Después del Big Bang nuestro universo se expandió a tasas exponenciales. Según esta teoría conocida como inflación cósmica, el crecimiento explosivo produjo diminutas fluctuaciones cuánticas que luego evolucionaron para formar las galaxias. La inflación cósmica explica de manera prolija cómo es que llegó a ser tan vasto y mayormente homogéneo nuestro universo y por eso es que durante décadas mantuvo su fuerza como teoría en la cosmología.
Sin embargo, no es perfecta. La inflación cósmica depende de ciertas suposiciones teóricas que pueden volverse un tanto arbitrarias, y eso no es lo ideal en una teoría que se supone ha de explicar por qué nuestro universo es como es. Y a causa de esto es que el físico teórico Raúl Jiménez de la Universidad de Barcelona, España, buscó una forma alternativa de decodificar la dinámica del universo inicial. La propuesta que resulta de ello, que se publicó este mes en Physical Review Research, busca eliminar los excesivos parámetros circunstanciales que tienen los modelos tradicionales y que han causado que a los físicos les sea difícil concordar en una única teoría.
La propuesta desarrollada por Jiménez y colegas es un paradigma relativamente simple fundamentado mayormente en principios ya comprendidos de la mecánica cuántica y la relatividad general. Comienza con la suposición de que existía ya el universo inicial en lo que se conoce como espacio De Sitter, que considera al universo como un vacío de forma aplanada, gobernado por la relatividad general. Según la mecánica cuántica, al aplicarle energía – el Big Bang – se generan fluctuaciones cuánticas que dan lugar a modos tensores u ondas gravitacionales. Estas ondas orgánicamente sembraron trocitos de densidad en todo el universo, y esos trocitos eventualmente evolucionaron para formar galaxias, estrellas y planetas, según la teoría.
La crítica
Los críticos de la teoría inflacionaria tradicional argumentan que tiene demasiados parámetros ajustables. Uno de ellos es la inflación – campos escalares hipotéticos que según los físicos impulsaron la rápida expansión del universo primitivo. Pero la nueva teoría elimina del cuadro a la inflación, sustituyéndola con un espacio de Sitter sacudido por ondas gravitacionales.
El hecho de que la nueva teoría elimine muchos parámetros ajustables es una gran ventaja. “No hay principio general que determine estas cosas, de modo que básicamente tienes que ingresarlas a mano”, le explicó a Gizmodo en un e-mail Arthur Kosowsky, cosmólogo de la Universidad de Pittsburgh que no participó de este nuevo trabajo. “Los físicos siempre se esfuerzan por crear modelos y teorías en que cierto sentido sean tan simples como puedan ser, lo que significa que la cantidad de cosas a ingresar a mano es menor en todo lo posible”.
En un mundo ideal, una teoría o modelo que sean sólidos no tendrían que requerir tantas variables ajustables. El Modelo Estándar tiene un problema parecido, con 18 parámetros libres que hay que resolver cada vez. Los físicos “invierten mucha sangre, sudor y lágrimas (y dinero) porque la mayoría de las personas están convencidas de que tiene que haber un modelo mejor, más potente, con dos o tres parámetros en lugar de 18”, dijo Kosowsky.
Y en verdad, encontrar una explicación simple y convincente para la inflación cósmica inicial fue lo que motivó este nuevo trabajo, le dijo Jiménez a Gizmodo durante una videollamada. La fuerza de esta teoría está en que es “plenamente falsable” en el sentido de que puede o no explicar los datos de observación, afirmó. Pero también, ese es el punto débil de la teoría, algo que Jiménez reconoció. “Tal vez la naturaleza no eligió esta teoría como la forma en que funcionan las cosas”».
Por supuesto, lo más valioso de las teorías falsables es que nos dicen lo que no funciona, añadió. (Aunque suene raro, los físicos suelen utilizar algo parecido al proceso de eliminación para los fenómenos desconocidos, como la materia oscura). En cuanto a la teoría nueva que propone Jiménez, es justo preguntarse si se sostendrá ante los datos de observación, y si sobrevivirá al escrutinio matemático futuro.
La posibilidad
“Me gusta la filosofía general que impulsa este trabajo, que sería ‘veamos si podemos presentar una situación en la que surja naturalmente la inflación a partir de física básica’”, dijo Kosowsky. “Si se puede, es más elegante que sumar elementos físicos especulativos e incluso arbitrarios, y también es probable que haga predicciones más específicas, que luego puedan compararse con las observaciones”.
Durante una videollamada con Gizmodo, Andrew Liddle, cosmólogo teórico dels Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio (IA) de la Universidad de Lisboa, Portugal, comentó: “Creo que es una propuesta interesante y novedosa, algo que bien vale la pena estudiar”. Al mismo tiempo, esa simpleza también podría ser el mayor defecto, pero el tiempo, y solamente el tiempo, dirá si más cosmólogos con mente matemática se interesan en esta teoría.
“Siempre ha habido cosmólogos a los que les incomoda la teoría de la inflación. Yo soy una de ellos, y trabajo en ello”, dijo Marina Cortês, también de IA en esa misma llamada. “Una de las cosas que más incomodan sobre la inflación es que los físicos lo entienden todo a partir de Big Bang, pero no se centran en el Big Bang y las etapas más iniciales”.
Liddle y Cortés, ninguno de ellos involucrado en el nuevo trabajo, dijeron que aunque los cosmólogos (se incluyen) suelen no ponerse de acuerdo sobre cómo interpretar mejor la inflación cósmica, la evidencia parece apoyar la idea de que sí hubo inflación. Muchos físicos han presentado explicaciones alternativas pero prácticamente todo ha terminado en “la papelera” de las ideas descartadas, según explicó Liddle.
“Claro que para la imaginación no hay límites”, afirmó Liddle. Las próximas décadas también traerán nuevas ideas y modelos como este, según ambos cosmólogos.
“Ahora mismo la cosmología tiene que ver más que nada con lo que se conoce como tensiones o indicios de que las cosas no están tan bien alineadas con el modelo cosmológico estándar”, dijo Liddle. Parecen sumarse varias preguntas que amenazan con usurpar lo que sabemos sobre el universo físico – la energía oscura, la tensión de Hubble – y se unen en un paradójico paquete para la ciencia. La inflación podría formar parte de eso, añadió Cortés.
Más allá d elo que suceda, no hace falta mencionar que somos testigos de una época de entusiasmo, caos y descubrimiento en la cosmología. Sobre eso, todos los científicos expresan estar de acuerdo.
“No es soo que los datos crecen de manera exponencial sino que la calidad del análisis también suma calidad exponencialmente”, dijo Jiménez. “Creo que estamos viviendo una era dorada de la cosmología”.
Kosowsky afirmó: “Cuando pensamos en la inflación intentamos dar el siguiente paso y explicar por qué el universo se ve como se ve, y no sólo describirlo. ¿Se debe a algún profundo principio físico que todavía no descubrimos? Podría ser, y eso es lo que nos mantiene trabajando y esforzándonos por traspasar los límites de nuestro entendimiento”.
