UNIVERSO

El Big Bang ocurre todos los días en el Universo

El Big Bang no ha sido un episodio insólito en la historia del Universo, sino que constituye un fenómeno corriente, que se genera constantemente, creando múltiples universos paralelos en regiones remotas del espacio y del tiempo, según dos físicos de la Universidad de Chicago. Este modelo se basa en la naturaleza del vacío cuántico, lugar de procedencia del Universo, en el que la combinación de un pequeño vacío con una modesta inflación es suficiente para provocar entropía y crear universos. Este proceso de inflación universal es el que explica la flecha del tiempo. Por Eduardo Martínez de Tendencias Científicas.

Siempre se nos ha enseñado que toda la creación se originó por una gran explosión cósmica, conocida como Big Bang, que ocurrió de forma excepcional y única en la historia del Universo hace unos 13 mil o 14 mil millones de años

Según el modelo del Big Bang, el Universo es finito y tuvo un comienzo en el momento en el que la materia existente alcanzó una densidad y una temperatura suficientemente alta para generar la explosión creativa. Los datos obtenidos hasta ahora por la observación directa coinciden con la teoría del Big Bang.

Las primeras estrellas se formaron alrededor de mil millones de años después del Bing Bang. Pero nuestro Universo comenzará a contraerse en algún momento y aumentará su temperatura hasta llegar nuevamente a su estado inicial (Big Crunch).

Sin embargo, una nueva teoría establece que el Big Bang podría no ser un fenómeno extraordinario, que la entropía es infinita y que el creciente desorden del Universo no conduce a la muerte cósmica, sino que prolonga la existencia de galaxias, estrellas y planetas hasta el infinito porque la flecha del tiempo, tal como la conocemos, ha podido tener otras direcciones en un pasado remoto inaccesible desde nuestra época.

Big Bang diario

Según esta teoría, el Big Bang es un acontecimiento cotidiano en la historia del Universo que sucede eternamente a escalas de tiempo increíblemente grandes, creando universos paralelos al nuestro en remotas regiones espaciotemporales porque la entropía no es finita, como se piensa actualmente, sino que en realidad es infinita.

Es lo que proponen dos físicos de la Universidad de Chicago, Sean Carroll y Jennifer Chen, en un artículo en el que responden a dos de las cuestiones teóricas no resueltas por la física: por qué el flujo del tiempo transcurre únicamente en una dirección (del pasado al futuro), y por qué el Big Bang pudo ser realmente el resultado de una fluctuación de la energía procedente del vacío cuántico.

La respuesta a ambas preguntas señala que la inflación universal es la que explica la flecha del tiempo, lo que no excluye que en un remoto pasado el tiempo pudiera tener una dirección inversa a los ojos de los astrónomos actuales.

El Big Bang, a su vez, pudo formarse de la nada porque el vacío es el estado natural por excelencia, según la termodinámica, y porque basta la combinación de un pequeño vacío con una modesta inflación para provocar entropía y crear universos. La inflación es una prolongación de la teoría del Big Bang según la cual el Universo pasó por un período de expansión máxima en una fracción de segundo después del Big Bang.

De ambas hipótesis se desprende que, posiblemente, ha habido múltiples explosiones similares al Big Bang que han podido crear universos paralelos al nuestro en regiones remotas del cosmos, tanto en el espacio como en el tiempo.

La flecha del tiempo

Tal como explica al respecto la Universidad de Chicago en un comunicado que ha traducido Astroseti, la cuestión sobre la flecha del tiempo intriga a los científicos porque la mayor parte de las leyes fundamentales de la física no separan el pasado del futuro. El concepto de entropía, a su vez, se basa en el flujo del tiempo, ya que establece que el desorden o caos aumenta con el paso del tiempo, tal como señaló el físico Ludwig Boltzmann hace ya un siglo.

Espacio y tiempo son conceptos que no tienen sentido antes de la aparición de la materia en el Universo, por lo que en el modelo cosmológico actual se considera que el espacio y el tiempo aparecen con la materia en el mismo momento del Big-Bang.

Según este modelo cosmológico, a medida que el tiempo fluye, la entropía global del Universo también aumenta. Como la flecha del flujo del tiempo es irreversible, la flecha de flujo de la entropía también es irreversible. En el Universo, la cantidad de energía útil disminuye paulatinamente y aumenta la forma degradada de energía.

Dado que la entropía global siempre está en constante aumento, causará en algún momento el desplome térmico de todos los biosistemas en el Universo conocido, fenómeno conocido como Muerte Térmica del Biocosmos. Fin del Universo, de la vida, del tiempo y también de la entropía, según el actual modelo cosmológico.

Entropía infinita

Sin embargo, aunque el Universo posee una cantidad extrema de entropía específica que es esencial para la vida, continúa siendo un misterio descubrir por qué la entropía era escasa en los comienzos del Universo, una cuestión a la que los físicos de Chicago aportan ahora una singular respuesta.

Lo que proponen es considerar que la entropía del Universo es infinita y no limitada en el tiempo, como se considera hasta ahora. De hecho, según su teoría, la entropía podría aumentar constantemente y evitar la muerte térmica del biocosmos.

Carroll y Chen consideran que si la entropía es infinita, el Universo se expande eternamente gracias a la así conocida como energía oscura, que es la que está provocando que el Universo esté creciendo a un ritmo acelerado, en lugar de estar en desaceleración constante, tal como se ha verificado recientemente.

Eso significa que en la actualidad la entropía continúa creciendo, lo que mantiene la expansión del Universo y al mismo tiempo lo llena de energía oscura, que es a

nuestros ojos espacio vacío. La mayor parte de la energía observada en el Universo es del tipo de energía del vacío o energía oscura.

Potencialidad del vacío cuántico

Pero ese espacio vacío no es equivalente a la nada, toda vez que mantiene rastros débiles de energía a escala subatómica, tal como sugirieron, en un interesante artículo, Jaume Garriga, de la Universidad Autónoma de Barcelona, y Alexander Vilenkin, de la Universidad Tufts.

Ambos consideran que las fluctuaciones del vacío cuántico pueden generar sus propios Bigs Bangs en diferentes áreas del Universo separadas entre sí tanto en el tiempo como en el espacio. En consecuencia, sostienen que debe haber un infinito número de regiones del espacio similares a la de nuestro Universo observable en las que posiblemente haya vida inteligente.

Carroll y Chen amplían esta reflexión y sugieren que la expansión del Universo pudo iniciarse "al revés" en un pasado remoto: en el escenario que imaginan de las condiciones iniciales del Universo, ambos autores señalan que los acontecimientos pudieron ocurrir tanto hacia el pasado como hacia el futuro. Esta hipótesis implica que el tiempo pudo tener una dirección inversa a los ojos de los astrónomos actuales, respecto a la tradicional dirección del tiempo.Según razonan ambos autores, los universos creados en estas explosiones cósmicas no tienen en cuenta la dirección del tiempo y contribuyen a aumentar la entropía, lo que supone aceptar que el Universo nunca alcanza el equilibrio: si lo alcanzara la flecha del tiempo no existiría.

La propuesta de Carroll y Chen revoluciona la tradicional teoría cosmológica, basada en la entropía finita. La entropía es el segundo principio de la termodinámica, que puede definirse esquemáticamente como el "progreso para la destrucción" o "desorden inherente a un sistema".

La Segunda Ley de la Termodinámica es la más universal de las leyes físicas. En su interpretación más general establece que a cada instante el Universo se hace más desordenado.

Hay un deterioro general pero inexorable hacia el caos. Carroll y Chen añaden ahora que ese desorden no conduce a la muerte del Universo, sino a su expansión infinita. Viaje al origen del Universo

Físicos de EE.UU. lograron una temperatura de dos billones de grados, la más alta jamás registrada en el mundo, haciendo chocar núcleos de oro unos contra otros a velocidades próximas a la de la luz. Los científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven, donde se realizó el experimento, creen haber conseguido un estado de la materia igual al que reinaba en el Universo unos diez microsegundos después del Big Bang: el plasma de quarks y gluones, la madre de toda la materia del cosmos.

Pero en lugar de comportarse como un gas como esperaban, el plasma se comportó como un fluido. ¿Acaso tuvo el Universo una infancia líquida? “Los resultados son algo desconcertantes y muy interesantes”, explica Enrique Fernández, director del Instituto de Física de Altas Energías de la Universidad Autónoma de Barcelona. Ahora, los físicos de Brookhaven intentarán aclarar si la materia que han creado es efectivamente el plasma de quarks y gluones que llevan cinco años buscando o un nuevo e insospechado estado de la materia.

Nadie ha visto nunca un quark. Y tampoco un gluón. En los primeros microsegundos o millonésimas de segundo después del Big Bang, cuando todo el Universo estaba concentrado en unos pocos kilómetros de diámetro, flotaron separados unos de otros. Pero en cuanto el Universo se expandió y la temperatura Para recrear el Big Bang los físicos dispararon haces de núcleos de átomos de oro a la velocidad de la luz en direcciones opuestas en un acelerador de partículas (en la imagen). Eligieron oro porque libera gran cantidad de energía, y por lo tanto de calor, en los impactos. cayó por debajo del billón de grados, hace 13.700 millones de años, los quarks se unieron de tres en tres formando los protones y los neutrones con los que más adelante se construirían las galaxias, las estrellas y los seres vivos. También los gluones, que actúan como el pegamento con que están unidos los quarks (el nombre viene del inglés glue, pegamento), quedaron atrapados en las jaulas de protones y neutrones.

Trece mil setecientos millones de años después, un equipo de físicos de Brookhaven ha intentado liberar algunas de aquellas partículas aprisionadas para reconstruir los primeros instantes del Universo y comprobar si sus teorías son correctas. Para ello, dispararon dos haces de núcleos de átomos de %oro a un 99,995% de la velocidad de la luz en direcciones opuestas en el interior de un acelerador de partículas en forma de anillo de 3,8 kilómetros de longitud.Desde el año 2000, se han provocado choques frontales entre los núcleos de oro en seis puntos del anillo para alcanzar, durante 0,00000000000000000000001 segundos, temperaturas suficientes para crear un plasma de quarks y gluones.

Se han elegido núcleos de oro porque son pesados, de modo que liberan una gran cantidad de energía, y por lo tanto de calor, en los impactos. El plasma es tan efímero que los físicos no pueden observarlo directamente. Pero a partir de lo que observan después pueden deducir, como un detective a partir de unas huellas, qué ha ocurrido en el momento decisivo.

Perfección líquida

A raíz de un experimento similar realizado con plomo en lugar de oro, físicos del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas en Ginebra, ya anunciaron en el año 2000 que habían obtenido un plasma de quarks y gluones, pero los resultados no fueron considerados concluyentes. “Lo que se ha observado ahora en Brookhaven parece ser más robusto”, explica Enrique Fernández.

Según resultados que se presentarán en la revista Nuclear Physics A, en Brookhaven se ha creado “el líquido más próximo a la perfección jamás observado”, informa Sam Aronson, director adjunto del laboratorio. La perfección de un líquido se mide según su viscosidad, es decir, la facilidad con la que fluye y la resistencia que ofrece a los objetos que fluyen por él. La miel, por ejemplo, tiene una viscosidad alta. El agua la tiene baja. El líquido perfecto la tendría nula.

“Es un hallazgo realmente sorprendente”, añade Praveen Chaudhari, director del laboratorio de Brookhaven. Allí donde los físicos esperaban observar un comportamiento parecido al de un gas, han encontrado algo parecido a un líquido. Un líquido, además, distinto de cualquier otro líquido conocido. Está claro que “tenemos un nuevo estado de la materia”, afirma Aronson. Y lo que los físicos de Brookhaven esperan aclarar en los dos próximos años es si este estado es el

esperado plasma de quarks y gluones, o bien una ventana a una faceta hasta ahora desconocida del Universo.