El universo | Multiverso | Universo Paralelo | Espacio tiempo | Teoria del Big Bang

Existe un amplio conjunto de evidencia científica que respalda la imagen del Universo en expansión y el Big Bang. Toda la energía de masa del Universo fue liberada en un evento que duró menos de 10 ^ -30 segundos de duración; La cosa más enérgica que haya ocurrido en la historia de nuestro Universo.NASA / GSFC

Solo han pasado 13.800 millones de años desde el Big Bang, y la velocidad máxima a la que puede viajar cualquier información, la velocidad de la luz, es finita. Aunque todo el Universo en sí mismo puede ser realmente infinito, el Universo observable es limitado. Sin embargo, según las ideas principales de la física teórica, nuestro Universo puede ser solo una región minúscula de un multiverso mucho más grande, dentro del cual están contenidos muchos Universos, tal vez incluso un número infinito. Algo de esto es ciencia real, pero algo no es más que especulación, ilusiones. Aquí se explica cómo saber cuál es cuál. Pero primero, un poco de historia.

El Universo de hoy tiene algunos hechos al respecto que son relativamente fáciles de observar, al menos con instalaciones científicas de clase mundial. Sabemos que el Universo se está expandiendo: podemos medir las propiedades de las galaxias que nos enseñan su distancia y la rapidez con la que parecen alejarse de nosotros. Cuanto más lejos están, más rápido parecen retroceder. En el contexto de la relatividad general, eso significa que el universo se está expandiendo.

Y si el Universo se está expandiendo hoy, eso significa que era más pequeño y más denso en el pasado. Si extrapola hacia atrás lo suficiente, encontrará que las cosas también son más uniformes (porque la gravedad toma tiempo para que las cosas se agrupen) y más calientes (porque las longitudes de onda más pequeñas para la luz significan energías / temperaturas más altas). Esto nos lleva de vuelta al Big Bang.

Una ilustración de nuestra historia cósmica, desde el Big Bang hasta el presente, dentro del contexto del Universo en expansión. La primera ecuación de Friedmann describe todas estas épocas, desde la inflación hasta el Big Bang hasta el presente y lejos en el futuro, con toda precisión, incluso hoy en día. EQUIPO DE CIENCIAS DE LA NASA / WMAP

¡Pero el Big Bang no fue el comienzo del Universo! Solo podemos extrapolar a una cierta época en el tiempo antes de que se derrumben las predicciones del Big Bang. Hay una serie de cosas que observamos en el Universo que el Big Bang no puede explicar, pero una nueva teoría que establece el Big Bang, la inflación cósmica, sí puede.

Las fluctuaciones cuánticas que ocurren durante la inflación se extienden por todo el Universo, y cuando termina la inflación, se convierten en fluctuaciones de densidad. Esto conduce, con el tiempo, a la estructura a gran escala en el Universo hoy, así como a las fluctuaciones de temperatura observadas en el CMB.E. SIEGEL, CON IMÁGENES DERIVADAS DE ESA / PLANCK Y LA FUERZA DE TRABAJO DE INTERAGENCIAS DE LA DOE / NASA / NSF SOBRE LA INVESTIGACIÓN DE CMB

En la década de 1980, se resolvió una gran cantidad de consecuencias teóricas de la inflación, que incluyen:

  • cómo deberían ser las semillas para una estructura a gran escala,
  • que las fluctuaciones de temperatura y densidad deberían existir en escalas más grandes que el horizonte cósmico,
  • que todas las regiones del espacio, incluso con fluctuaciones, deben tener una entropía constante,
  • y que el Big Bang caliente debería alcanzar una temperatura máxima.

En los años 1990, 2000 y 2010, estas cuatro predicciones fueron confirmadas por observación con gran precisión. La inflación cósmica es un ganador.

La inflación hace que el espacio se expanda exponencialmente, lo que puede dar como resultado que cualquier espacio curvo o no liso preexistente aparezca plano. Si el Universo es curvo, tiene un radio de curvatura que es, como mínimo, cientos de veces mayor que lo que podemos observar. SIEGEL (L); TUTORIAL DE COSMOLOGÍA DE NED WRIGHT (R)

La inflación nos dice que, antes del Big Bang, el Universo no estaba lleno de partículas, antipartículas y radiación. En cambio, estaba lleno de energía inherente al espacio mismo, y esa energía hizo que el espacio se expandiera a una velocidad rápida, implacable y exponencial. En algún momento, la inflación termina, y toda (o casi toda) esa energía se convierte en materia y energía, dando lugar al caliente Big Bang. El fin de la inflación, y lo que se conoce como el recalentamiento de nuestro Universo, marca el comienzo del gran Big Bang. El Big Bang todavía ocurre, pero no es el comienzo.

La inflación predice la existencia de un gran volumen de Universo no observable más allá de la parte que podemos observar. Pero nos da aún más que eso. SIEGEL / MÁS ALLÁ DE LA GALAXIA

Si esta fuera la historia completa, todo lo que tendríamos sería un universo extremadamente grande. Tendría las mismas propiedades en todas partes, las mismas leyes en todas partes, y las partes que estaban más allá de nuestro horizonte visible serían similares a donde estamos, pero no se llamaría justificadamente el multiverso.

Hasta que recuerdes que todo lo que existe físicamente debe ser de naturaleza inherentemente cuántica. Incluso la inflación, con todas las incógnitas que la rodean, debe ser un campo cuántico.

La naturaleza cuántica de la inflación significa que termina en algunos

Si luego requiere inflación para tener las propiedades que tienen todos los campos cuánticos:

  • que sus propiedades tienen incertidumbres inherentes a ellas,
  • que el campo se describe por una función de onda,
  • y los valores de ese campo pueden extenderse con el tiempo,

Llegas a una conclusión sorprendente.

Donde ocurre la inflación (cubos azules), da lugar a exponencialmente más regiones del espacio con cada paso adelante en el tiempo. Incluso si hay muchos cubos donde termina la inflación (X rojas), hay muchas más regiones donde la inflación continuará en el futuro. El hecho de que esto nunca llegue a su fin es lo que hace que la inflación sea 'eterna' una vez que comienza. SIEGEL / MÁS ALLÁ DE LA GALAXIA

La inflación no termina en todas partes a la vez, sino en ubicaciones selectas y desconectadas en un momento dado, mientras que el espacio entre esas ubicaciones continúa inflándose. Debería haber múltiples y enormes regiones del espacio donde termina la inflación y comienza un Big Bang caliente, pero nunca pueden encontrarse, ya que están separadas por regiones de espacio inflado. Dondequiera que comience la inflación, es casi seguro que continuará por una eternidad, al menos en algunos lugares.

Donde la inflación termina para nosotros, tenemos un Big Bang caliente. La parte del Universo que observamos es solo una parte de esta región donde terminó la inflación, con un Universo más no observable más allá de eso. Pero hay innumerables regiones, todas desconectadas entre sí, con la misma historia exacta.

Una ilustración de múltiples universos independientes, causalmente desconectados entre sí en un océano cósmico en constante expansión, es una representación de la idea del multiverso. En una región donde comienza el Big Bang y termina la inflación, la tasa de expansión disminuirá, mientras que la inflación continúa entre dos de esas regiones, separándolas para siempre. DOMINIO OZITIVO / PÚBLICO

Esa es la idea del multiverso. Como puede ver, se basa en dos aspectos independientes, bien establecidos y ampliamente aceptados de la física teórica: la naturaleza cuántica de todo y las propiedades de la inflación cósmica. No hay forma conocida de medirlo, así como tampoco hay forma de medir la parte no observable de nuestro Universo. Pero las dos teorías subyacentes, la inflación y la física cuántica, han demostrado ser válidas. Si tienen razón, entonces el multiverso es una consecuencia ineludible de eso, y estamos viviendo en él.

La idea del multiverso afirma que hay un número arbitrariamente grande de Universos como el nuestro, pero eso no significa necesariamente que haya otra versión de nosotros, y ciertamente no significa que haya alguna posibilidad de encontrar una versión alternativa de ti mismo. ... o cualquier cosa de otro universo en absoluto. LEE DAVY / FLICKR

¿Y qué? Eso no es mucho, ¿verdad? Hay muchas consecuencias teóricas que son inevitables, pero que no podemos saber con certeza porque no podemos probarlas. El multiverso es uno en una larga línea de esos. No es una realización particularmente útil, solo una predicción interesante que cae de estas teorías.

Entonces, ¿por qué tantos físicos teóricos escriben artículos sobre el multiverso? ¿Sobre los universos paralelos y su conexión con los nuestros a través de este multiverso? ¿Por qué afirman que el multiverso está conectado al paisaje de cuerdas, la constante cosmológica e incluso al hecho de que nuestro Universo está finamente sintonizado para la vida?

Porque aunque obviamente es una mala idea, no tienen ninguna mejor.

El panorama de cuerdas puede ser una idea fascinante que está llena de potencial teórico, pero no predice nada que podamos observar en nuestro Universo. Esta idea de belleza, motivada por la resolución de problemas 'no naturales', no es suficiente por sí sola para alcanzar el nivel requerido por la ciencia. UNIVERSIDAD DE CAMBRIDGE

En el contexto de la teoría de cuerdas, hay un gran conjunto de parámetros que, en principio, podrían tomar casi cualquier valor. La teoría no hace predicciones para ellos, por lo que tenemos que ponerlos a mano: los valores de expectativa de la cadena vacua. Si has oído hablar de números increíblemente grandes como el famoso 10500 que aparece en la teoría de cuerdas, los posibles valores de la vacuna de cadena son a lo que se refieren. No sabemos qué son ni por qué tienen los valores que tienen. Nadie sabe cómo calcularlos.

Una representación de los diferentes

Entonces, en cambio, algunas personas dicen "¡es el multiverso!" La línea de pensamiento es así:

  • No sabemos por qué las constantes fundamentales tienen los valores que tienen.
  • No sabemos por qué las leyes de la física son lo que son.
  • La teoría de cuerdas es un marco que podría darnos nuestras leyes de la física con nuestras constantes fundamentales, pero podría darnos otras leyes y / u otras constantes.
  • Por lo tanto, si tenemos un enorme multiverso, donde muchas regiones diferentes tienen leyes y / o constantes diferentes, una de ellas podría ser la nuestra.

El gran problema es que no solo es enormemente especulativo, sino que no hay razón, dada la inflación y la física cuántica que conocemos, para suponer que un espacio-tiempo inflado tiene diferentes leyes o constantes en diferentes regiones.

¿No te impresiona esta línea de razonamiento? Tampoco es prácticamente nadie más.

¿Cuán probable o improbable era que nuestro Universo produjera un mundo como la Tierra? ¿Y cuán plausibles serían esas probabilidades si las constantes o leyes fundamentales que rigen nuestro Universo fueran diferentes? Un Universo afortunado, de cuya portada fue tomada esta imagen, es uno de esos libros que explora estos temas. GERAINT LEWIS Y LUKE BARNES

Como he explicado antes, el Multiverso no es una teoría científica por sí solo. Más bien, es una consecuencia teórica de las leyes de la física tal como se entienden mejor hoy. Tal vez incluso sea una consecuencia inevitable de esas leyes: si tienes un Universo inflacionario gobernado por la física cuántica, esto es algo con lo que seguramente terminarás. Pero, al igual que la teoría de cuerdas, tiene algunos problemas importantes: no predice nada que hayamos observado y no podemos explicar sin él, y no predice nada definitivo que podamos buscar.

Visualización de un cálculo de la teoría de campo cuántico que muestra partículas virtuales en el vacío cuántico. Incluso en el espacio vacío, esta energía de vacío no es cero. Si tiene el mismo valor constante en otras regiones del multiverso es algo que no podemos saber, pero no hay ninguna motivación para que sea así. DEREK LEINWEBER

En este universo físico, es importante observar todo lo que podamos y medir todo el conocimiento que podamos obtener. Solo del conjunto completo de datos disponibles podemos esperar sacar conclusiones científicas válidas sobre la naturaleza de nuestro Universo. Algunas de esas conclusiones tendrán implicaciones que tal vez no podamos medir: la existencia del multiverso surge de eso. Pero cuando las personas sostienen que pueden sacar conclusiones sobre constantes fundamentales, las leyes de la física o los valores de la cadena de vacunas, ya no están haciendo ciencia; Están especulando. Las ilusiones no sustituyen datos, experimentos u observables. Hasta que tengamos esos, tenga en cuenta que el multiverso es una consecuencia de la mejor ciencia que tenemos disponible hoy, pero no hace ninguna predicción científica que podamos poner a prueba.

Espero que esto pueda traer alguna importancia al tema Astrofísica.

Jyotiraditya