¿Qué es la teoría del Big Bounce y en qué se diferencia del Big Bang?

¿Comenzó el universo con una explosión o un rebote, o algo completamente diferente? La cuestión de nuestros orígenes es una de las más espinosas en física, con pocas respuestas y mucha especulación y sentimientos fuertes.

La teoría más popular con diferencia es la inflación, la noción de que el cosmos explotó en tamaño en las primeras fracciones de segundo después de que nació en una explosión. Pero una idea desvalida postula que el nacimiento de este universo no fue en realidad el comienzo: que una versión anterior del espacio-tiempo había existido y se había contraído hacia una “gran crisis”, luego se volteó y comenzó a expandirse a lo que vemos hoy. como la teoría de Big Bounce .

Las teorías de “gran rebote” predicen un cosmos plano y uniforme, gracias a los efectos de suavizado en el espacio que pueden tener lugar durante la contracción. Pero el punto conflictivo de la idea del rebote ha sido durante mucho tiempo la transición entre la reducción y la expansión, que parecía requerir la tan odiada idea de una “singularidad”, una época en que el universo era un único punto de densidad infinita, visto por muchos como Una proposición matemáticamente sin sentido que indica que una teoría se ha descarrilado. Ahora los físicos dicen que han encontrado una manera de calcular el rebote sin encontrar ninguna singularidad. “Descubrimos que podíamos describir la evolución cuántica del universo exactamente”, dice Neil Turok, director del Instituto Perimetral de Física Teórica en Ontario. “Descubrimos que el universo pasa sin problemas a través de la singularidad y sale por el otro lado. Esa era nuestra esperanza, pero nunca antes habíamos logrado esto realmente ”.

En el universo primitivo, como todo era increíblemente pequeño, pudo haber sido gobernado únicamente por los principios de la mecánica cuántica, en lugar de la física a gran escala que también vemos hoy.

Utilizando la idea de que el universo tenía simetría conforme al principio, y que esto estaba gobernado por las reglas de la mecánica cuántica, el Dr. Gielen y el Dr. Turok construyeron un modelo matemático de cómo podría evolucionar el universo.

Este modelo predice que el efecto de la mecánica cuántica permitiría que el universo brote de un universo anterior que se estaba contrayendo, en lugar de partir de un solo punto de física rota.

En particular, los investigadores sugieren que los efectos de la mecánica cuántica podrían evitar que el universo se derrumbe y se destruya al final de un período de contracción, conocido como Big Crunch o Big Rip. En cambio, el universo pasaría de un estado de contratación a uno en expansión sin colapsarse por completo.

El Dr. Gielen dijo: “La mecánica cuántica nos salva cuando las cosas se descomponen. Evita que los electrones caigan y destruyan átomos, por lo que quizás también podría salvar al universo primitivo de comienzos y finales tan violentos como el Big Bang y el Big Crunch “.

“La gran sorpresa en nuestro trabajo es que podríamos describir mecánicamente los primeros momentos del caliente Big Bang cuántico, bajo suposiciones muy razonables y mínimas sobre la materia presente en el universo”, agregó el Dr. Turok. “Bajo estos supuestos, el Big Bang fue un ‘rebote’, en el que la contracción se invirtió en expansión”.

Loop Quantum Gravity (LQG) es el esfuerzo más prometedor para completar una teoría efectiva de la gravedad cuántica. Dos de sus principales defensores son Lee Smolin y Carlo Rovelli. Smolin es un físico estadounidense en el Perimeter Institute en Ontario, Canadá. Rovelli, un físico italiano, está en el centro de Física Teórica en Marsella, en la Riviera francesa (un concierto difícil, pero alguien tiene que hacerlo). LQG ha progresado en la comprensión del comienzo. Dice que el espacio-tiempo está cuantificado, lo que significa que hay una “porción” más pequeña de espacio-tiempo que no puede subdividirse.

Los cálculos basados ​​en los principios de LQG, realizados por Martin Bojowald de la Universidad Estatal de Pensilvania, muestran que el universo se estaba derrumbando antes de la expansión que llamamos BIG BANG. En este escenario, llamado BIG BOUNCE, el universo tenía el tamaño más pequeño posible, un “fragmento”, en t = 0 y eran 4 “fragmentos” tanto inmediatamente antes como inmediatamente después. Los cálculos de Bojowald también conducen naturalmente a una era de expansión muy rápida, similar a la inflación después de t = 0.

Una posible inferencia del BIG BOUNCE es que algún cuerpo cósmico en otro espacio-tiempo colapsó (quizás un agujero negro), y nuestro universo nació de ese colapso.

Otra posibilidad es que un universo entero se derrumbó al tamaño más pequeño posible, un “fragmento”, y luego se volvió a expandir, convirtiéndose en nuestro universo. Lo que llamamos t = 0 es el final del colapso del universo anterior y el comienzo de la expansión del nuestro. En este escenario, el universo podría ser cíclico, expandirse, colapsarse y volver a expandirse una y otra vez. Si esto es cierto, el universo podría ser eterno. La vida no podría sobrevivir al colapso, pero con toda probabilidad volvería a ocurrir en cada fase de expansión. En ese sentido, la vida también sería eterna.

Como saben en el momento del Big Bang, toda la materia y la energía del se concentraron en un solo punto ( singularidad ). En este estado, el universo era muy denso y caliente. Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse y enfriarse.

Si consideramos el Big Bang como una explosión y la expansión del universo como la trayectoria debido a la explosión. A medida que la expansión continúa, llegará un momento en que toda la energía responsable de esta expansión se vuelva cero. El universo ya no se expandirá. Por el contrario, comenzará a contraerse debido a la atracción gravitacional de los objetos en el universo entre sí. Finalmente, todo el asunto se concentrará en un solo punto, al igual que la singularidad en el momento del Big Bang. La condición del universo será similar a la del Big Bang. Estas condiciones también pueden conducir a otra gran explosión. Este ciclo continuará. Esto se conoce como The Big Bounce.