Los filósofos concluyen que la pregunta “¿Por qué hay algo en lugar de nada?” No tiene respuesta. Si me preguntas “¿Por qué hay algo en lugar de nada?” Yo rápidamente preguntaba “¿Por qué no?” Los experimentos no pueden apoyar la hipótesis de que “No hay nada” porque cualquier observación obviamente implica la existencia de un observador. De todos modos, pasemos de la filosofía a la ciencia. Hay varios argumentos para apoyar por qué hay materia y no espacio vacío en el universo.
John Updike, (1932-2009), poeta y autor estadounidense de “Origin of the Universe” escribió:
“Piensa en binario. Cuando la materia se encuentra con la antimateria, ambas se desvanecen y se convierten en energía pura. Pero ambos existieron; Quiero decir, había una condición que llamaremos ‘existencia’. Piensa en uno y menos uno. Juntos suman cero, nada, nada, niente, ¿verdad? Imagínelos juntos, luego imagínelos separándose, despegándose. … Ahora tienes algo, tienes dos cosas, donde una vez no tenías nada “.
- ¿Por qué los estados multiplete son diferentes de los estados singlete?
- Necesito ponerme en contacto con un cosmólogo relativo de alto nivel y una mecánica cuántica porque estoy bastante seguro de que la constante de Planck no es realmente una constante real y es un término compuesto. ¿Hay alguien por ahí escuchando y / o conoces a un chico?
- ¿Cuáles son las diferencias entre el orbital molecular y el orbital hibridado?
- Quiero aprender la mecánica cuántica por mi cuenta. ¿Cómo debo comenzar?
- Durante la Segunda Guerra Mundial, Heisenberg sabía que se podía transformar el uranio en plutonio. ¿Heisenberg alguna vez publicó su conclusión?
Sin embargo, si hubiera una cantidad igual de antimateria creada por la cantidad de materia que tenemos actualmente en el Universo, el Universo estaría tan escasamente poblado que solo habría aproximadamente una partícula subatómica por kilómetro cúbico. Probablemente sería menos de una billonésima de densidad que el Universo que tenemos hoy.
El Universo se está expandiendo y enfriando, y lo que esto significa es que, cuando la temperatura cae por debajo de cierto punto, ya no se pueden crear pares de materia / antimateria tan rápido como se destruyen porque masa = Energía ÷ c², y una vez que la energía de el Universo cae por debajo del nivel necesario para crear las partículas / antipartículas, las que ya existen simplemente se aniquilan entre sí. Pero a medida que continúan haciéndolo, se hace cada vez más difícil que la materia y las partículas de antimateria se encuentren entre sí. Debido a que el Universo se está expandiendo, la densidad está cayendo y estas partículas / antipartículas están desapareciendo, llega a un punto en el que ya no pueden encontrarse entre sí. Estas cosas “sobrantes” que obtienes, después de toda la aniquilación que el Universo puede manejar, se conocen como congelamiento.
Llegar a estas cosas “congeladas” es una consecuencia de que el Universo está fuera del equilibrio térmico (entropía máxima) . Por ejemplo, en algún momento, puede haber habido un universo que contenía un montón de muones y antimuones. Como la mayoría de las partículas, estas son inestables y están destinadas a descomponerse rápidamente. Sin embargo, sea lo que sea lo que la partícula se descompone, la antipartícula se descompondrá en la contraparte, lo que resulta en una ganancia neta de nada. Pero si algunas partículas son fundamentalmente diferentes de sus antipartículas, ¡esta diferencia puede crear más materia que antimateria en el Universo!
¿Por qué hay algo en lugar de nada?
Por otro lado, los físicos argumentan que se deduce naturalmente de las dos teorías más poderosas y exitosas de la ciencia: la mecánica cuántica y la relatividad general. Primero tenemos que echar un vistazo a la mecánica cuántica. Según la mecánica cuántica, no existe el espacio vacío. Incluso el vacío más perfecto en realidad está lleno de una nube de partículas y antipartículas, que estallan en existencia y casi instantáneamente se desvanecen en la nada. Estas son partículas virtuales, y no duran lo suficiente como para ser observadas directamente, pero los físicos saben de su existencia por sus efectos.
Desde cosas pequeñas como los átomos hasta cosas realmente grandes como las galaxias: la mejor teoría para describir estas estructuras a gran escala es la relatividad general, que explica claramente cómo funcionan el espacio, el tiempo y la gravedad. La relatividad es muy diferente de la mecánica cuántica, y hasta ahora los físicos no han podido combinar los dos a la perfección. Una cosa que encontraron es que, cuando la teoría cuántica se aplica al espacio a la escala más pequeña posible, el espacio mismo se vuelve inestable. En lugar de permanecer perfectamente liso y continuo, el espacio y el tiempo se desestabilizan, se agitan y forman espuma en una espuma de burbujas espacio-temporales.
En otras palabras, pequeñas burbujas de espacio y tiempo pueden formarse espontáneamente. Si el espacio y el tiempo se cuantifican, pueden fluctuar, por lo que al igual que las partículas virtuales, también se crea el espacio-tiempo virtual. Curiosamente, en física cuántica, si algo no está prohibido, necesariamente sucede con alguna probabilidad distinta de cero; por lo tanto, si es posible que se formen estas burbujas, se puede garantizar que lo harán.
Por lo tanto, no solo las partículas y antipartículas pueden entrar y salir de la nada: las burbujas de espacio-tiempo pueden hacer lo mismo. Aún así, parece un gran salto de una burbuja de espacio-tiempo infinitesimal a un universo masivo que alberga 100 mil millones de galaxias, especialmente cuando el sentido común nos dice que si se formara una burbuja, ¿estaría condenada a desaparecer nuevamente en un abrir y cerrar de ojos? En realidad, es posible que la burbuja sobreviva si tenemos en cuenta la “inflación cósmica” . Después de todo, si todas las galaxias se están separando, deben haber estado juntas.
La mayoría de los físicos aceptan que el universo comenzó con el Big Bang. Al principio, toda la materia y la energía en el universo se agruparon en un punto inimaginablemente pequeño, y esto explotó. La teoría de la inflación propone que, inmediatamente después del Big Bang, el universo se expandió mucho más rápido que más tarde. Y hay buena evidencia para esta teoría. La idea es que, una fracción de segundo después del Big Bang, la burbuja de espacio de tamaño cuántico se expandió increíblemente rápido. En un momento extremadamente breve, pasó de ser más pequeño que el núcleo de un átomo al tamaño de un grano de arena. Cuando la expansión finalmente se ralentizó, el campo de fuerza que lo había impulsado se transformó en la materia y la energía que llenan el universo hoy.
Esto explica claramente por qué el fondo cósmico de microondas, el débil remanente de radiación que queda del Big Bang, es casi perfectamente uniforme en todo el cielo. Si el universo no se hubiera expandido tan rápidamente, esperaríamos que la radiación no fuera tan uniforme como lo es ahora.
La inflación también les dio a los cosmólogos la herramienta de medición que necesitaban para determinar la geometría subyacente del universo. Resulta que esto también es crucial para entender cómo el cosmos vino de la nada. La teoría de la relatividad general nos dice que el espacio-tiempo en el que vivimos podría tomar tres formas diferentes. Podría ser tan plano como una mesa; Podría curvarse sobre sí mismo como la superficie de una esfera; alternativamente, podría curvarse hacia afuera como una silla de montar.
Imagen cortesía de: www.historiasefemeras.com
Sabemos que los tres ángulos de un triángulo suman exactamente 180 grados. Bueno, esto solo es cierto en una superficie plana. Sin embargo, si dibujamos un triángulo en la superficie de una esfera, sus tres ángulos sumarán más de 180 grados. Alternativamente, si dibujamos un triángulo en una superficie que se curva hacia afuera como una silla de montar, sus ángulos sumarán menos de 180 grados.
Entonces, para descubrir si el universo es plano, los científicos miden los ángulos de un triángulo realmente grande. Ahí es donde entra la inflación. Determinó el tamaño promedio de los parches más cálidos y fríos en el fondo cósmico de microondas. Esos parches se midieron en 2003, y eso les dio a los astrónomos una selección de triángulos. Como resultado, se ha concluido que en la mayor escala observable nuestro universo es plano.
¿Qué quieres decir con que el universo es plano? (Parte I)
Todo lo que existe, desde las estrellas y galaxias hasta la luz por la que los vemos, debe haber surgido de alguna parte. Ya sabemos que las partículas surgen a nivel cuántico, por lo que podríamos esperar que el universo contenga algunas probabilidades y extremos. Pero se necesita una gran cantidad de energía para hacer todas esas estrellas y planetas. Cada objeto en el universo crea gravedad, atrayendo a otros objetos hacia él. Esto equilibra la energía necesaria para crear la materia en primer lugar.
Es algo así como una balanza pasada de moda. La materia va a un lado de la escala y tiene que ser equilibrada por la gravedad en el otro lado. Los físicos han calculado que en un universo plano, la energía de la materia está exactamente equilibrada por la energía de la gravedad que crea la masa. Pero esto solo es cierto en un universo plano. Si el universo hubiera sido curvo, las dos sumas no se cancelarían.
Curiosamente, las leyes de la física tal como las entendemos hacen que sea eminentemente plausible que nuestro universo surgió de la nada: sin espacio, sin tiempo, sin partículas, nada de lo que ahora sabemos.
