Los investigadores han desarrollado un modelo de universo reducido que existía antes del Big Bang. Click para agrandar
El Big Bang describe cómo el Universo comenzó como un punto único hace 13.700 millones de años, y se ha expandido desde entonces, pero no explica lo que sucedió antes de eso. Investigadores de la Universidad Penn State creen que debería haber rastros de evidencia en nuestro universo actual que podrían usarse para mirar hacia atrás antes del Big Bang. Según su investigación, había un universo en contracción con una geometría de espacio-tiempo similar a nuestro universo en expansión. El universo colapsó y luego "rebotó" como el Big Bang.
Según la teoría general de la relatividad de Einstein, el Big Bang representa The Beginning, el gran evento en el que no solo importó, sino que nació el espacio-tiempo. Si bien las teorías clásicas no ofrecen pistas sobre la existencia antes de ese momento, un equipo de investigación en Penn State ha utilizado cálculos gravitacionales cuánticos para encontrar hilos que conducen a un tiempo anterior. "La relatividad general se puede utilizar para describir el universo de regreso a un punto en el que la materia se vuelve tan densa que sus ecuaciones no se sostienen", dice Abhay Ashtekar, titular de la Cátedra de Física de la Familia Eberly y Director del Instituto de Física Gravitacional. y geometría en Penn State. "Más allá de ese punto, necesitábamos aplicar herramientas cuánticas que no estaban disponibles para Einstein". Al combinar la física cuántica con la relatividad general, Ashtekar y dos de sus investigadores posdoctorales, Tomasz Pawlowski y Parmpreet Singh, pudieron desarrollar un modelo que traza a través del Big Bang hasta un universo cada vez más pequeño que exhibe una física similar a la nuestra.
En una investigación publicada en la edición actual de Physical Review Letters, el equipo muestra que, antes del Big Bang, había un universo en contracción con geometría espacio-temporal que, de lo contrario, es similar al de nuestro universo en expansión actual. Cuando las fuerzas gravitacionales empujaron este universo anterior hacia adentro, llegó a un punto en el que las propiedades cuánticas del espacio-tiempo hacen que la gravedad se vuelva repulsiva, en lugar de atractiva. "Utilizando modificaciones cuánticas de las ecuaciones cosmológicas de Einstein, hemos demostrado que en lugar de un Big Bang clásico, de hecho, hay un rebote cuántico", dice Ashtekar. "Nos sorprendió tanto el hallazgo de que existe otro universo clásico anterior al Big Bang que repetimos las simulaciones con diferentes valores de parámetros durante varios meses, pero descubrimos que el escenario Big Bounce es robusto".
Si bien la idea general de otro universo existente antes del Big Bang se ha propuesto antes, esta es la primera descripción matemática que establece sistemáticamente su existencia y deduce las propiedades de la geometría del espacio-tiempo en ese universo.
El equipo de investigación utilizó la gravedad cuántica de bucles, un enfoque líder para el problema de la unificación de la relatividad general con la física cuántica, que también fue pionera en el Instituto Penn State de Física y Geometría Gravitacional. En esta teoría, la geometría del espacio-tiempo en sí tiene una estructura "atómica" discreta y el continuo familiar es solo una aproximación. El tejido del espacio está literalmente tejido por hilos cuánticos unidimensionales. Cerca del Big-Bang, este tejido se rompe violentamente y la naturaleza cuántica de la geometría se vuelve importante. Hace que la gravedad sea muy repulsiva, dando lugar al Big Bounce.
"Nuestro trabajo inicial supone un modelo homogéneo de nuestro universo", dice Ashtekar. “Sin embargo, nos ha dado confianza en las ideas subyacentes de la gravedad cuántica de bucles. Continuaremos refinando el modelo para representar mejor el universo tal como lo conocemos y para comprender mejor las características de la gravedad cuántica ".
La investigación fue patrocinada por la National Science Foundation, la Alexander von Humboldt Foundation y el Penn State Eberly College of Science.
Fuente original: Comunicado de prensa de PSU
