¿Estaba presente una fuerza fuerte antes del Big Bang?

LO QUE PENSAMOS SABEMOS

Estamos viviendo dentro del acelerador de partículas más grande jamás creado: el universo. Diez mil millones de años antes de que naciera el sol, se llevó a cabo el experimento de Nature en física de alta energía y los datos experimentales ahora se pueden examinar al estudiar las propiedades y el contenido del universo mismo. La colección de hechos fundamentales que caracterizan nuestro universo es peculiar en el sentido de que deriva de una variedad de fuentes. Una lista parcial de estos ‘meta-hechos’ se ve así:

1) Estamos aquí, por lo tanto, algunas regiones del universo son hospitalarias para la creación de moléculas complejas y organismos vivos y racionales.

2) Nuestro Universo tiene 4 grandes dimensiones y todas están aumentando de tamaño a medida que el universo se expande en el tiempo y el espacio.

3) Hay 4 fuerzas diferentes que actúan en la naturaleza.

4) Solo la materia domina; no existen galaxias antimateria y esta materia está formada por 6 quarks y 6 tipos de leptones.

La tarea que enfrentan el físico y el astrónomo es crear, con suerte, una sola teoría consistente con estos metafactos que luego se pueda utilizar para derivar las características secundarias de nuestro universo, como la radiación de fondo de 2.7 K, la abundancia de elementos primordiales y la formación de galaxias. . La interacción entre el estudio del macrocosmos y el microcosmos se ha vuelto tan intensa que los astrónomos han ayudado a los físicos a establecer límites en el número de familias de leptones. De lo contrario, no se permiten más de 4; de lo contrario, la abundancia cosmológica pronosticada de helio estaría en total desacuerdo con lo que se observa. . Los físicos, por otro lado, usan los límites superiores astronómicos del valor actual de la constante cosmológica para restringir sus teorías de unificación.

El físico del MIT Alan Guth creó en 1981. Una extensión del modelo Big Bang estándar llamado El Universo Inflatorio (ver La decadencia del vacío falso) en 1981. Esta teoría combinó la Gran teoría de la unificación con la cosmología y, si es correcta, permite a los astrónomos rastrear la historia del universo hasta 10 segundos después del Big Bang cuando las fuerzas fuertes, débiles y electromagnéticas se unificaron en una sola fuerza ‘electro-nuclear’. Durante los 4 años desde que se propuso el modelo del Universo Inflacionario, han surgido otros desarrollos teóricos que pueden ayudarnos a investigar eventos que ocurren incluso en una etapa anterior, tal vez incluso más allá del Evento de Creación en sí. Hace diez años, los teóricos descubrieron una nueva clase de teorías llamadas Teorías Supersimétricas del Gran Unificado (SUSY GUT). Estas teorías, de las cuales existen varios tipos en competencia, han demostrado ser muy prometedoras al proporcionar a los físicos un marco unificado para describir no solo la fuerza electro-nuclear sino también la gravedad, además de las partículas sobre las que actúan (ver La era de Planck: marzo 1984). Desafortunadamente, a medida que SUSY GUTs se estudiaron con más cuidado, pronto se descubrió que incluso los candidatos más prometedores para THE Unified Field Theory sufrían ciertas deficiencias fundamentales. Por ejemplo:

1) No se predijeron suficientes campos básicos para acomodar las partículas conocidas.

2) La simetría de la mano izquierda y derecha se ordenó para que la fuerza débil, que rompe esta simetría, tuviera que ponerse “a mano”.

3) Existen anomalías que incluyen la violación de la conservación y carga de energía.

4) La constante cosmológica es 10 veces mayor de lo que sugieren los límites superiores actuales.

En los últimos años, se ha realizado un esfuerzo considerable para extender y modificar los postulados de SUSY GUT para evitar estos problemas. Una vía ha sido cuestionar la legitimidad de una premisa muy básica de las teorías de campo desarrolladas hasta ahora. La línea más activa de investigación teórica en los últimos 25 años ha involucrado el estudio de los llamados “grupos de simetría de puntos”. Por ejemplo, un hexágono rotado 60 grados alrededor de un punto en su centro es indistinguible de uno rotado 120, 180, 240, 300 y 360 grados. Estas 6 operaciones de rotación forman un grupo matemático de modo que sumar o restar cualquiera de las dos operaciones siempre da como resultado una operación de rotación que ya es miembro del grupo (180 = 120 + 60, etc.). Las teorías de la Gran Unificación de la interacción electro-nuclear se basan en grupos de simetría de puntos denominados SU (3), SU (2) y U (1) que representan ‘rotaciones’ análogas en un espacio matemático más complejo. En el contexto de la materia ponderable, los grupos de simetría de puntos también son la declaración matemática de lo que creemos que es la estructura de las partículas fundamentales de la materia, a saber, que las partículas son puntuales sin ningún tamaño físico. Pero, ¿y si esto no es así? Lo mejor que la física experimental tiene para ofrecer es que el electrón, que forma parte de una familia de 6 leptones conocidos, se comporta como una partícula puntual a escalas de hasta 10 cm, pero sigue siendo una distancia enorme en comparación con la escala gravitacional de Planck de 10 cm. donde se espera que ocurra la unificación completa con la gravedad.

Al suponer que las partículas fundamentales tienen una estructura interna, Michael Green en el Queen Mary College y John Schwartz en Caltech hicieron una notable serie de descubrimientos que fueron anunciados en la revista NATURE en abril de 1985. Propusieron que, si una partícula puntual fuera reemplazada por una vibradora ‘cuerda’ moviéndose a través de un espacio-tiempo de 10 dimensiones, muchos de los problemas que afectan a SUSY GUTs parecieron desaparecer milagrosamente. Lo que es más, de todos los posibles tipos de teorías de ‘Superstring’, solo había dos (llamados SO (32) y E8 x E8 ‘) que eran: 1) Consistente con los principios de relatividad y mecánica cuántica, 2) Permitido para la asimetría entre procesos zurdos y diestros y, 3) estaban libres de anomalías. También se encontró que ambas versiones tenían suficiente espacio para 496 tipos diferentes de campos; ¡suficiente para acomodar todas las partículas fundamentales conocidas y algo más! Las teorías de supercuerdas también tienen muy pocos parámetros ajustables y, a partir de ellos, se pueden realizar ciertos cálculos de gravedad cuántica que dan respuestas finitas en lugar de infinitas. A pesar de sus éxitos teóricos, las teorías de Superstring sufren la dificultad de que las partículas de Superstring más livianas carecerán de masa mientras que la próxima generación más masiva tendrá masas de 10 GeV. Ni siquiera está claro cómo estas partículas de cuerda supermasivas están relacionadas con las partículas conocidas que prácticamente no tienen masa en comparación (¡un protón tiene una masa de 1 GeV!). Tampoco se sabe si las 496 partículas diferentes cubrirán todo el rango de masa entre 0 y 10 GeV. Es posible que se agrupen en dos familias con masas agrupadas alrededor de estos dos extreems. En el último caso, los físicos experimentales pueden, literalmente, quedarse sin nuevas partículas para descubrir hasta que se puedan construir aceleradores lo suficientemente potentes como para crear partículas supermasivas.

Una característica atractiva del modelo SO (32), que representa partículas como cadenas abiertas, es que la gravedad debe ser incluida desde el principio para que la teoría sea internamente consistente y capaz de generar predicciones finitas. También es una teoría que reduce las teorías de campo de punto ordinario a energías inferiores a 10 GeV. La teoría complementaria, E8 x E8 ‘, es la única otra teoría de supercuerdas que parece funcionar tan bien como SO (32) y trata las partículas como si fueran cadenas cerradas sin puntos finales desnudos. Se cree que este modelo muestra la mayor promesa para describir partículas físicas reales. También incluye la gravedad, pero a diferencia de SO (32), E8 x E8 ‘parece reducirse a baja energía, a los grupos de simetría asociados con las interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas, a saber, SU (3), SU (2) y U (1).

Si E8 x E8 ‘está destinado a ser la’ última teoría de campo unificado ‘, hay algunas sorpresas adicionales para nosotros. Cada grupo, E8 y E8 ‘, puede reducirse matemáticamente a los productos de los grupos que representan las fuerzas fuertes, débiles y electromagnéticas; SU (3) x SU (2) x U (1). Si el grupo E8 corresponde a las partículas conocidas, ¿qué representa E8 ‘? En términos de sus propiedades matemáticas, solo las consideraciones de simetría parecen requerir que el grupo E8 ‘sea una imagen especular de E8. Si E8 contiene los grupos SU (3), SU (2) y U (1), entonces E8 ‘contiene SU (3)’, SU (2) ‘y U (1)’. Los campos cebados en E8 ‘tendrían las mismas propiedades que los que atribuimos a las fuerzas fuertes, débiles y electromagnéticas. ¡Los campos de partículas E8 ‘pueden corresponder a un tipo de materia completamente diferente, cuyas propiedades son tan diferentes de la materia y antimateria como lo es la materia ordinaria de la antimateria! ‘Shadow Matter’, como lo llamaron Edward Kolb, David Seckel y Michael Turner en Fermilab, puede coexistir con el nuestro, posiblemente explicando la masa faltante necesaria para cerrar el universo. La materia de sombra solo es detectable por su influencia gravitacional y es totalmente invisible porque la fuerza electromagnética del mundo de las sombras (luz de las sombras) no interactúa con ninguna de las partículas en el mundo normal.

MÁS ALLÁ DEL ESPACIO Y DEL TIEMPO

La búsqueda de una descripción matemática del mundo físico que une las diferencias aparentes entre las partículas y fuerzas conocidas, ha llevado a los físicos a la notable conclusión de que el universo habita no solo en las 4 dimensiones del espacio y el tiempo, sino en una arena mucho más grande cuya dimensionalidad puede ser enorme (ver ¿El espacio tiene más de 3 dimensiones?). Tanto las teorías de Superstring como SUSY GUT están de acuerdo en que nuestro mundo físico debe tener más de las 4 dimensiones en las que estamos acostumbrados a pensar. Una característica notable de la teoría Superstring es que de todas las dimensionalidades posibles para el espacio-tiempo, solo en 10 dimensiones (9 dimensiones espaciales y 1 dimensión temporal) la teoría conducirá a un modelo computacionalmente finito e internamente consistente para el mundo físico que incluye a los débiles interacción desde el principio, y donde todas las anomalías problemáticas pueden coincidir exactamente. En tal mundo de 10 dimensiones, se prevé que 6 dimensiones ahora están envueltas o ‘compactadas’ en esferas minúsculas que acompañan a las 4 coordenadas de cada punto en el espacio-tiempo. ¿Cómo sería una descripción del universo primitivo desde este nuevo punto de vista? Se cree que las 6 dimensiones internas tienen un tamaño de orden de 10 cm.

A medida que seguimos la historia del universo en el tiempo, las 3 grandes dimensiones del espacio se reducen rápidamente hasta que finalmente alcanzan solo 10 cm de extensión. Esto sucedió durante la Era de Planck en un momento, 10 segundos después del Evento de Creación. La apariencia del universo en estas condiciones es casi inimaginable. Hoy, cuando observamos el cuásar más distante, los vemos a distancias de miles de millones de años luz. ¡Durante la Era de Planck, la materia que comprende estos sistemas distantes estaba a solo 10 cm del material que forma su propio cuerpo!

¿Qué fue tan especial acerca de esta era que solo 4 de las 10 dimensiones fueron seleccionadas para crecer hasta su enorme tamaño actual? ¿Por qué no 3 (2 espacios + 1 tiempo) o 5 (4 espacios + 1 tiempo)? Los físicos aún no han podido desarrollar una explicación para este misterio fundamental de nuestro pleno, por otro lado, puede ser que si el colapso dimensional del espacio-tiempo hubiera sido distinto de ‘4 + 6’, las leyes físicas que somos productos de, habrían sido totalmente inhóspitos para la vida tal como la conocemos.

A medida que seguimos implacablemente la historia del universo incluso en épocas anteriores, el universo parece entrar progresivamente en un estado cada vez más simétrico. El universo a los 10 segundos después del Big Bang puede haber estado poblado por partículas supermasivas con masas de 10 GeV o aproximadamente 10 gm cada una. Estas partículas finalmente se descompusieron en los quarks y leptones familiares una vez que el universo se había enfriado a medida que se expandía. Además, puede que solo haya habido un único tipo de ‘superfuerza’ que actúa sobre estas partículas; Una fuerza cuyo carácter contenía todos los atributos individuales que ahora asociamos con la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles. Dado que las partículas que portaban la ‘superfuerza’ tenían masas similares a las de las partículas supermasivas que coexistían entonces, la distinción entre los portadores de fuerza y ​​las partículas sobre las que actúan probablemente se rompió por completo y el mundo se volvió completamente supersimétrico.

Ir más allá de la Era de Planck puede requerir una alteración radical en nuestra forma convencional de pensar sobre el tiempo y el espacio. En las ecuaciones y teorías de la física de hoy en día solo se pueden vislumbrar la forma adecuada de pensar sobre este paisaje multidimensional. Más allá de la Era de Planck, las 10 dimensiones (y quizás otras) se vuelven co-iguales al menos en términos de su tamaño físico. Las partículas de supercuerdas supermasivas comienzan a asumir más características de las fluctuaciones en la geometría del espacio-tiempo que los ingredientes distinguibles de la “sopa” cosmológica primordial. No había una geometría única y única para el espacio-tiempo sino, en cambio, una interacción cuántica en constante cambio entre los espacios-tiempo con un rango ilimitado en geometría. Al igual que las ondas de sonido que se combinan entre sí para producir interferencia y refuerzo, se cree que el espacio-tiempo que surgió de la Era de Planck es el resultado de la superposición de un número infinito de geometrías alternativas de espacio-tiempo que, cuando se suman, producen el espacio-tiempo que ahora somos parte de

¿Había luz? Dado que la mayoría de los fotones probablemente no se crearon en grandes cantidades hasta al menos el comienzo de la Epoc inflacionaria, 10 segundos después del Big Bang, no es impensable que durante sus primeros momentos, el universo nació de la oscuridad en lugar de en Un destello cegador de luz. Todo lo que existía en esta oscuridad antes del advenimiento de la luz, era un espacio vacío del cual nuestro espacio-tiempo de 10 dimensiones emergería más tarde. Por supuesto, en estas condiciones no está claro cómo debemos seguir pensando en el tiempo mismo.

En términos de las teorías disponibles en la actualidad, puede ser que la dimensión particular que llamamos Tiempo tenía un punto cero definitivo, de modo que ni siquiera podemos hablar lógicamente sobre lo que sucedió antes de que existiera el tiempo. El concepto de ‘antes’ se basa en la presunción de ordenar el tiempo. ¡Un viajero parado en el polo norte nunca puede moverse a una posición en la tierra que esté a 1 milla al norte del norte! Sin embargo, por hábito arraigado, hablamos del tiempo anterior a la génesis del universo cuando el tiempo no existía y preguntamos: “¿Qué pasó antes del Big Bang?”. La lista de físicos que investigan este “estado” ha crecido enormemente en los últimos 15 años. ¡El número de físicos, en todo el mundo, que publican investigaciones sobre este tema es solo un poco más de 200 de una población mundial de 5 mil millones!

COSMOLOGÍA CUÁNTICA

A principios de la década de 1970, Y. Zel’dovitch y A. Starobinski de la URSS junto con Edward Tryon en Hunter College propusieron que el universo surgiera de una fluctuación en el vacío. Esta fluctuación del vacío “se escapó” consigo misma, creando todas las partículas conocidas del espacio vacío en el “instante” del no-tiempo. Para entender lo que esto significa requiere la aplicación de un hecho fundamental de la física cuántica relativista descubierta durante la segunda mitad de la década de 1920. Las fluctuaciones de vacío son una consecuencia directa del Principio de incertidumbre de Heisenberg que limita qué tan bien podemos conocer simultáneamente el momento y la ubicación de una partícula (o su energía total y vida útil). Lo que llamamos espacio vacío o vacío físico es una ficción newtoniana como el espacio y el tiempo absolutos. En lugar de una etapa estéril en la que la materia desempeña su papel, se sabe que el espacio vacío está lleno de ‘partículas virtuales’ que aparecen espontáneamente y desaparecen más allá de la capacidad de cualquier medición física para detectar directamente. A partir de estas partículas fantasmas, se puede predecir una variedad de fenómenos muy sutiles con una precisión asombrosa.

Dependiendo de la energía de masa total en reposo de las partículas virtuales creadas en la fluctuación del vacío, pueden vivir durante una vida específica antes de que el Principio de incertidumbre de Heisenberg exija que desaparezcan nuevamente en la nada del estado de vacío. En un mundo tan cuántico, las partículas virtuales menos masivas pueden vivir más tiempo que las más masivas. Edward Tyron propuso que el universo es solo una fluctuación de vacío particularmente longeva que difiere solo en magnitud de las que ocurren imperceptiblemente a nuestro alrededor. La razón por la que el universo tiene una vida tan larga a pesar de su enorme masa es que la energía positiva latente en toda la materia en el universo se compensa con la energía potencial negativa del campo gravitacional del universo. ¡La energía total del universo es, por lo tanto, exactamente cero y su vida útil máxima como ‘fluctuación cuántica’ podría ser enorme e incluso infinita! Según Tryon, “El Universo es simplemente una de esas cosas que ocurren de vez en cuando”.

Esta propuesta de Tryon fue considerada con cierto escepticismo e incluso diversión por los astrónomos, y no fue persuadida mucho más. Este fue un destino que también había sucedido en el trabajo sobre la relatividad general de 5 dimensiones por Theodore Kaluza y Oskar Klein durante la década de 1920, que solo resucitó a fines de la década de 1970 como un remedio potente para los males que aquejan a la teoría de la supersimetría.

En 1978, R. Brout, P. Englert, E. Gunzig y P. Spindel de la Universidad de Bruselas, propusieron que la fluctuación que condujo a la creación de nuestro universo comenzó en un espacio-tiempo vacío, plano y de 4 dimensiones. La fluctuación en el espacio comenzó débilmente, creando quizás un solo par de partículas supermasivas de materia-antimateria con masas de 10 ^ 19 GeV. La existencia de este “primer par” estimuló la creación del vacío de más pares de partículas-antipartículas que estimularon la producción de otros más, etc. El espacio se volvió altamente curvado y explotó, arrojando todas las superpartículas que luego se descompusieron en los leptones, quarks y fotones familiares.

Heinz Pagels y David Atkatz en la Universidad Rockefeller en 1981 propusieron que el agente desencadenante detrás del Evento de Creación fue un fenómeno de túnel del vacío de un estado de mayor energía a un estado de menor energía. A diferencia del modelo Brout-Englert-Gunzig-Spindel que comenzó a partir de un espacio-tiempo plano, Pagels y Atkatz adoptaron el enfoque complementario de que la nada original de la que surgió el universo era un espacio vacío compacto, espacialmente cerrado, en otras palabras, tenía una geometría como la superficie 2-D de una esfera. pero la dimensionalidad de su superficie era mucho mayor que 2. Nuevamente, este espacio contenía sin importar lo que sea. Las características (aún desconocidas) del proceso de tunelización determinaron, tal vez de manera aleatoria, cómo la dimensionalidad del espacio-tiempo ‘cristalizaría’ en la combinación 6 + 4 que representa el pleno de nuestro universo.

Alex Vilenkin, de la Universidad de Tufts, propuso en 1983 que nuestro espacio-tiempo fuera creado a partir de una ‘nada’ tan completa que incluso su dimensionalidad era indefinida. En 1984, Steven Hawkings en Cambridge y James Hartle en UCSB llegaron a una conclusión similar a través de una serie de cálculos de mecánica cuántica. Describieron el estado geométrico del universo en términos de una función de onda que especificaba la probabilidad de que el espacio-tiempo tuviera uno de un número infinito de geometrías posibles. Un problema importante con la teoría ordinaria del Big Bang fue que el universo surgió de un estado donde el espacio y el tiempo se desvanecieron y la densidad del universo se volvió infinita; un estado llamado Singularidad. Hawkings y Hartle pudieron demostrar que esta singularidad del Big Bang representaba un tipo específico de geometría que se mancharía en el espacio-tiempo debido a la indeterminación cuántica. El universo parecía emerger de un estado no singular de ‘nada’ similar al estado indefinido propuesto por Vilenkin. El físico Frank Wilczyk expresa mejor esta situación notable al decir que “la razón por la que hay algo en lugar de nada es que nada es inestable”.

SIMETRÍA PERFECTA

Teorías como las de SUSY GUTS y Superstrings parecen sugerir que solo unos momentos después de la Creación, las leyes de la física y el contenido del mundo estaban en un estado altamente simétrico; una superfuerza y ​​quizás un tipo de superpartícula. Lo único que rompió la simetría perfecta de esta época fue la dirección y el carácter definidos de la dimensión llamada Tiempo. Antes de la Creación, la simetría primordial pudo haber sido tan perfecta que, como propuso Vilenkin, la dimensionalidad del espacio era en sí misma indefinida. Describir este estado es un desafío desalentador en semántica y matemática porque el acto matemático de especificar su dimensionalidad habría implicado la selección de una posibilidad de todas las demás y, por lo tanto, romper la simetría perfecta de este estado. Presumiblemente, entonces no había partículas de materia o incluso fotones de luz, porque estas partículas nacieron de las fluctuaciones del vacío en el tejido del espacio-tiempo que asistió a la creación del universo. En un mundo así, no sucede nada porque todos los “acontecimientos” tienen lugar dentro del marco de referencia del tiempo y el espacio. La presencia de una sola partícula en esta nada habría roto instantáneamente la simetría perfecta de esta época porque entonces habría habido un punto favorito en el espacio diferente de todos los demás; El punto ocupado por la partícula. Esta nada tampoco evolucionó, porque la evolución es un proceso ordenado en el tiempo. La introducción del tiempo como una coordenada favorecida también habría roto la simetría. Parecería que el estado de ‘Trans-Creación’ está más allá de la descripción convencional porque cualquier palabra que podamos elegir para describirlo está intrínsecamente ligada al bagaje conceptual del tiempo y el espacio. Heinz Pagels reflexiona sobre esta etapa ‘más temprana’ al decir: “La nada” antes de “la creación del universo es el vacío más completo que podamos imaginar. No existía espacio, tiempo ni materia. Es un mundo sin lugar, sin duración o eternidad…”

Una lectura detenida de la literatura científica durante los últimos 20 años sugiere que podemos estar acercándonos rápidamente a una encrucijada importante en física. Un camino parece estar conduciendo a una teoría de unificación única que es tan única entre todas las demás que es la única consistente con todas las leyes principales que conocemos. Es internamente consistente; satisface los principios de relatividad y mecánica cuántica y no requiere información externa para describir las partículas y fuerzas que contiene. Un prototipo de esto puede ser la teoría de supercuerdas con su único parámetro ajustable, a saber, la tensión de la cuerda. El otro camino es mucho más sombrío. También puede resultar que crearemos varios sistemas teóricos que parecen explicar todo pero que tienen defectos difíciles de detectar. Estas fallas pueden ser barracadas para una mayor investigación lógica; para ser descubierto solo a través de experimentos que pueden estar más allá de nuestro alcance tecnológico. Es posible que estemos viendo el comienzo de este último proceso, incluso ahora, con la multiplicidad de teorías cuyas desviaciones significativas solo ocurren en energías cercanas a 10 ^ 19 GeV.

Me resulta muy difícil resistir la analogía entre nuestra situación actual y la de los geómetras griegos. Durante 2000 años, los postulados básicos de la geometría eulideana y las consecuencias de este sistema lógico permanecieron fijos. Se convirtió en un libro cerrado con solo unas pocas personas en el mundo luchando por encontrar excepciones, como las refutaciones del postulado de la línea paralela. Finalmente, durante el siglo XIX, se descubrió la geometría no euclidiana y se produjo un renacimiento en la geometría. ¿Están los físicos al borde de una gran edad similar, encontrándose obstaculizados por no ser capaces de idear nuevas formas de pensar sobre viejos problemas? La cosmología egipcia se basó en motivos que las personas de esa edad podían ver en el mundo que los rodeaba; agua, cielo, tierra, reproducción biológica. Hoy todavía usamos motivos que encontramos en la Naturaleza para explicar el origen del universo; La geometría del espacio, partículas virtuales y fluctuaciones de vacío. Probablemente podamos esperar que en los siglos siguientes, nuestros descendientes encuentren aún otros motivos y, a partir de ellos, cosmologías de moda que satisfagan las demandas de esa era futura con, posiblemente, mucha más precisión y eficiencia que la nuestra. Quizás, también, en esas épocas futuras, los científicos se maravillarán del ingenio de los físicos y astrónomos modernos, y de cómo en el espacio de solo 300 años, hemos logrado crear nuestra propia teoría pintoresca como lo hicieron los egipcios antes que nosotros.

Mientras tanto, los físicos y los astrónomos hacen lo mejor que pueden para crear una cosmología que satisfaga las necesidades intelectuales de nuestra época. Hoy, al contemplar el origen del universo, nos encontramos mirando hacia un vacío oscuro y vacío, no muy diferente al que podrían haber imaginado nuestros predecesores egipcios. Este vacío es un estado de exquisita perfección y simetría que parece desafiar la descripción en cualquier término lingüístico que podamos imaginar. A través de nuestras teorías, lanzamos viajes matemáticos de exploración y observamos el vacío mientras tiembla con las posibilidades cuánticas de universos inimaginables.

En primer lugar, “antes del Big Bang” es, al menos en la cosmología estándar, una expresión sin sentido. Es como “el norte del Polo Norte”. Desde que el tiempo comenzó con el Big Bang, “antes” no tiene sentido.

Segundo, el universo no estaba empaquetado en un solo punto. Era infinitamente denso, sí. Pero aún era infinito (hasta donde sabemos).

Tercero, en los primeros momentos del universo, todavía no había una fuerza fuerte. A escalas de energía superiores a [matemática] 10 ^ {25} ~ {\ rm eV} [/ matemática], se cree que la fuga eléctrica y las fuerzas fuertes se unifican (“gran unificación”), así como las fuerzas electromagnéticas y débiles se unifican arriba [ matemáticas] 246 ~ {\ rm GeV} [/ matemáticas]. Entonces, si estamos en lo correcto, fue esta gran fuerza unificada (fuerte + electrodébil) la que estuvo presente en el universo primitivo. Incluso antes, es concebible que esta fuerza también se unificara con la gravedad (las teorías que apuntan a esta unificación se llaman “teorías de todo”).

Cuarto, no había nada que mantuviera unido el universo. Bueno, no mucho de todos modos. Por eso se expandió rápidamente. Para ser claros, nació en un estado de expansión (si no lo hubiera sido, se habría derrumbado inmediatamente en una singularidad). Las cosas aún se están desmoronando porque surgieron volando.

En cuanto a la fuerza fuerte, ya tiene una definición precisa y exacta, gracias. Actualmente no hay necesidad de una definición mejorada, pero si crees lo contrario, te recomiendo que primero estudies el estado actual de la técnica. La fuerza fuerte, tal como la entendemos actualmente, es una fuerza de medida no abeliana basada en el grupo de simetría SU (3) y originada por la llamada carga de “color”, llevada por quarks y gluones. Se define de manera precisa y exacta en términos de los términos que contribuye a la densidad lagrangiana del Modelo Estándar de física de partículas.

La respuesta es no, probablemente se unificó como las fuerzas débiles y electromagnéticas. Esto significa que no funcionó como lo hace ahora. Pero no tiene que hacerlo. No había protones ni neutrones antes de la inflación. Se pensaba que el universo era un plasma de gluón quark caliente. Esto permite una densidad de energía mucho mayor que la materia bariónica.

A medida que el universo se infla y se expande, se enfría permitiendo que las fuerzas se separen y, al mismo tiempo, la temperatura desciende hasta un punto donde los quarks podrían comenzar a formar bariones como protones y neutrones.

Según la mayoría de las teorías, el Big Bang creó el tiempo mismo.

No hubo “antes”, y no tiene sentido preguntar sobre “antes”.

Desconocido. Muchos físicos creen que las leyes físicas eran inciertas desde el principio. Otros creen en un universo oscilante, donde las leyes anteriores habrían sido las mismas.

Y te equivocas. La interacción Fuerte mantiene unidas las partículas y los quarks. No explica el universo inicial muy denso.

Para agregar a la respuesta de Viktor T. Toth, la que el universo fue definitivamente inmediatamente después del Big Bang. Desde el principio podemos “verlo”, ha estado volando aparte.

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