Tanto si eliges creer en un Creador como si no, las dos preguntas que planteaste son preguntas científicas fascinantes, y hay hipótesis interesantes para ambas.
La hipótesis más común para el origen del Universo es la génesis del vacío. Esto fue presentado por primera vez en 1969 por Edward Tryon. A nuestro alrededor, las partículas y sus antipartículas aparecen y desaparecen constantemente. Estas son “fluctuaciones cuánticas”, y son una predicción de la mecánica cuántica. Han sido confirmados experimentalmente: Hendrik Casimir señaló que, bajo ciertas circunstancias, estas fluctuaciones aparecerían como una fuerza medible, llamada Efecto Casimir (esto ha alcanzado la comprensión popular como “energía de punto cero”). Tyron señaló que pueden ocurrir fluctuaciones cuánticas de cualquier tamaño, siempre que la energía neta total sea cero. Y, como sucede, la energía neta de nuestro Universo está muy cerca de cero, y de hecho puede ser exactamente cero. Claro, hay mucha energía positiva en el Universo, estrellas y planetas, etc., pero también hay mucha energía negativa en forma de campos gravitacionales. Si la energía positiva es mayor que la energía negativa, entonces el Universo está “negativamente curvado”, como una silla de montar, y la expansión continuará para siempre. Si la energía negativa es mayor que la energía positiva, entonces el Universo está “positivamente curvado”, como una esfera, y finalmente la expansión se detendrá y el Universo se contraerá y colapsará sobre sí mismo. Si están equilibrados, entonces el Universo es “plano”, como una hoja de papel, y estará siempre equilibrado entre la expansión eterna y la eventual contracción. Hasta donde nuestras observaciones pueden determinar, la parte del Universo que vemos es plana. [matemáticas] \ Omega [/ matemáticas] es la densidad del Universo; si [math] \ Omega = 1 [/ math], el Universo es plano, y hasta donde podemos decir [math] \ Omega = 1 \ pm 0.02 [/ math].
Vacuum Genesis recibió un gran impulso en 1979, cuando Alan Guth y Henry Tye descubrieron que el sobreenfriamiento del campo de electrolisis conduciría a una expansión exponencial del Universo. Aunque esto duraría por un breve período de tiempo, fue suficiente para iniciar la expansión: puso el “Bang” en “Big Bang”. Esto explicaba una serie de características inexplicables del Universo: su homogeneidad, planitud y falta de monopolos magnéticos, por lo que fue aceptado casi de inmediato por los cosmólogos. Esto llevó a una imagen de la historia del Universo que se ve así:
- Si un humano gigante dice que 1 año luz de altura mantiene su cabeza cerca de un agujero negro (sin daño) y sus pies lejos de él, ¿envejecen diferentes partes de su cuerpo de manera diferente?
- Si eventos como el Big Bang se reducen a billonésimas o billonésimas de segundo, ¿es concebible que el evento realmente no tenga un comienzo?
- ¿Por qué el descubrimiento de que el universo se está expandiendo un 5-9% más rápido de lo previsto, significa que la teoría de la gravedad de Einstein está incompleta?
- ¿Por qué se dice que todo está conectado en el universo?
- ¿Cómo puede Superman destruir las estrellas y sobrecargar los agujeros negros cuando su fuente de energía es el sol, y el sol mismo tiene una cantidad finita de energía?
Donde la idea básica es que comenzó como una fluctuación cuántica de densidad suficiente, y luego los procesos de mecánica cuántica se hicieron cargo y condujeron la expansión. Como bromeó Guth, el Universo podría haber comenzado en el sótano de alguien.
Resultó haber problemas técnicos con la idea original de Guth, y ha sido modificada por varios físicos, especialmente Paul Steinhardt y Andrei Linde. El modelo de “inflación caótica” de Linde parece ajustarse estrechamente a los datos: los modelos inflacionarios predicen un patrón específico de fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas, y las fluctuaciones observadas por el satélite Cosmic Background Explorer se ajustan muy estrechamente a los datos. Entonces creemos que así es como comenzó el Universo, y los datos de observación parecen respaldarlo. Hay más para estudiar, por supuesto. Como puede ver en las ondas en la parte superior del diagrama de la historia, el Big Bang habría creado ondas gravitacionales. Al estudiar estas olas podremos determinar muchas de las propiedades del Big Bang, y esto probará experimentalmente nuestros modelos de inflación.
Este gráfico muestra los tipos de ondas que generan diversos eventos y los detectores que deberían poder verlos. Es por eso que proyectos como LIGO, LISA y NANOGrav son tan importantes.
Debo mencionar que hay otras hipótesis sobre lo que causó el Big Bang. Steinhardt ahora se ha convertido en un crítico de la inflación, porque parece conducir inherentemente a múltiples universos, y uno de estos universos seguramente tendrá las propiedades que observamos. Su punto es que si la teoría predice todo, no predice nada. Ahora propone una teoría cíclica, una secuencia de expansiones seguida de colapsos. Puede leer una discusión más completa de sus puntos de vista aquí. Entonces, si bien la inflación caótica parece ser la mejor opción, necesitamos aprender mucho más y, por supuesto, como con cualquier teoría científica, una observación podría cambiarlo todo.
Lo que conduce naturalmente al problema del universo afinado. Sir Fred Hoyle, FRS, señaló que si el carbono 12 no tuviera un estado resonante de exactamente 7.7 MeV, entonces el Universo no produciría suficiente carbono para tener vida tal como la conocemos. Cuando señaló esto, los libros de texto no tenían ese estado, ahora conocido como el estado de Hoyle. Pero debido a su predicción se encontró. No hay ninguna razón en particular para que el carbono 12 deba tener ese estado, lo que llevó a Hoyle a declarar que el Universo era un “trabajo improvisado”. Esto ha sido citado frecuentemente por los defensores del diseño inteligente.
De hecho, hay muchos “parámetros libres” del Modelo Estándar de física de partículas que tienen que ser los correctos para que un Universo desarrolle materia y estructuras complejas. Roger Penrose ha calculado que la probabilidad de que un universo pueda soportar la vida es [matemática] 1: 10 ^ {123} [/ matemática]. Para poner esto en términos cotidianos, esto es lo mismo que la probabilidad de que un lanzamiento de 158 dados salga en furgones. Para esto, los físicos tienen esencialmente dos hipótesis:
- Que los “parámetros libres” realmente no son tan libres. Estamos muy lejos de descubrir las leyes finales de la física. Lo que esperamos es que a medida que aprendamos más, descubramos que la física fuerza estos parámetros a los valores que observamos. David Gross y Paul Steinhardt son dos físicos prominentes que creen que encontraremos estas leyes.
- Que somos uno de muchos, muchos, muchos universos. Este es el modelo del “Paisaje Cósmico” que parece ser una consecuencia natural de la inflación caótica. Muchos (no todos) teóricos de cuerdas creen en este modelo. Puedes leer un libro de tratamiento en The Cosmic Landscape: String Theory and the Illusion of Intelligent Design por Leonard Susskind. Andrei Linde cree que los universos “se reproducen”. Puedes leer más sobre esto en su página web. Su modelo se muestra gráficamente arriba; cada gota es un universo. Ha calculado que hay [matemáticas] 10 ^ {500} [/ matemáticas] Universos, y Guth cree que algún día los humanos podrán crear un Universo. Casi todos los universos son inhabitables; pero incluso si los cálculos de Penrose son correctos, entonces hay [matemáticas] \ frac {10 ^ {500}} {10 ^ {123}} = 10 ^ {500 – 123} = 10 ^ {377} [/ matemáticas] Universos habitables . Este es un número tan gigantesco que me cuesta ponerlo en términos cotidianos. Por ejemplo, solo hay [matemáticas] 10 ^ {80} [/ matemáticas] átomos en nuestro Universo observable, por lo que si los cálculos de Linde son correctos, ¡hay muchos, muchos, muchos más Universos habitables que átomos en nuestro Universo!
Es posible que si hay otros Universos, que haya firmas de ellos en nuestro Universo, y que los observatorios de ondas gravitacionales puedan encontrarlos.
