdardt) y aún no sabemos cuál es el correcto. La mayoría de los cosmólogos prefieren el modelo de Steinhardt que se basa en un rodaje muy lento (el llamado slow-roll). Pero será necesario esperar a la cosmología de ultraprecisión, que permitirá analizar en detalle las anisotropías térmicas en la polarización del fondo cósmico de microondas, para poder sesgar el espacio de modelos inflacionarios y decidir qué pionero fue el que más se aproximó al modelo correcto y merece el Premio Nobel.

La inflación no solo resuelve los problemas de la teoría del big bang caliente, sino que además convierte a la teoría del big bang inflacionario en una teoría predictiva, cuyas predicciones se han puesto a prueba con la cosmología de precisión. La inflación predice un universo muy plano; un crecimiento exponencial del espacio en un factor de 1030 reduce cualquier curvatura primordial del espacio a prácticamente cero; la cosmología de precisión nos dice que la curvatura del espacio es muy pequeña (Ωk = 0.0007 ± 0.0019); así se resuelve el problema de la planitud de Dicke, que requería un ajuste muy fino de las condiciones iniciales en la teoría del big bang sin inflación. Además, predice que la densidad de energía total del universo debe ser muy próxima a la energía crítica (Ω ≈ 1), como indican las observaciones (Ω = 0.9993 ± 0.0019). Además, predice que las anisotropías térmicas del fondo cósmico de microondas son gaussianas, al ser su origen la amplificación de las las fluctuaciones cuánticas del falso vacío hasta escalas macroscópicas, y aún no hemos observado señales de su no-gaussianidad. También predice que el espectro de la densidad de materia es casi invariante de escala, es decir, constante a todas las escalas. y así nos lo muestra la cosmología de precisión (ns = 0.9665 ± 0.0038). La teoría del big bang inflacionario es una teoría predictiva cuyas predicciones han sido confirmadas por la cosmología de precisión.

El bang del big bang es el momento en el que se «crean» las partículas de materia y radiación. Este bang ocurre cuando se detiene la inflación en la fase llamada recalentamiento; en ese momento la energía del campo inflatón se transfiere a los campos cuánticos del modelo estándar, que pasan de un estado de vacío a un estado de partículas. Así el universo se llena de contenido (materia y radiación) durante el recalentamiento, un proceso que corresponde al bang del big bang que da título a esta charla.

Hoy en día estamos estudiando la física de las partículas en la escala de energía de las decenas de miles de veces la masa del protón en energía (la escala de los teraelectrónvoltios). En este siglo no  podremos ir mucho más allá. Sin embargo, gracias a la inflación podremos estudiar una escala de energía mucho mayor, billones de billones de veces más grande. La cosmología de ultraprecisión nos permitirá estudiar la inflación y con ella escalas de energía que son imposibles de alcanzar usando colisionadores de partículas.

El mensaje para llevar a casa de esta charla es que el bang del big bang ocurrió cuando finalizó la inflación cósmica.



18 Comentarios

  1. ¡Magnífica entrada, Francis!: aclaras varios muy extendidos malentendidos con respecto a la teoría del Big Bang.

    Me permito hacer un par de observaciones:

    «[Einstein] aplicó sus ecuaciones de la gravitación a todo el universo y observó que predecían que el universo no podía ser estable y estático, sino que era inestable y se tenía que expandir o contraer. […] Por tanto, o bien las ecuaciones de Einstein estaban mal, o bien había que modificarlas. Einstein decidió modificarlas añadiendo la llamada constante cosmológica […]»

    No parece que Einstein supiera que el universo estático era inestable. Si lo hubiera sabido, se habría dado cuenta de que el universo es inestable precisamente cuando se introduce una constante cosmológica que garantice que sea estático, como lo demostró Eddington en 1930. Parece ser que fue este artículo de Eddington el que convenció a Einstein de la inevitabilidad de la expansión (o contracción) del universo, como lo explica Harry Nussbaumer.

    «Este método fue usado por Slipher con 41 galaxias, las que usó Lemaître para descubrir la expansión del universo, aunque hoy en día se conozca como ley de Hubble (en rigor debería ser llamada ley de Lemaître–Hubble).»

    ¿Sabías que desde el 2018 la Unión Astronómica Internacional recomienda llamarla Ley de Hubble-Lemaître?

  2. Hola, muy interesante gracias, y me gusta el «símil» del pistón.

    Bien tengo otros, pero son más complicados (comprometidos)
    casi una locura de explicar,
    tengo la Brinco que es muy «especial» para mí por muchas razones, con
    un buen rodaje como Dios manda,
    por cierto la tengo en perfectas condiciones de uso.

    Uno de los problemas «al menos para mí» es que la inflación
    cósmica aún pasa en muy muy pequeñas partes y crea un pequeño
    problema con el tiempo, algo así como la acción fantasmagórica
    que Einstein rechazaba, pero tan real como cierta.

    Un saludo y gracias.

  3. Hola Francis, realmente asombroso y detallado este artículo. Nos muestra la complejidad de todo el proceso pre y post inflacionario. Y además nos hace tener todavía más preguntas sobre lo ocurrido.
    Yo hace tiempo que tengo una que puede influir en la descripción de estos procesos y podría variar la edad estimada del universo. Aunque seguramente si este es el modelo consensuado por miles de científicos, mi pregunta ya tiene respuesta.
    Porque hace tiempo que me pregunto si el valor de la velocidad de la luz a sido constante durante toda la historia del Universo, ya que todos los cálculos se basan en que lo ha sido, pero y ¿si al principio este valor era menor al actual? ¿O mayor? Podria haber sido un 10 % del valor actual, es decir unos 30000 km/s. Esto podria afectar a los cálculos de la edad del universo e incluso podria afectar a la aparente expansión del mismo, ya que nos basamos en observaciones de elementos muy lejanos y por lo tanto antiguos, de miles de millones de años de antiguedad.
    Supongo que esta observación debe estar resuelta, es decir, se sabe que la velocidad de la luz ha sido constante durante toda la historia del universo, porque de otra manera estaria afectando al modelo cosmologico consensuado actualmente.
    Si es así, como debe de ser , alguien me puede comentar ¿porquè? ¿Como se sabe que el valor de la velocidad de la luz ha sido siempre el mismo?

    1. Sergi, hay que diferenciar entre la velocidad límite en la teoría de la relatividad y la velocidad de la luz en el vacío, aunque ambas coinciden si el fotón no tiene masa. Hay límites cosmológicos y astrofísicos muy estrictos para las posibles variaciones a escala cosmológica de ambas velocidades. Si te interesa el tema, te recomiendo buscar artículos sobre el tema en Google Scholar (p. ej. https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.99.083009, https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.021301, https://link.springer.com/article/10.1007/s11467-021-1049-x, etc.).

      1. Muchas gracias por la respuesta, me siento privilegiado por tu explicación. Me hace ver que mi duda ya está resuelta como ya sospechaba y C se considera como un valor constante durante toda la historia del universo.

        Estuve buscando información sobre este tema y no la encontré, gracias de nuevo por los artículos mencionados.

        Aprovecho la ocasión para poner en valor tu labor divulgativa. Te sigo en este blog y en Coffee Break, y he escuchado alguna de tus conferencias. Soy un amateur de la ciencia y gracias a tu trabajo cada dia tengo más curiosidad para aprender un poco de lo que vamos descifrando de este complejo rompecabezas llamado Cosmos.

        Gracias y saludos.

  4. «La cosmología de precisión ha refutado la teoría del big bang caliente. Uno de sus problemas es la llamada crisis de la edad del universo. La teoría del big bang sin inflación rquiere un valor de la costante de Hubble de 50 km/s/Mpc para evitar que el universo sea más joven que nuestra galaxia. Con un enfoque presentista, si usamos el valor actual de la constante de Hubble, H0 ∼ 70 km/s/Mpc, las estrellas más viejas observadas sería más viejas que el propio universo en el que se encuentran. Algo obviamente imposible.»

    Creo que esto aplica para la teoría del big bang sin expansión acelerada, pero no para la teoría del big bang sin inflación.

    1. Jaime, llamo «teoría del big bang sin inflación» a lo que se suele llamar «teoría del big bang caliente». La teoría del big bang caliente fue refutada en los 1990. El nombre «teoría del big bang» en la actualidad se aplica a la teoría del big bang inflacionario que nació a principios de los 1980. La aceleración de la expansión descubierta en 1998 debida a la energía oscura es otra cuestión (siendo un fenómeno muy reciente, de hace menos de 5000 millones de años, es irrelevante cuando se discute la inflación cósmica y su papel en la moderna teoría del big bang).

      1. Estaría de acuerdo con que “La teoría del big bang caliente fue refutada en los 1990” si entiendes como “refutación” que no explica ni el problema del horizonte, ni el problema de la planitud ni las fluctuaciones del fondo cósmico de microondas.
        Pero en mi opinión no es una refutación que: “La teoría del big bang sin inflación requiere un valor de la costante de Hubble de 50 km/s/Mpc para evitar que el universo sea más joven que nuestra galaxia” ya que esta afirmación creo que no es correcta.

        La edad del Universo se calcula integrando la ecuación de Friedman con los únicos parámetros:
        * Constante de Hubble 67.66 (km/s)/Mpc
        * Ratio de densidad actual de radiación 0.0000918
        * Ratio de densidad actual de materia 0.3110082
        * Ratio de densidad actual de energía oscura 0.6889

        Ahí no hay ningún parámetro relacionado con la inflación. Los valores que he anotado arriba son los proporcionados por la Colaboración Plack 2018. Como la suma de los 3 ratios es 1, la densidad del universo es aproximadamente la crítica. Si realizamos el cálculo con esos valores obtenemos que la edad del universo es de 13787 millones de años, como afirma Planck-2018.

        Si no hubiese expansión acelerada del universo y mantenemos que la densidad es la crítica, con ese valor de la constante de Hubble de 67.66 se obtiene que la edad del universo sería de 9634 millones de años, edad inferior a la de muchas estrellas. Sin energía oscura, necesitaríamos que la constante de Hubble fuese de 50 (km/s)/Mpc para volver a tener una vida del universo superior a 13000 millones de años.

        Por lo tanto, opino que la frase correcta debería ser “Sin expansión acelerada del universo, se requiere un valor de la constante de Hubble de 50 km/s/Mpc para evitar que el universo sea más joven que nuestra galaxia” de acuerdo con Jaime Rudas.

        Esta es mi respetuosa opinión, dentro de mi habitual admiración por Francis, “nuestro físico de cabecera”, creo que se trata de un simple lapsus como todos tenemos habitualmente.
        De todas maneras, si yo estuviese equivocado y realmente hay algún paper que demuestra que con Ho~70 sin inflación el universo sería más joven que nuestra galaxia, mientras que con Ho~50 más inflación la edad aumenta hasta los ~13.8 Gaños, naturalmente me retractaría pediría disculpas a Francis y a sus lectores.

        Francis, gracias por divulgar Ciencia y Tecnología y ánimos para continuar.

      2. Sí, Francis, eso lo entiendo, pero mi punto es que, contrario a lo que indicas, la teoría del big bang sin inflación NO requiere un valor de la constante de Hubble de 50 km/s/Mpc para evitar que el universo sea más joven que nuestra galaxia.

        1. Jaime, ¿has leído el libro «Los tres primeros minutos del universo» (1977) de Steven Weinberg? Si consideramos que lo que cuenta dicho libro era el estado de la teoría del big bang antes del descubrimiento de la inflación (c. 1980), puedes leer cómo explica y justifica que la constante de Hubble tiene que ser 50 km/s/Mpc, aunque entonces la incertidumbre era grande, entre 50 y 100 km/s/Mpc, para que el universo no fuera más joven que las estrellas más viejas (conocidas entonces). Por otro lado, si te atreves a hacer los cálculos, te animo a ello, son sencillos.

          1. Fracis, ya hice los cálculos y me resulta lo mismo que describe Albert en su comentario arriba:
            La edad del universo depende, a grandes rasgos, de la constante de Hubble actual (Ho) y de los parámetros de densidad (Omega-materia y Omega-lambda, fundamentalmente). Ninguno de estos parámetros depende de si hay o no inflación, pero sí dependen de si hay o no expansión acelerada. Antes de descubrirse la expansión acelerada, se consideraba que Omega-materia=1 y Omega-lambda=0 (o sea, que no había energía oscura y que la densidad era la crítica). Con esos parámetros, cualquier valor de Ho>50 resultaba en edades del universo menores 13.000 millones de años, o sea menores que la edad de las estrellas más antiguas. Ya en esa época se sospechaba que Ho debía ser mayor que 50.
            Una vez descubierta la expansión acelerada y establecido que Omega-materia es cerca de 0,3, Omega-lambda cerca de 0,7 y Ho cerca de 70, las aguas volvieron a su cauce, obteniéndose edades cercanas a los 14.000 millones de años.

  5. Estimado Profesor, usted escribe en esta propia página y cito «Einstein es el padre de la cosmología teórica porque fue el primero en describir con ecuaciones el universo en su conjunto. Aplicó sus ecuaciones de la gravitación a todo el universo y observó que predecían que el universo no podía ser estable y estático, sino que era inestable y se tenía que expandir o contraer. En aquella época todo el universo conocido estaba formado por nuestra galaxia, la Vía Láctea; ni siquiera se sabía que existieran otras galaxias. Además, se sabía que nuestra galaxia ni se expande ni se contrae. Por tanto, o bien las ecuaciones de Einstein estaban mal, o bien había que modificarlas. Einstein decidió modificarlas añadiendo la llamada constante cosmológica, con un valor tan pequeño que no afectaba a nada a la física de la gravitación en el Sistema Solar.»

    Perdone usted, pero según la información histórica, para Einstein en aquel momento el universo era eterno y estático y trato de mantenerlo como tal introduciendo la constante cosmológica para evitar el colapso gravitatorio, por lo que decir que lo hizo además para evitar la expansión no parece correcto, sino más bien
    una anacronía. También permítame decirle que la supuesta modificación de la ecuación de Einstein para
    describir un universo expansivo hecho por Alexander Friedman, fueron hechas bajo las premisas que el universo ya estaban en expansión. Es decir, que la ecuación se hacen expansiva, agregándole una velocidad de escape.
    Quizás le interese leer «Einstein’s 1917 Static Model of the Universe: A Centennial Review» donde se ofrece más detalles sobre la constante cosmológica.
    https://arxiv.org/abs/1701.07261

    1. Cuantin, Einstein obtuvo una solución de sus ecuaciones y observó que era una solución inestable, cuando esperaba que fuera estable; con el temor de que se considerara un fallo de su teoría que sus ecuaciones describieran un universo inestable en lugar de lo que parecía obvio entonces, que el universo era estable, introdujo una corrección cosmológica a dichas ecuaciones para arreglar dicho fallo. Otros físicos decidieron estudiar la solución de las ecuaciones, aunque fuera inestable, como una solución dinámica para el universo, interpretándola como que el universo se expandía o contraía en función de la densidad total de energía que contenía. Las primeras observaciones cosmológicas apoyaron esta interpretación de dicha solución de las ecuaciones originales sin corrección.

      Te recomiendo leer en detalle el artículo que tú mismo citas para confirmar mis afirmaciones.

      1. El artículo citado por Cuantin dice: «Perhaps the strangest aspect of Einstein’s 1917 memoir is his failure to consider the stability of his cosmic model. […] It is more than a little curious that Einstein did not consider this aspect of his model in 1917 […]»

  6. «[…]crece el volumen de falso vacío, que como tiene densidad de energía constante, hace que crezca la densidad de energía contenida dentro del pistón […]»
    Pero, si la densidad de energía es constante y crece el volumen del falso vacío ¿no debería crecer la CANTIDAD de energía (y no su DENSIDAD)?

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