¿Cómo surgió el Big Bang de la nada??

“La última estrella se enfriará lentamente y se desvanecerá. Con su paso, el Universo se convertirá una vez más en un vacío, sin luz, vida o significado.»

Así lo advirtió el físico Brian Cox en la reciente serie de la BBC Universe. El desvanecimiento de esa última estrella solo será el comienzo de una época infinitamente larga y oscura. Toda la materia eventualmente será consumida por monstruosos agujeros negros, que a su vez se evaporarán en los destellos más tenues de luz.

El espacio se expandirá cada vez más hacia afuera hasta que incluso esa luz tenue se extienda demasiado para interactuar. La actividad cesará.

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O lo hará? Por extraño que parezca, algunos cosmólogos creen que un universo anterior, frío y oscuro y vacío como el que se encuentra en nuestro futuro lejano podría haber sido la fuente de nuestro propio Big Bang.

El primer asunto

Pero antes de llegar a eso, echemos un vistazo a cómo surgió por primera vez «material» – materia física. Si nuestro objetivo es explicar los orígenes de la materia estable hecha de átomos o moléculas, ciertamente no hubo nada de eso en el Big Bang, ni durante cientos de miles de años después.

De hecho, tenemos una comprensión bastante detallada de cómo los primeros átomos se formaron a partir de partículas más simples una vez que las condiciones se enfriaron lo suficiente como para que la materia compleja sea estable, y cómo estos átomos se fusionaron más tarde en elementos más pesados dentro de las estrellas. Pero esa comprensión no aborda la cuestión de si algo vino de la nada.

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Así que pensemos más atrás. Las primeras partículas de materia de larga vida de cualquier tipo fueron protones y neutrones, que juntos forman el núcleo atómico. Estos surgieron alrededor de una diez milésima de segundo después del Big Bang.

Antes de ese punto, realmente no había material en ningún sentido familiar de la palabra. Pero la física nos permite seguir rastreando la línea de tiempo hacia atrás, hasta procesos físicos que son anteriores a cualquier materia estable.

Esto nos lleva a la llamada «gran época unificada». Por ahora, estamos bien en el ámbito de la física especulativa, ya que no podemos producir suficiente energía en nuestros experimentos para sondear el tipo de procesos que estaban ocurriendo en ese momento.

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Pero una hipótesis plausible es que el mundo físico estaba formado por una sopa de partículas elementales de corta duración, incluidos los quarks, los componentes básicos de los protones y los neutrones.

Había materia y «antimateria» en cantidades aproximadamente iguales: cada tipo de partícula de materia, como el quark, tiene un compañero de «imagen espejo» de antimateria, que es casi idéntico a sí mismo, que difiere solo en un aspecto.

Sin embargo, la materia y la antimateria se aniquilan en un destello de energía cuando se encuentran, lo que significa que estas partículas fueron creadas y destruidas constantemente.

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Pero, ¿cómo llegaron a existir estas partículas en primer lugar?? La teoría cuántica del campo nos dice que incluso un vacío, supuestamente correspondiente al espacio-tiempo vacío, está lleno de actividad física en forma de fluctuaciones energéticas. Estas fluctuaciones pueden dar lugar a la aparición de partículas, solo para desaparecer poco después.

Esto puede sonar como una peculiaridad matemática en lugar de física real, pero tales partículas se han visto en innumerables experimentos.

El estado de vacío en tiempo espacial está lleno de partículas constantemente creadas y destruidas, aparentemente «de la nada». Pero quizás todo esto realmente nos dice que el vacío cuántico es (a pesar de su nombre) algo más que una nada.

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El filósofo David Albert ha criticado memorablemente los relatos del Big Bang que prometen obtener algo de la nada de esta manera.

Supongamos que preguntamos: ¿de dónde surgió el espacio-tiempo?? Luego podemos seguir girando el reloj aún más atrás, hacia la «época del Planck» verdaderamente antigua, un período tan temprano en la historia del Universo que nuestras mejores teorías de la física se descomponen.

Esta era ocurrió solo una diez millonésima de billonésima de billonésima de billonésima de segundo después del Big Bang. En este punto, el espacio y el tiempo mismos quedaron sujetos a fluctuaciones cuánticas.

Los físicos normalmente trabajan por separado con la mecánica cuántica, que rige la micromorra de partículas y con la relatividad general, que se aplica en grandes escalas cósmicas. Pero para comprender verdaderamente la época de Planck, necesitamos una teoría completa de la gravedad cuántica, fusionando los dos.

Todavía no tenemos una teoría perfecta de la gravedad cuántica, pero hay intentos, como la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucle. En estos intentos, el espacio y el tiempo ordinarios se ven típicamente como emergentes, como las olas en la superficie de un océano profundo.

Lo que experimentamos como espacio y tiempo es el producto de procesos cuánticos que operan a un nivel más profundo y microscópico, procesos que no tienen mucho sentido para nosotros como criaturas arraigadas en el mundo macroscópico.

En la época de Planck, nuestra comprensión ordinaria del espacio y el tiempo se rompe, por lo que tampoco podemos confiar más en nuestra comprensión ordinaria de causa y efecto.

A pesar de esto, todas las teorías candidatas de la gravedad cuántica describen algo físico que estaba sucediendo en la época de Planck, algún precursor cuántico del espacio y el tiempo ordinarios. Pero de dónde vino eso?

Incluso si la causalidad ya no se aplica de manera ordinaria, aún podría ser posible explicar un componente del Universo Planck-epoch en términos de otro. Desafortunadamente, incluso nuestra mejor física no proporciona respuestas por completo. Hasta que avancemos más hacia una «teoría de todo», no podremos dar ninguna respuesta definitiva.

Lo máximo que podemos decir con confianza en esta etapa es que la física hasta ahora no ha encontrado instancias confirmadas de algo que surja de la nada.

Ciclos de casi nada

Para responder verdaderamente a la pregunta de cómo algo podría surgir de la nada, necesitaríamos explicar el estado cuántico de todo el Universo al comienzo de la época de Planck.

Todos los intentos de hacer esto siguen siendo muy especulativos. Algunos de ellos apelan a fuerzas sobrenaturales como un diseñador. Pero otras explicaciones candidatas permanecen dentro del ámbito de la física, como un multiverso, que contiene un número infinito de universos paralelos, o modelos cíclicos del Universo, que nacen y renacen nuevamente.

El físico ganador del Premio Nobel 2020 Roger Penrose ha propuesto un modelo intrigante pero controvertido para un Universo cíclico denominado «cosmología cíclica conforme».

Penrose se inspiró en una conexión matemática interesante entre un estado muy cálido, denso y pequeño del Universo, como lo fue en el Big Bang, y un estado del Universo extremadamente frío, vacío y expandido, como lo será en el futuro lejano.

Su teoría radical para explicar esta correspondencia es que esos estados se vuelven matemáticamente idénticos cuando se llevan a sus límites. Aunque parezca paradójico, una ausencia total de materia podría haber logrado dar lugar a todo el asunto que vemos a nuestro alrededor en nuestro Universo.

Desde este punto de vista, el Big Bang surge de casi nada. Eso es lo que queda cuando toda la materia en un universo se ha consumido en agujeros negros, que a su vez se han convertido en fotones, perdidos en un vacío.

Todo el universo surge de algo que, visto desde otra perspectiva física, es tan cercano como uno no puede llegar a nada. Pero que nada sigue siendo una especie de algo. Sigue siendo un universo físico, aunque esté vacío.

¿Cómo puede el mismo estado ser un universo frío y vacío desde una perspectiva y un universo cálido y denso desde otro?? La respuesta se encuentra en un procedimiento matemático complejo llamado «recallamiento conforme», una transformación geométrica que en efecto altera el tamaño de un objeto pero deja su forma sin cambios.

Penrose mostró cómo el estado frío denso y el estado caliente denso podrían estar relacionados con tal reescalado para que coincidan con respecto a las formas de sus espacios, aunque no con sus tamaños.

Es, sin duda, difícil comprender cómo dos objetos pueden ser idénticos de esta manera cuando tienen diferentes tamaños, pero Penrose argumenta el tamaño ya que un concepto deja de tener sentido en entornos físicos tan extremos.

En la cosmología cíclica conformal, la dirección de explicación va de la vieja y la fría a la joven y la caliente: el estado denso y caliente existe debido al estado frío y vacío. Pero este «porque» no es el familiar, de una causa seguida en el tiempo por su efecto. No es solo el tamaño lo que deja de ser relevante en estos estados extremos: el tiempo también lo hace.

El estado frío denso y el estado caliente denso están en efecto ubicados en diferentes líneas de tiempo. El estado frío y vacío continuaría para siempre desde la perspectiva de un observador en su propia geometría temporal, pero el estado cálido y denso que da lugar habita efectivamente en una nueva línea de tiempo propia.

Puede ayudar a comprender el estado denso y caliente producido a partir del estado frío vacío de alguna manera no causal. Quizás deberíamos decir que el estado cálido y denso emerge, está conectado a tierra o se realiza por el estado frío y vacío.

Estas son ideas distintivamente metafísicas que han sido exploradas ampliamente por los filósofos de la ciencia, especialmente en el contexto de la gravedad cuántica donde la causa y el efecto ordinarios parecen romperse. En los límites de nuestro conocimiento, la física y la filosofía se vuelven difíciles de desenredar.

Evidencia experimental?

La cosmología cíclica conforme ofrece algunas respuestas detalladas, aunque especulativas, a la pregunta de dónde vino nuestro Big Bang. Pero incluso si la visión de Penrose es reivindicada por el progreso futuro de la cosmología, podríamos pensar que aún no habríamos respondido una pregunta filosófica más profunda, una pregunta sobre de dónde vino la realidad física.

¿Cómo surgió todo el sistema de ciclos?? Luego, finalmente terminamos con la pura pregunta de por qué hay algo en lugar de nada, una de las mayores preguntas de la metafísica.

Pero nuestro enfoque aquí está en las explicaciones que permanecen dentro del ámbito de la física. Hay tres opciones amplias para la cuestión más profunda de cómo comenzaron los ciclos.

No podría tener ninguna explicación física. O podría haber ciclos repetitivos sin cesar, cada uno un universo por derecho propio, con el estado cuántico inicial de cada universo explicado por alguna característica del universo anterior. O podría haber un solo ciclo y un solo universo repetitivo, con el comienzo de ese ciclo explicado por alguna característica de su propio fin.

Los dos últimos enfoques evitan la necesidad de eventos no causados, y esto les da un atractivo distintivo. Nada quedaría sin explicación por la física.

Penrose prevé una secuencia de nuevos ciclos interminables por razones parcialmente vinculadas a su propia interpretación preferida de la teoría cuántica. En la mecánica cuántica, existe un sistema físico en una superposición de muchos estados diferentes al mismo tiempo, y solo «elige uno» al azar, cuando lo medimos.

Para Penrose, cada ciclo involucra eventos cuánticos aleatorios que resultan de una manera diferente, lo que significa que cada ciclo diferirá de los anteriores y posteriores. Estas son realmente buenas noticias para los físicos experimentales, ya que podría permitirnos vislumbrar el viejo universo que dio lugar al nuestro a través de huellas débiles o anomalías en la radiación sobrante del Big Bang visto por el satélite Planck.

Penrose y sus colaboradores creen que ya pueden haber visto estos rastros, atribuyendo patrones en los datos de Planck a la radiación de agujeros negros supermasivos en el universo anterior. Sin embargo, sus observaciones alegadas han sido cuestionadas por otros físicos y el jurado permanece fuera.

Los nuevos ciclos sin fin son clave para la propia visión de Penrose. Pero hay una forma natural de convertir la cosmología cíclica conformal de un ciclo múltiple a un ciclo. Luego, la realidad física consiste en un solo ciclo a través del Big Bang hasta un estado máximo vacío en el futuro lejano, y luego nuevamente al mismo Big Bang, dando lugar al mismo universo nuevamente.

Esta última posibilidad es consistente con otra interpretación de la mecánica cuántica, denominada interpretación de muchos mundos. La interpretación de muchos mundos nos dice que cada vez que medimos un sistema que está en superposición, esta medición no selecciona aleatoriamente un estado. En cambio, el resultado de la medición que vemos es solo una posibilidad: la que se desarrolla en nuestro propio Universo.

Los otros resultados de la medición se desarrollan en otros universos en un multiverso, efectivamente separados de los nuestros. Entonces, no importa cuán pequeña sea la posibilidad de que algo ocurra, si tiene una probabilidad distinta de cero, entonces ocurre en algún mundo paralelo cuántico.

Hay personas como tú en otros mundos que han ganado la lotería, o han sido arrastrados a las nubes por un tifón extraño, o se han encendido espontáneamente, o han hecho los tres simultáneamente.

Algunas personas creen que tales universos paralelos también pueden ser observables en los datos cosmológicos, como huellas causadas por otro universo que choca con el nuestro.

La teoría cuántica de muchos mundos da un nuevo giro a la cosmología cíclica conformal, aunque no una con la que Penrose esté de acuerdo. Nuestro Big Bang podría ser el renacimiento de un solo multiverso cuántico, que contiene infinitos universos diferentes que ocurren juntos. Todo lo posible sucede, luego sucede una y otra vez.

Un antiguo mito

Para un filósofo de la ciencia, la visión de Penrose es fascinante. Abre nuevas posibilidades para explicar el Big Bang, llevando nuestras explicaciones más allá de la causa y el efecto ordinarios. Por lo tanto, es un gran caso de prueba para explorar las diferentes formas en que la física puede explicar nuestro mundo. Merece más atención de los filósofos.

Para un amante del mito, la visión de Penrose es hermosa. En la forma multiciclo preferida de Penrose, promete infinitos mundos nuevos nacidos de las cenizas de sus antepasados. En su forma de un ciclo, es una sorprendente reubicación moderna de la antigua idea de los ouroboros, o serpiente mundial.

En la mitología nórdica, la serpiente Jörmungandr es hija de Loki, un tramposo inteligente, y el gigante Angrboda. Jörmungandr consume su propia cola, y el círculo creado sostiene el equilibrio del mundo. Pero el mito de los ouroboros se ha documentado en todo el mundo, incluso desde el antiguo Egipto.

Los ouroboros del universo cíclico son realmente majestuosos. Contiene dentro de su vientre nuestro propio Universo, así como cada uno de los universos alternativos extraños y maravillosos permitidos por la física cuántica, y en el punto donde su cabeza se encuentra con su cola, está completamente vacío pero también funciona con energía a temperaturas de cien mil millones de billones de grados centígrados.

Incluso Loki, el cambiaformas, quedaría impresionado.

Fuente: https://www.sciencealert.com/how-did-the-big-bang-explode-out-of-nada-this-could-be-the-way?fbclid = IwAR0XIXF6sauPtXufGTYPLl8Yt9U7YbJg9tDzxQRZvbXzvxgcYLw4Nxt7tRU

En este sentido, te presentamos un video que explora en profundidad cómo surgió el Big Bang de la nada y las teorías que lo respaldan.