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.