El modelo “correcto” del universo. El Big Bang

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En la década de 1960, Roger Penrose y Stephen Hawking, probaron que no existía ningún mecanismo que pudiera crear oscilaciones. Probaron que la densidad necesaria para crear el “rebote” entre cada ciclo debía ser muchísimo mayor a la propuesta inicialmente. (Lightman, 1991). Por otro lado, el modelo oscilante viola la segunda ley de la termodinámica, además de que las leyes de la física no han podido encontrar una razón a por qué un universo que se contrae debería explotar nuevamente, ni de por qué un universo que se expande debería contraerse. (Yahya, 2007)

El modelo estacionario del universo fue desarrollado por tres científicos: Hermann Bondi, Thomas Gold, y Fred Hoyle. En su momento fue la idea más aceptada pues había sido apoyada anteriormente por grandes físicos como Newton y Einstein, además le daba un toque más poético al universo, enunciando que siempre había sido de la forma en que se aprecia y seguiría siendo así eternamente. Claro que no existían pruebas para contradecir la teoría y las del Big Bang apenas comenzaban a descubrirse.

Fred Hoyle era un científico conocido por llevar la contraria a las cosas, por lo que no era novedad que sacara un modelo opuesto al Big Bang. Sin embargo, después de que su colega Bondi asegurara que, si existe un conflicto entre una teoría bien fundamentada y las observaciones, entonces las observaciones deben estar equivocadas; este argumento comenzó a poner en duda a su modelo de universo, ya que como se sabe, la ciencia afirma que las observaciones son contundentes y lo que nos ayuda probar una teoría.

Por este acontecimiento, Hoyle decidió dedicarse a la física estelar y encontrar la solución a un problema que tanto su modelo como el del Big Bing tenían, quería explicar el origen de los elementos químicos pesados. Finalmente, con ayuda de otros científicos logró crear la teoría de la nucleosíntesis ya antes mencionada, dejando a un lado el modelo estacionario.

El modelo del universo inflacionario fue propuesto por el científico Alan Guth en 1981. La inflación es una etapa que ocurrió después del Big Bang y antes del comienzo de la expansión. Para explicarlo es necesario hablar de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, ya que en ella se enunció por primera vez que hay casos específicos en que la fuerza de gravedad no actúa como una fuerza de atracción; cabe destacar que la física moderna de partículas demostró que este hecho se da cuando existen niveles elevados de energía y una presión negativa en la materia, dándole la capacidad de ejercer una fuerza de repulsión.

La teoría del Big Bang habla de las secuelas de un Bang, es decir, de una explosión, por esta razón sólo describe cómo el universo se expandió y enfrió, al igual que la agrupación de masa para la formación de galaxias; sin embargo, nunca entra en la cuestión del Bang, no propone qué era o por qué ocurrió, ni de dónde viene la materia, pues se asume que la materia estaba ahí desde un principio. Mientras que la teoría inflacionaria agrega una parte a la historia intentando exponer justamente lo que ocurrió en ese primer momento.

Existen dos tipos de inflación según Guth: la nueva inflación y la inflación caótica. La primera está relacionada con la propiedad que dice que los estados de la materia que tienen una densidad de energía muy alta, no puede ser disminuida rápidamente. Aquí se debe introducir al concepto de falso vacío, en este contexto se entenderá vacío como el menor nivel de densidad de energía posible y falso como un estado temporal. Se cree que el universo en un principio contaba con esta propiedad y dado que la disminución de la densidad de energía es un proceso largo, por esta razón, cuando existe una presión del falso vacío no le queda más que ser negativa, llevando al antes mencionado campo de repulsión gravitacional. Eventualmente, el falso vacío desaparece y la energía atrapada dentro es liberada en forma de calor, formando una sopa uniforme de partículas que es justo el comienzo de la teoría del Big Bang. (Guth, 2002).

Es un hecho que la temperatura de las cosas encuentra un equilibrio siempre y cuando se mantenga en un espacio de reposo por suficiente tiempo. Con el Big Bang, el Universo cambia tan rápido que no hay tiempo para establecer uniformidad. Se calcula que para ser así en tan sólo 300,000 años después de la explosión, la energía e información debieron haber sido transportadas a una velocidad 100 veces mayor a la de la luz. Justo aquí entra el problema de horizonte que indica la distancia mayor en la que la energía o información puede viajar, sin embargo, tiene la restricción de la velocidad de la luz.

Esta teoría surge de la necesidad de explicar la uniformidad que se da en el universo, Guth afirma que el universo era pequeño y uniforme desde su comienzo, así cuando vino la etapa de inflación, simplemente se magnificó la magnitud del espacio entre los elementos sin alterar la isotropía y homogeneidad. (Copeland, 2013)

El modelo del universo múltiple fue sugerido por el profesor Andrei Linde, basado en una teoría de 1970 que establecía que, al inicio del universo, el cosmos se volvió exponencialmente largo en una pequeña fracción de segundo, después de ésto, la evolución del universo siguió como dice la teoría del Big Bang, sin embargo, mientras algunos científicos afinaban el escenario inflacionario encontraron algunas consecuencias, tales como la forma en la que se observa el cosmos. La teoría inflacionaria dice que, en vez de que el universo sea una “bola de fuego en expansión”, es más bien un creciente fractal (Linde, 1994). Cabe mencionar que Linde basó la teoría del multiverso en la teoría inflacionaria de Alan Guth.

La hipótesis del multiverso establece que, al inicio, era vacío y “hervía” de energía (esta energía es también llamada campo de Higgs, campo de inflación o energía obscura). después, esta energía se “evaporaba” formando burbujas. Esta teoría se explica como si la energía fuera agua y el vacío una olla, cuando las pones en altas temperaturas el agua comenzará a hervir, lo que eventualmente, creará burbujas, cada una representa un universo. Cada burbuja tenía vacío dentro; la energía de este vacío es lo que lleva a las burbujas a “inflarse”. (Bow, 2014)

Aunque esta teoría es un resurgimiento de la inflación, la mayoría de las teorías cíclicas lo rechazan, no obstante, la teoría de inflación es una de las teorías destacadas al hablar del inicio del universo ya que hay evidencia para probarlo.

Linde propone ver un modelo inflacionario con más de un campo escalar, que son los mecanismos que generan la inflación