El filósofo y escritor (y luego santo) Agustín planteó la cuestión en sus "Confesiones" en el siglo IV, y luego dio con una respuesta sorprendentemente moderna: antes de que Dioscreara el mundo, no había tiempo y, por lo tanto, no había "antes".
Parafraseando a Gertrude Stein , entonces no había "entonces".
Hasta hace poco, nadie podía asistir a una conferencia sobre astronomía y preguntar la versión moderna de la pregunta de Agustín: ¿qué sucedió antes del Big Bang ? - sin recibir la misma respuesta frustrante, cortesía de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, que describe cómo la materia y la energía doblan el espacio y el tiempo. Si imaginamos que el universo se contrae hacia atrás, como una película al revés, la densidad de la materia y la energía se eleva hacia el infinito a medida que nos acercamos al momento del origen.
Sale humo de la computadora y el espacio y el tiempo se disuelven en una "espuma" cuántica.
"Nuestros gobernantes y nuestros relojes se rompen", explicó el Dr. Andrei Linde, cosmólogo de la Universidad de Stanford. "Preguntar qué es antes de este momento es una autocontradicción".
Pero últimamente, envalentonados por el progreso en nuevas teorías que buscan unir el reino señorial de Einstein con las reglas cuánticas ingobernables que gobiernan la física subatómica, la llamada gravedad cuántica , el Dr. Andrei Linde y sus colegas han comenzado a acercar sus especulaciones a la momento final y, en algunos casos, más allá de eso. Algunos teóricos sugieren que el Big Bang no fue tanto un nacimiento como una transición , un "salto cuántico" de una era sin forma de tiempo imaginario, o de nada en absoluto. Todavía otros están explorando modelos en los que la historia cósmica comienza con una colisión con un universo de otra dimensión.
Toda esta teorización ha recibido un impulso adicional a partir de informes recientes de ondas en un difuso brillo de radio en el cielo, que se cree que son los restos de la bola de fuego del Big Bang.
Estas ondas son consistentes con una teoría popular, conocida como inflación , que el universo apresuró brevemente su expansión bajo la influencia de una violenta fuerza antigravitacional, cuando tenía solo una fracción de una fracción de nanosegundo. Esas ondas proporcionan así un control útil sobre la imaginación de los teóricos.
Cualquier teoría de orígenes cósmicos que no explique este fenómeno, coinciden los cosmólogos, tiene pocas posibilidades de estar en lo cierto.
Afortunada o desafortunadamente, eso todavía deja espacio para muchas posibilidades.
"Si la inflación es la dinamita detrás del Big Bang, todavía estamos buscando el partido", dijo el Dr. Michael Turner, cosmólogo de la Universidad de Chicago. Lo único en lo que todos los expertos están de acuerdo es que ninguna idea funciona, todavía.
El Dr. Michael Turner comparó a los cosmólogos con músicos de jazz que coleccionan temas que suenan bien para un trabajo en progreso:
"Oyes algo y dices, oh sí, queremos eso en la pieza final".
Una respuesta a la pregunta de qué sucedió antes del Big Bang es que no importa porque no afecta el estado de nuestro universo hoy.
Según una teoría conocida como inflación eterna, presentada por el Dr. Linde en 1986, lo que conocemos como el Big Bang fue solo una de muchas en una reacción en cadena de big bangs mediante la cual el universo se reproduce y se reinventa constantemente.
"Cualquier parte particular del universo puede morir, y probablemente morirá", dijo el Dr. Linde, "pero el universo como un todo es inmortal".
La teoría del Dr. Linde es una modificación de la teoría de la inflación que fue propuesta en 1980 por el Dr. Alan Guth , un físico.
Consideró lo que sucedería si, como el universo se enfriaba durante sus primeros momentos violentos, un campo de energía conocido como el campo de Higgs, que interactúa con las partículas para darles sus masas, de alguna manera, brevemente, no pudo liberar su energía.
El espacio, concluyó, estaría impregnado de una especie de energía latente que empujaría violentamente al universo. En un abrir y cerrar de ojos, el universo se duplicaría unas 60 veces, hasta que el campo de Higgs liberara su energía y llenara el universo con partículas calientes.
Entonces, la historia cósmica se produciría ... A los
cosmólogos les gusta la inflación porque un ataque tan grande habría suavizado las grandes irregularidades del cosmos primordial, dejándolo homogéneo y geométricamente plano. Además, permite que todo el cosmos crezca prácticamente sin nada, lo que hizo que el Dr. Guth llamara al universo "el mejor almuerzo gratis".
Cálculos posteriores descartaron el campo de Higgs como el agente de inflación, pero hay otros candidatos de inflación que tendrían el mismo efecto.
Lo que es más importante, desde la perspectiva previa al Big-Bang, concluyó el Dr. Linde, una burbuja inflacionaria brotaría otra, que a su vez brotaría aún más. En efecto, cada burbuja sería un nuevo big bang, un nuevo universo con diferentes características y tal vez incluso diferentes dimensiones.
Nuestro universo sería simplemente uno de ellos.
"Si comienza, este proceso puede seguir sucediendo para siempre", explicó el Dr. Linde. "Puede suceder ahora, en alguna parte del universo".
El universo mayor imaginado por la inflación eterna es tan inimaginablemente grande, caótico y diverso que la cuestión de un comienzo para todo el espectro se vuelve casi irrelevante.
Para los cosmólogos como el Dr. Guth y el Dr. Linde, ese es de hecho el señuelo de la teoría.
"La inflación caótica nos permite explicar nuestro mundo sin hacer suposiciones tales como la creación simultánea de todo el universo de la nada", dijo el Dr. Linde en un mensaje de correo electrónico.
Preguntas para la eternidad - Tratando de imaginar la nada
Sin embargo, la mayoría de los cosmólogos, incluidos el Dr. Guth y el Dr. Linde, están de acuerdo en que el universo en última instancia debe provenir de algún lugar, y que nada es el principal candidato.
Como resultado, otra canción que los cosmólogos prefieren tararear es la teoría cuántica .
De acuerdo con el principio de incertidumbre de Heisenberg , uno de los pilares de este mundo paradójico, el espacio vacío nunca puede considerarse realmente vacío; las partículas subatómicas pueden entrar y salir de la existencia en la energía tomada de los campos de energía.
Por loco que parezca, los efectos de estas fluctuaciones cuánticas se han observado en átomos, y se cree que las fluctuaciones similares durante la inflación produjeron las semillas alrededor de las cuales se formaron las galaxias de hoy.
¿Podía todo el universo ser el resultado de una fluctuación cuántica en algún tipo de nada primordial o eterno? Tal vez, como dijo el Dr. Turner, "Nada es inestable".
Los problemas filosóficos que afectan a la mecánica cuántica ordinaria se amplifican en la llamada cosmología cuántica. Por ejemplo, como señala el Dr. Linde, hay un problema de huevo y gallina.
¿Qué fue primero: el universo o la ley que lo rige?
O, como él pregunta,
"Si no había ley, ¿cómo apareció el universo?"
Uno de los primeros intentos de imaginar la nada que es la fuente de todo vino en 1965 cuando el Dr. John Wheeler y el Dr. Bryce DeWitt , ahora en la Universidad de Texas, escribieron una ecuación que combinaba la relatividad general y la teoría cuántica.
Los físicos han estado discutiendo sobre eso desde entonces.
La ecuación de Wheeler-DeWitt parece vivir en lo que los físicos han denominado "superespacio", una especie de conjunto matemático de todos los universos posibles, que viven solo cinco minutos antes de colapsar en agujeros negros y llenos de estrellas rojas que viven para siempre, llenos de la vida y los que son desiertos vacíos, en los que las constantes de la naturaleza y tal vez incluso el número de dimensiones son diferentes de las nuestras.
En la mecánica cuántica ordinaria, se puede pensar que un electrón está distribuido en todo el espacio hasta que se mide y se observa que se encuentra en una ubicación específica. Del mismo modo, nuestro propio universo se extiende de manera similar sobre todo el superespacio hasta que de alguna manera se observe que tiene un conjunto particular de cualidades y leyes.
Eso plantea otra de las grandes preguntas:
Como nadie puede salir del universo, ¿quién está haciendo la observación?
El Dr. Wheeler ha sugerido que una respuesta a esa pregunta puede ser simplemente nosotros, actuando a través de actos de observación de la mecánica cuántica, un proceso que él llama "génesis por el observador".
"El pasado es teoría", escribió una vez.
"No tiene existencia, excepto en los registros del presente. Somos participantes, a nivel microscópico, en hacer ese pasado, así como el presente y el futuro".
En efecto, la respuesta del Dr. Wheeler a Agustín es que somos colectivamente Dios y que siempre estamos creando el universo.
Otra opción, favorecida por muchos cosmólogos, es la llamada interpretación de muchos mundos, que dice que todos estos universos posibles realmente existen.
Acabamos por habitar uno cuyos atributos son amigables con nuestra existencia.
El fin del tiempo: solo otra carta en el gran mazo.
Otro acertijo sobre la ecuación de Wheeler-DeWitt es que no menciona el tiempo.
En el superespacio, todo sucede de una vez y para siempre, llevando a algunos físicos a cuestionar el papel del tiempo en las leyes fundamentales de la naturaleza.
En su libro " El fin del tiempo ", publicado para coincidir con el milenio, el Dr. Julian Barbour , un físico independiente y erudito de Einstein en Inglaterra, argumenta que el universo consiste en una pila de momentos, como las cartas en una baraja, que puede mezclarse y reorganizarse arbitrariamente para dar la ilusión del tiempo y la historia.
El Big Bang es solo otra carta en este mazo, junto con cualquier otro momento, parte del universo para siempre.
"La inmortalidad está aquí", escribe en su libro. "Nuestra tarea es reconocerlo".
El Dr. Carlo Rovelli , un teórico de la gravedad cuántica de la Universidad de Pittsburgh, señaló que la ecuación de Wheeler-DeWitt tampoco menciona el espacio, lo que sugiere que tanto el espacio como el tiempo podrían ser artefactos de algo más profundo.
"Si tomamos en serio la relatividad general", dijo, "tenemos que aprender a hacer física sin tiempo, sin espacio, en la teoría fundamental".
Si bien admiten que no pueden responder a estas preguntas filosóficas, algunos teóricos han comprometido la pluma con el papel en sus intentos por imaginar el rigor matemático de la creación cuántica.
El Dr. Alexander Vilenkin , físico de la Universidad de Tufts en Somerville, Mass., Ha comparado el universo con una burbuja en una olla de agua hirviendo. Al igual que en el agua, solo las burbujas de cierto tamaño sobrevivirán y se expandirán, mientras que las más pequeñas colapsarán.
Entonces, al crearse, el universo debe saltar de ningún tamaño en absoluto - radio cero, "sin espacio ni tiempo" - a un radio lo suficientemente grande como para que la inflación tome el control sin pasar por los tamaños intermedios, una mecánica cuántica proceso llamado "tunelización".
El Dr. Stephen Hawking , el cosmólogo de la Universidad de Cambridge y autor de best-sellers, eliminaría por completo este salto cuántico.
Durante los últimos 20 años, él y una serie de colaboradores han estado trabajando en lo que él llama una "propuesta sin límites". El Dr. Hawking dice que el límite del universo es que no tiene límites.
Una de las claves del enfoque del Dr. Hawking es reemplazar el tiempo en sus ecuaciones con una presunción matemática llamada tiempo imaginario; esta técnica se usa comúnmente en cálculos con respecto a los agujeros negros y en ciertos campos de la física de partículas, pero su aplicación a la cosmología es controvertida.
El universo, hasta su origen, está representado por un único objeto matemático de forma cónica, conocido como instantón , que tiene cuatro dimensiones espaciales (con una forma similar a una esfera aplastada) en el extremo de Big Bang y luego cambia a tiempo real y procede a inflarse.
"En realidad, de alguna manera explota y hace un universo infinito", dijo el Dr. Neil Turok, también de la Universidad de Cambridge. "Todo para el futuro está determinado, todo está implícito en el instante".
Lamentablemente, el significado físico del tiempo imaginario no está claro. Más allá de eso, el enfoque produce un universo que es mucho menos denso que el real.
La Fe de Cuerdas - Los Teóricos traen los Mundos 'Brane'
Pero cualquier progreso real en discernir los detalles del salto de la eternidad en el tiempo, dicen los cosmólogos, debe esperar la formulación de una teoría unificada de la gravedad cuántica que logre casarse con el general de Einstein relatividad a la mecánica cuántica: dos puntos de vista del mundo, uno que describe un espacio-tiempo continuo y curvo, el otro uno aleatorio discontinuo, que han estado filosófica y matemáticamente en guerra durante casi un siglo.
Tal teoría sería capaz de tratar con el universo durante la caldera del Big Bang en sí, cuando incluso el espacio y el tiempo, dicen los teóricos, tienen que pagar sus cuotas al principio de incertidumbre y volverse confusos y discontinuos.
En los últimos años, muchos físicos han depositado sus esperanzas en la gravedad cuántica en la teoría de cuerdas, un esfuerzo matemáticamente laberíntico en curso para retratar la naturaleza que comprende pequeñas cuerdas onduladas o membranas que vibran en 10 u 11 dimensiones.
En principio, la teoría de cuerdas puede explicar todas las fuerzas conocidas (y desconocidas) de la naturaleza. En la práctica, los teóricos de cuerdas admiten que incluso sus ecuaciones todavía son solo aproximaciones, y los físicos de afuera se quejan de que los efectos de la "física fibrosa" suceden a energías tan altas que no hay esperanzas de probarlos en los aceleradores de partículas actuales.
De modo que los teóricos se han aventurado en la cosmología, en parte con la esperanza de descubrir algún efecto que pueda observarse.
El Big Bang es un objetivo obvio. Un mundo hecho de pequeños bucles tiene un tamaño mínimo. No puede contraerse más allá del tamaño de los lazos de cuerdas, el Dr. Robert Brandenberger , ahora en Brown, y el Dr.Cumrun Vafa , ahora en Harvard, deducido en 1989.
Cuando usaron sus ecuaciones de cuerdas para imaginar que el espacio se encogía más pequeño que un cierto tamaño, el Dr. Brandenberger dijo que el universo actuó como si fuera cada vez más grande.
"Parece que está rebotando desde una fase de colapso".
En esta visión, el Big Bang es más como una transformación, como el derretimiento del hielo para convertirse en agua, que un nacimiento, explicó el Dr. Linde, llamándolo:
"una idea interesante que debe perseguirse".
Quizás, reflexionó, podría haber una forma diferente de espacio y tiempo antes del Big Bang.
"Tal vez el universo es inmortal", dijo. "Tal vez solo cambie de fase. ¿No es nada? ¿Es una transición de fase? Estas son muy cercanas a las preguntas religiosas".
El trabajo del Dr. Brandenberger y del Dr. Vafa también explica cómo vemos que solo vemos 3 de las 9 o 10 dimensiones espaciales que exige la teoría.
Temprano en el tiempo las cuerdas, mostraron, podían envolver el espacio y estrangular la mayoría de las dimensiones espaciales, evitando que crecieran.
En los últimos años, sin embargo, los teóricos de cuerdas se han galvanizado por el descubrimiento de que su teoría permite membranas de varias dimensiones (" branas " en jerga de cuerdas), así como cuerdas.
Además, han comenzado a explorar la posibilidad de que al menos una de las dimensiones adicionales sea tan grande como un milímetro, que es gigantesca en física de cuerdas. En esta nueva cosmología, nuestro mundo es una isla tridimensional, o una flota que flota en un espacio de cinco dimensiones, como una hoja en una pecera.
Otras branas podrían estar flotando cerca.
Las partículas como los quarks y los electrones y las fuerzas como el electromagnetismo están pegadas a la brana, pero la gravedad no, y por lo tanto los mundos brana pueden ejercer tiradas gravitacionales entre sí.
"Una fracción de milímetro de ti es otro universo", dijo el Dr. Linde. "Podría estar allí. Podría ser el factor determinante del universo en el que vives".
Mundos en colisión: se presenta una nueva posibilidad de
que otro universo pueda generar la creación en sí, según varias teorías recientes.
Uno de ellos, llamado branefall , fue desarrollado en 1998 por el Dr. Georgi Dvali de la Universidad de Nueva York y el Dr. Henry Tye , de Cornell. En ella, el universo emerge de su estado de falta de forma cuántica como una maraña de cuerdas y membranas vacías y frías unidas.
Sin embargo, si hay una brecha entre las branas en algún momento, los físicos dicen que comenzarán a caer juntos.
Cada brana, dijo el Dr. Dvali, experimentará el inminente campo gravitacional del otro como un campo de energía en su propio espacio tridimensional y comenzará a inflarse rápidamente, duplicando su tamaño más de mil veces en el período que demora el branas para caer juntas.
"Si hay al menos una región donde las branas son paralelas, esas regiones comenzarán una enorme expansión, mientras que otras regiones colapsarán y se reducirán", dijo el Dr. Dvali.
Cuando finalmente las colmenas colisionan, su energía se libera y el universo se calienta, llenándose de materia y calor, como en el Big Bang estándar.
Esta primavera, cuatro físicos propusieron un tipo diferente de choque de branas que, según ellos, podría eliminar la inflación, la estrella polar de la teorización del Big Bang durante 20 años, en conjunto.
El Dr. Paul Steinhardt , uno de los padres de la inflación, y su alumno Justin Khoury , ambos de Princeton, el Dr. Burt Ovrut de la Universidad de Pensilvania y el Dr. Turok lo llaman el universo ekpyrotic , después de la palabra griega "ekpyrosis", que denota la muerte ardiente y el renacimiento del mundo en la filosofía estoica. El proceso ekpirótico comienza mucho en el pasado indefinido con un par de branas vacías planas que se sientan paralelas entre sí en un espacio deformado de cinco dimensiones, una situación que dicen que representa la solución más simple de las ecuaciones de Einstein en una versión avanzada de la teoría de cuerdas.
Los autores lo consideran como un punto a su favor que no han asumido ningún efecto adicional que no exista ya en esa teoría.
"Por lo tanto, estamos proponiendo un modelo de cosmología potencialmente realista", escribieron en su artículo.
Las dos branas, que forman las paredes de la quinta dimensión, podrían haber surgido de la nada como una fluctuación cuántica en el pasado aún más distante y luego haberse desviado.
En algún momento, tal vez cuando las branas habían alcanzado una distancia crítica aparte, según la historia, una tercera brana podría haberse desprendido de la otra brana y haber comenzado a caer hacia la nuestra. Durante su largo viaje, las fluctuaciones cuánticas ondularían la superficie de la brana a la deriva, y eso imprimiría las semillas de galaxias futuras a través de nuestra propia brana en el momento de la colisión.
El Dr. Steinhardt ofreció la teoría en una conferencia astronómica en Baltimore en abril.
En las semanas siguientes, el universo ekpyrotic ha sido muy discutido. Algunos cosmólogos, particularmente el Dr. Linde, han argumentado que al requerir branas perfectamente planas y paralelas, el universo ekpirótico requería demasiado ajuste.
En una crítica, el Dr. Linde y sus coautores sugirieron una modificación que denominaron el "universo pirotécnico".
El Dr. Steinhardt admitió que el modelo ekpirótico comenzó desde una condición muy específica, pero que era lógico. El punto, dijo, era ver si el universo podía comenzar en un estado cuasi-estable de larga vida "totalmente diferente de la inflación". La respuesta fue sí.
Su coautor, el Dr. Turok, señaló, además, que la inflación también requiere una puesta a punto para producir el universo moderno, y los físicos aún no saben qué campo realmente lo produce.
"Hasta que no hayamos resuelto la gravedad cuántica y la teoría de cuerdas conectada a la física de partículas, ninguno de nosotros puede reclamar la victoria", dijo el Dr. Turok.
Mientras tanto, Agustín duerme pacíficamente ...
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