Sí, ya sé que el título suena raro, pero las cosas son así. La revista Nature publica en su versión electrónica del 1 de Julio un artículo interesante: Científicos de la Penn State University han utilizado la Gravedad cuántica de bucles para realizar nuevas predicciones sobre lo que ocurrió antes del Big Bang. Estas predicciones muestran que las propiedades del Universo anterior al nuestro (postulado por la teoría hace tiempo) son parecidas, pero no iguales, y que no es posible determinar cómo eran.
En primer lugar, ¿qué diablos es la Gravedad cuántica de bucles (Loop Quantum Gravity, o LQG, en inglés)?
La LQG es una de las teorías que aspiran a unificar la mecánica cuántica y la gravedad relativista, como la más popular Teoría de Supercuerdas. La Gravedad cuántica de bucles se llama así, además de por unificar ambas teorías, considerar que el propio espacio-tiempo está cuantizado en una especie de “lazos” o “bucles” de unos 10-35 metros de tamaño y entrelazados unos con otros, representados matemáticamente por operadores llamados redes de espín (una generalización de los bucles de Wilson).
Esta teoría no es completa aún, pero sigue avanzando y puede convertirse en un rival de consideración para los otros modelos de gravedad cuántica. Lo último que sabemos de ella es que Martin Bojowald, el autor del artículo en Nature, la ha utilizado para realizar predicciones acerca del Big Bang y lo que ocurrió antes, lo cual es imposible utilizando únicamente la Teoría de la Relatividad General o la mecánica cuántica.
De acuerdo con la teoría de Einstein, el Big Bang es una singularidad de densidad infinita. Siendo así, no existe conexión teórica posible entre lo que ocurrió despúes y lo que sucedió antes: nuestras leyes físicas se colapsan justo en el momento del Big Bang. De hecho, no tendría ni siquiera sentido hablar de un “antes del Big Bang“.
Sin embargo, añadiendo la cuántica a la gravedad relativista, el modelo de la LQG predice que en el momento del Big Bang el volumen, aunque es muy pequeño, no es cero, y la densidad, a pesar de ser muy grande, no es infinita. Dicho de otra manera, de acuerdo con la LQG el Big Bang no fue una singularidad.
En el artículo, el físico de la Penn State afirma que ha conseguido simplificar mucho las ecuaciones de la LQG, que pretenden resolver el principal problema de las teorías que tratan de unificar gravedad y cuántica: el problema de la renormalización, por el cual la solución a las ecuaciones tiene correcciones divergentes infinitas. Ya hemos hablado de ese problema aquí en el pasado, pero las soluciones de la LQG (incluyendo las más simples de Bojowald) convergen.
De modo que, en el estado actual de la Gravedad cuántica de bucles, los físicos pueden emplear las ecuaciones para ir hacia atrás en el tiempo, a partir de las magnitudes observadas en el presente, y tener un modelo de cómo fue el Big Bang…y lo que vino antes, si es que hubo algo.
El modelo de Bojowald muestra que antes del Big Bang sí hubo un Universo, y que ese Universo se contrajo hasta un volumen muy pequeño (aunque no nulo), para luego expandirse de nuevo violentamente. Vamos, un Big Crunch antes del Big Bang. De hecho, en el artículo se habla del Big Bounce, el “Gran Rebote” de esa contracción seguida de una expansión.
Pero es que, además, la LQG parece poder determinar aspectos de ese Universo anterior al nuestro. Las ecuaciones requieren una serie de parámetros: variando los parámetros cambian las predicciones del Universo (el nuestro y el anterior). Pero claro, sólo hay unos determinados valores de esos parámetros que obtienen, como solución de las ecuaciones, nuestro Universo, lo cual debería determinar los parámetros del Universo anterior.
Estos parámetros parecen mostrar que los dos Universos son parecidos, casi réplicas el uno del otro, ya que se mantienen a través del Big Bounce. Lo cual sugeriría una serie infinita de Universos idénticos que se expanden, se contraen hasta el Big Bounce, se expanden…Pero es que falta lo más interesante.
Aquí es donde el asunto se vuelve algo misterioso: resulta que hay dos parámetros complementarios que no pueden determinarse con exactitud. Uno de ellos determina lo que pasa justo después del Big Bounce y el otro lo que pasa antes…y ambos son independientes. Dicho de otra manera, de acuerdo con la LQG existe una conexión entre ambos Universos, de modo que están relacionados, pero sólo hasta cierto punto: la propia indeterminación inherente a la mecánica cuántica introduce una desconexión a un nivel fundamental entre ambos Universos, de modo que mirando al nuestro podemos saber ciertas cosas del anterior pero hay muchos “Universos anteriores” que podrían haber dado lugar al nuestro, independientemente de cómo de precisas sean nuestras medidas.
El Big Bounce de acuerdo con la LQG: Algunas propiedades del Universo se vuelven “borrosas” al atravesar el Big Bounce, desconectándolo del anterior. Crédito: Martin Bojowald, Penn State University.
Es como si las propiedades del Universo anterior se transmitieran al nuestro, como a un hijo, pero hay una propiedad que no sobrevive al Big Bounce y hace que nuestro Universo no sea una réplica exacta del anterior, sino sólo parecido…y que no podamos saber cómo era esa propiedad en el pasado. La verdad es que es difícil de asimilar, pero fascinante.
La LQG ya había hecho predicciones sobre el Big Bang anteriormente, pero el mérito de Bojowald es que ha logrado simplificar el aparato matemático lo suficiente para, manteniendo la renormalización, tener ecuaciones sencillas que permiten ver claramente cuáles son los parámetros que determinan cómo es nuestro Universo y cómo fue el anterior, y cuáles son los parámetros “libres” que no podemos determinar totalmente.
Aunque la LQG tiene que seguir desarrollándose, por ser aún una teoría incompleta (ni siquiera está claro que prediga perfectamente la relatividad clásica en cuatro dimensiones), pero se está mostrando como un rival de peso para las otras posibles “teorías del todo”. Veremos en qué queda la cosa.
Para saber más: Artículo en Physorg.
Comparte esta entrada:
El texto de El Big Bounce y los Universos desconectados , por Pedro Gómez-Esteban, salvo donde se mencione explícitamente, está publicado bajo Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.
{ 12 } Comentarios
Wow! realmente impresionante la noticia. Algo había leido yo de las redes de spín y desisti al empezar a leerlo. Creo que es hora de retomarlo. Unas preguntillas:
-Que dice esta teoria sobre el tiempo? En el Big Bounce que pasa con el tiempo? -Lo que no he entendido es lo de los bucles…que el espacio-tiempo esta hecho de bucles…y esos bucles son producto de algo o estan ahi, y por que estan ahi por que son indispensables para la teoria?
Un saludo
605U,
A mí también me parece una noticia impactante. Respecto a tus preguntas:
No tengo ni la menor idea - esta teoría me supera de lejos, y sólo sé lo que algunos buenos divulgadores han escrito sobre ella hace algunos años y recientemente (un par de enlaces al final).
Por lo que alcanzo a entender de la teoría, que tiene matemáticas más complicadas que las que nunca podré entender, el modelo de la LQG propone un espacio-tiempo cuantizado: no ya la energía, no ya la materia, sino el propio tejido del Universo está cuantizado.
Por ejemplo, si coges el volumen de algo, la teoría predice que no puede tomar cualquier valor: sólo un múltiplo de la longitud de Planck al cubo. O que si mides la superficie de algo, sólo puede tener valores de la longitud de Planck al cuadrado.
Es decir, hay una especie de “malla” que forma la propia geometría del Universo. Esta malla es un conjunto de “lazos” unidos unos a otros, sobre la que todo lo demás tiene lugar.
Por lo que he leído, los “lazos” son absolutamente imprescindibles para la teoría, y detectarlos de algún modo (o su influencia) puede ser lo que determine que la teoría sea absolutamente aceptada o no. Pero claro, la longitud de Planck es tan minúscula que es muy difícil ver la granularidad, si es que está ahí.
¡Espero que esto te haya ayudado algo! Por si quieres leer más de gente que sabe mucho más que yo:
La wikipedia en inglés (completo pero árido y difícil de entender): http://en.wikipedia.org/wiki/Loopquantumgravity
La wikipedia en español (menos completa): http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADacu%C3%A1nticade_bucles
Mi artículo favorito, de uno de los físicos involucrados: http://www.edge.org/3rdculture/smolin03/smolin03index.html
Muchas gracias por la informacion Pedro. Supongo que al igual que cuando medimos una longitud el resultado nos va a dar un multiplo de la longitud de Planck, al cronometrar un intervalo de tiempo también nos dará un numero multiplo del tiempo de Plank…
Sería interesante analizar las consecuencias que produce el hecho de que el tiempo este cuantizado…Quien sabe igual hay “partículas” encargadas de la interacción temporal! jaja. Ultimamente le estoy dando vueltas a algo parecido.
Un saludo.
desconcertante… dan ganas de leer muchísimo definitvamente
Buenos días, Hace poco tiempo que leo vuestro blog, pero me encanta, en serio, son las noticias que siempre había querido leer, no tanto de actualidad (siempre violencia), sino de la superación del ser humano. En cuanto a este artículo directamente, lo que a mí me da a entender es que el tiempo y el espacio, quedan relegados a un segundo plano, es decir como si fueran variables menos importantes que los bucles en sí. Lo que me da a pensar (lo mismo voy a meter la pata hasta el abismo…), podría hacerse una comparación entre la teoría de “capas” que rige la informática, es decir, 1ªcapa hardware, 2ªcapa, etc… y la teoría de los bucles, es decir 1ªcapa la malla del universo, 2ª capa el espacio-tiempo, etc… ya sé que es muy enrevesado y seguramente, meta la pata, pero es una idea que me ha surgido, que te parece???
Un saludo.
VIC.
“pero hay una propiedad que no sobrevive al Big Bounce y hace que nuestro Universo no sea una réplica exacta del anterior, sino sólo parecido…y que no podamos saber cómo era esa propiedad en el pasado”. Intrigante. Y me genera una duda:¿la teoría sólo predice la desaparición de una propiedad, o plantea la posibilidad de que nuevas propiedades aprezcan? Porque si cada vez desaparece una propiedad y no aparecen nuevas, cada nuevo universo tendrá menos propiedades, hasta desaparecer (no podría haber un número infinito de re-nacimientos), lo que nos permitiría saber cuántas re-encarnaciones le quedan al Universo para alcanzar su nirvana (por decirlo de alguna manera que no suene catastrófica). Por supuesto, todo ello depende de si las propiedades se perden o no, así que me estoy adelantando, ya lo sé.
Y me pregunto si habría manera de saber cuántas rencarnaciones previas tiene el universo…
Miguel,
Creo que hay dos parámetros: uno que define la propiedad de “antes” y otro la de “después”, y esos dos parámetros son los que están desconectados - si fueran el mismo, entonces no habría cambios. De modo que no desaparecen propiedades, sólo cambian…
La verdad es que es apabullante.
Por lo que entiendo, somos una nueva versión, de un Universo que existió antes que el nuestro? Habrá sido un Universo que pudo tener vida? O somos un Universo privilegiado? Uffff, apabullante en verdad amigos…
Buenas: En el comentario de 605U, decire, que hay un libro de ficcion, que mas o menos dice eso, en grandes rasgos. El caballo de trolla, en principio, lo que dice, es que si divides las particulas, hay una especie de “posicion” de parte de las mismas, las cuales, determinan el espacio, y el tiempo. De esta forma variando los “conos” de posicion, se puede viajar, en el tiempo, y el espacio. El libro se centra en el tiempo, pero bueno, despues de todo no deja de ser ficion, pero bueno, despues de todo, no se aleja mucho de la idea que tu has tenido. Un saludo
Por lo que alcanzo a entender es como si se tratara de un eterno retorno no?? o simplemente de particulas ya usadas que se asemejan un 99,9 a las actuales pero con protuberancias cosmicas zulus? nose En un ejemplificado caso una planta se convertiria en dos pero en tiempos particularmente asemejantes, considero almenos. Por otro lado estan los botones previos que distinguen mis plactones, la verdad q El tamiz de los Balrogs se sonsacan a menudo…. y que viva la sacoteca
¿Universos que forman otros universos lon una variable cambiada? a mí me suena un poco a matrix……………….
Contracción, expansión, contracción, expansión… ahora vivimos en un momento de expansión y seguramente ninguno de nosotros vivirá en el momento de contracción, aunque quizá si lo vivan generaciones venideras…
¿El tiempo pasa a la misma velocidad para todos los seres del universo? La pregunta es un poco extraña, pero lo que quiero decir es si, por ejemplo para una polilla de estas que solo viven una noche el tiempo pasa más lento (o sea que tiene la sensación de vivir bastante más de una noche). Entonces, podría haber un ser en el universo que pudiera ser capaz de vivir esas contracciones/expansiones. Quizá la cuestión sería ¿y si el tiempo fuera relativo?
Escribe un comentario