Al principio hubo… bueno, tal vez no hubo principio. Quizás nuestro universo siempre ha existido, y la nueva teoría de la gravedad cuántica muestra cómo podría funcionar.
"Hay tantas cosas en la realidad que la mayoría de la gente asocia con la ciencia ficción o incluso con la fantasía", dijo a Live Science Bruno Bento, un físico que estudia la naturaleza del tiempo en la Universidad de Liverpool en el Reino Unido.
En su trabajo, utilizó una nueva teoría de la gravedad cuántica llamada teoría de los conjuntos causales, en la que el espacio y el tiempo se dividen en partes discretas del espacio-tiempo. Según esta teoría, en cierto nivel, existe una unidad fundamental de espacio-tiempo.
Bento y sus colaboradores utilizaron este enfoque causal para explorar el comienzo del universo. Descubrieron que es muy posible que el universo no haya tenido un comienzo: siempre existió en el pasado infinito y solo recientemente se convirtió en lo que llamamos el Big Bang.
cuanto de gravedad.
La gravedad cuántica es quizás el problema más desconcertante de la física moderna. Tenemos dos teorías del universo extremadamente efectivas: la física cuántica y la relatividad general. La física cuántica ha descrito con éxito tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (electromagnetismo, interacción débil e interacción fuerte) a escalas microscópicas. Por otro lado, la relatividad general es la descripción más poderosa y completa de la gravedad jamás inventada.
Pero a pesar de todos sus puntos fuertes, la relatividad general está incompleta. En al menos dos lugares específicos del Universo, las matemáticas de la relatividad general simplemente no funcionan sin dar resultados confiables: en los centros de los agujeros negros y al comienzo del Universo. Estas áreas se llaman "singularidades", es decir, puntos en el espacio-tiempo donde nuestras leyes actuales de la física colapsan, y son señales de advertencia matemáticas de que la relatividad general se está tropezando. Dentro de estas dos singularidades, la gravedad se vuelve increíblemente fuerte en escalas de longitud muy pequeñas.
Así, para desentrañar los misterios de las singularidades, los físicos necesitan una descripción microscópica de la gravedad fuerte, también llamada teoría cuántica de la gravedad. Hay muchos contendientes, incluida la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles.
Y hay otro enfoque que cambia por completo nuestra comprensión del espacio y el tiempo.
Teoría de conjuntos causales
En todas las teorías modernas de la física, el espacio y el tiempo son continuos. Forman el suave tejido que subyace a toda realidad. En tal espacio-tiempo continuo, dos puntos pueden estar lo más cerca posible en el espacio, y dos eventos pueden ocurrir lo más cerca posible en el tiempo.
Pero otro enfoque, llamado teoría de conjuntos causales, vuelve a imaginar el espacio-tiempo como una serie de fragmentos discretos o "átomos" de espacio-tiempo. Esta teoría impondría límites estrictos sobre qué tan cerca pueden estar los eventos en el espacio y el tiempo, ya que no pueden estar más cerca que el tamaño de un "átomo".
Por ejemplo, si miras tu pantalla y lees esto, todo parece fluido y continuo. Pero si miras la misma pantalla a través de una lupa, puedes ver píxeles dividiendo el espacio, y descubres que es imposible acercar dos imágenes en la pantalla a menos de un píxel.
Esta teoría de la física entusiasmó a Bento. “Me emocionó encontrar esta teoría que no solo trata de volverse lo más fundamental posible, acercándose a la gravedad cuántica y redefiniendo la noción misma de espacio-tiempo, sino también centralizando el tiempo y lo que significa físicamente. ese tiempo pasará, cuán físicamente es realmente tu pasado y si el futuro ya existe ”, dijo Bento a WordsSideKick.com.
El principio de los tiempos
La teoría causal de conjuntos es esencial para la naturaleza del tiempo.
“Gran parte de la filosofía de los conjuntos causales es que el paso del tiempo es algo físico y no se puede atribuir a alguna ilusión emergente oa algo que sucede en nuestro cerebro que nos hace pensar que el tiempo está pasando; este tutorial es en sí mismo una manifestación de la teoría física”, dijo Bento. “Entonces, en la teoría del conjunto causal, el conjunto causal crecerá un átomo a la vez y se hará más y más grande”.
El enfoque del conjunto causal elimina claramente el problema de la singularidad del Big Bang, porque las singularidades no pueden existir en teoría. La materia no se puede comprimir en puntos infinitamente pequeños; no pueden tener menos del tamaño de un átomo en el espacio-tiempo.
Entonces, ¿cómo sería el comienzo de nuestro universo sin la singularidad del Big Bang? Fue aquí donde Bento y su colaborador Stav Zalel, estudiante de posgrado en el Imperial College de Londres, retomaron el hilo al explorar lo que dice la teoría de conjuntos causales sobre los primeros días del universo. Su trabajo fue publicado el 24 de septiembre en la base de datos de preprints de arXiv. (El artículo aún no se ha publicado en una revista científica revisada por pares).
El artículo exploró “si debería haber comenzado a existir en un enfoque causal”, dijo Bento. “En la formulación original y la dinámica del conjunto causal, hablando clásicamente, el conjunto causal surge de la nada en el universo que vemos hoy. En cambio, no existiría el Big Bang como comienzo de nuestro trabajo, ya que el conjunto causal sería infinito hasta el pasado, y por lo tanto siempre hay algo antes. “
Su trabajo implica que el universo puede no haber tenido un comienzo, que simplemente ha existido siempre. Lo que percibimos como el Big Bang solo podría ser un momento especial en la evolución de este agregado causal siempre existente, y no el verdadero comienzo.
Sin embargo, aún queda mucho trabajo por hacer. Todavía no está claro si este enfoque causal gratuito puede permitir teorías físicas con las que podamos trabajar para describir la compleja evolución del universo durante el Big Bang.
“Todavía se puede preguntar si este [enfoque causal] se puede interpretar de una manera 'inteligente', o qué significa físicamente esa dinámica en un sentido más amplio, pero hemos demostrado que la estructura es posible”, dijo Bento. “Entonces, al menos matemáticamente, se puede hacer”.
