ORIGEN DEL UNIVERSO SEGÚN EL MODELO INFLACIONARIO (NO ETERNO)
Las teorías de la Inflación Cósmica o Paradigma Inflacionario tienen como antecedente los trabajos del físico ruso soviético Andrei Dmitriyevich Linde entre 1974 y 1978. El modelo de Inflación de Starobinsky (por el físico y cosmólogo ruso soviético Alexei Alexandrovich Starobinsky), formulado en 1979, es de hecho el primer modelo teórico inflacionario. Sin embargo, el estadounidense Alan Harvey Guth es admitido como quien propuso formalmente la teoría en 1981. Los modelos se realizan en general sobre la base de la métrica Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) y del modelo de Universo de Einstein-De Sitter (formulado por Albert Einstein y Willem de Sitter en 1932), es decir, un Universo homogéneo e isótropo en expansión o contracción de materia plana donde tanto la curvatura espacial como la constante cosmológica se desvanecen y dependen del tiempo. Linde propuso luego varios modelos que sustituyen o complementan la “vieja teoría” inicial de Starobinsky y Guth : la “nueva inflación (1981), la “inflación caótica” (1983), la “inflación híbrida” (1983) y la “inflación eterna” (1986). Esta última se encuentra en el contexto de las teorías del Multiverso y los escenarios eternos o infinitos.
El paradigma inflacionario no eterno admite un principio y eventualmente un final del Universo. Para explicar el instante original del Universo, el paradigma recurre a la Mecánica Cuántica en cualquiera de sus tres fórmulas: la ondulatoria de Schrödinger, la matricial de Heisenberg y la integral de caminos de Feynman. El Universo se habría originado a partir de una singularidad inicial (o alguna partícula cuántica) desde algún estado previo que podría definirse como un tipo de Vacío Cuántico (estado de mínima energía de un sistema) a partir de una fluctuación cuántica.
En el Vacío Cuántico se produce la concentración de materia y
energía en un punto inicial infinitamente pequeño, caliente y denso en un
estado cuántico previo al espacio-tiempo. La singularidad implica el colapso
del Falso Vacío en el que se originó.
Antes de producirse el Big Bang se habría formado un campo
infinito llamado Inflatón en un estado de Falso Vacío. En algún punto, debido a
la influencia de una gravedad cuántica repulsiva, tendió hacia el estado de
Vacío Real. Al alcanzar el valor mínimo de energía se vio sometido a
fluctuaciones cuánticas que lo empujan a liberar su energía inicial más alta e
incrementar su energía creando campos y las partículas asociadas a ellos. La
singularidad espacio-temporal que da origen al Big Bang sería una partícula
cuántica surgida de una fluctuación cuántica en un vacío cuántico. En otras
palabras, una fluctuación en el vacío cuántico colapsa en un universo
espacio-temporal.
Este modelo teórico implica que lo único posiblemente
infinito es en realidad el estado previo al Big Bang. El modelo inflacionario
es generalmente admitido como válido en el modelo estándar de la cosmología
física. De hecho se ha realizado una demostración matemática de su viabilidad (He,
Dongshan et al 2014). Se trató de una simulación basada en la teoría de la
trayectoria cuántica de De Broglie-Bohm, utilizando la ecuación de
Wheeler-DeWitt (WDWE), que demostró matemáticamente que es posible el
surgimiento espontáneo de una singularidad o partícula inicial desde un estado
previo sin tiempo ni espacio que podría definirse como “nada”. La idea es que,
una vez formada esa burbuja en el Vacío Verdadero esta es capaz por sí sola de
expandirse en base a su propio potencial cuántico actuando como una constante
cosmológica, sin importar si se trata de una burbuja cerrada, abierta o plana. Sin
embargo existe resistencia incluso en una parte importante de la oficialidad
académica debido a que requiere la existencia de un ajuste fino en las
condiciones iniciales para explicar distintos aspectos del modelo.
Además existen serias objeciones respecto a la teoría de la
singularidad inicial. Se las puede resumir en las tres paradojas que genera: la
paradoja de la energía (violación de la primera ley de la termodinámica: la
energía no se crea ni se destruye), la paradoja de la aniquilación
materia-antimateria (implicaría la autodestrucción automática del Universo
inicial) y la paradoja de la alta gravedad (para que se produjera la expansión
universal las partículas habrían necesitado una velocidad de escape superior a
la de la luz -3,0 x 10⁻¹ m /s
o 6,7 x 10⁻¹
millas por hora- para escapar a la fuerza gravitacional y densidad infinita
iniciales).
El Estado de Hartle-Hawking, formulado por James Hartle y Stephen Hawking en 1983 sobre la base de la fórmula integral de caminos de Feynman de Mecánica Cuántica, pretende solucionar este problema hipotetizando una función de onda sin límite precediendo a la función de onda espacio-temporal (espacio-tiempo lorentziano) que surge tras el Big Bang y eliminando la singularidad inicial. Dicho Estado se describe como un vector euclidiano en un Espacio de Hilbert caracterizado por la existencia de un espacio sin tiempo (en realidad existía algo llamado “tiempo imaginario”, concepto ideado por Gian Carlo Wick en los años 70). Este diverge de esa dimensión euclidiana de cuatro dimensiones, volviéndose tiempo real, durante la Era de Planck, dando paso a un espacio tridimensional. El Universo surge de un proceso de túnel cuántico desde una geometría euclídea de volumen cero (un estado de vacío o nada absoluta caracterizado por la ausencia de campos y de espacio-tiempo) a una geometría lorentziana de tipo Einstein-De Sitter (un estado de energía y entropía cero como lo determina la Ecuación de Wheeler-DeWitt). Mediante el proceso de túnel cuántico un campo cuántico atraviesa la barrera de potencial prohibida clásicamente desde un espacio-tiempo euclídeo a uno lorentziano por el instantón (solución de la teoría clásica de campos para un espacio euclídeo) de la función de no frontera. Es decir, en lugar de una singularidad inicial y de condiciones iniciales había un espacio-tiempo euclídeo autocontenido de geometría esférica sin bordes ni fronteras. La idea del túnel cuántico como origen del Universo, sustituyendo a la singularidad gravitacional, ya había sido utilizada en 1939 por el físico Paul Dirac.
El modelo de Hartle-Hawkins incorpora la gravedad en la integral de caminos de Feynman. De este modo, considerando que la probabilidad de que una partícula se traslade de un punto inicial a otro es igual a la suma de las amplitudes asociadas a todos los trayectos posibles y entendiendo que la gravedad es el movimiento del espacio-tiempo, tenemos que considerar a cada trayecto posible como un espacio-tiempo individual independiente. Es decir, que nuestro Universo surge como una función de onda que consiste en una superposición cuántica de todos los espacio-tiempos posibles (integral de caminos gravitacional). En este proceso, debido al recorrido de una distancia macroscópica los trayectos espacio-temporales más próximos se destruyen entre sí y únicamente sobrevive la trayectoria clásica (Universo clásico) obedeciendo el principio de Hamilton (principio de mínima acción). Según este principio la cantidad de "acción" (como magnitud escalar que expresa el producto de la energía implicada en un proceso por el tiempo de duración de ese proceso) tiende a se la mínima posible en la evolución temporal de un sistema físico. El Universo espacio-temporal clásico aparece cuando la fase de la función de onda varía mucho más rápido que la amplitud. De este modo el espacio se expande mucho más rápidamente produciendo una fase inflacionaria de la que surge un Universo de De Sitter con evolución temporal clásica asociada a la función escalar de la integral de acción.
Aunque la probabilidad del surgimiento de un Universo clásico es finita, el Universo euclídeo inicial es atemporal e infinito en sentido clásico. Teniendo en cuenta que la función de onda del Universo es realmente una superposición cuántica de Universos, el estado de Hartle-Hawkins podría suponer un eterno ciclo de creación de Universos clásicos o incluso un Multiverso.
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Propuesta alternativa a la teoría de la singularidad del Big
Bang: el Estado Hartle-hawking
Física / Por Frankline Misango Oyolo, African Leadership
College, 10 de marzo de 2022
https://icjs.us/alternative-proposal-to-the-big-bangs-singularity-theory-the-hartle-hawking-state/
Hawking, Stephen (1996) «The Beginning of Time»
https://www.hawking.org.uk/in-words/lectures/the-beginning-of-time
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REVOLUCIÓN CIENTÍFICA: EL ESTADO DE HARTLE HAWKING Y LA CREACIÓN DEL UNIVERSO Actualizado: 25 dic. 2024 https://www.revolucioncientifica.com/post/elestadodehartlehawkingylacreaciondeluniverso
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(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157323001904)
IMAGEN: El Agujero Negro Interestelar https://es.wallpapers.com/fondos-de-pantalla/destinoinalcanzable-el-agujero-negro-interestelar-7f94ybcstzwsgdw8.html
Una representación ilustrativa del túnel cuántico en un contexto de física teórica. Esta representación visual ilustra el concepto de la exposición de partículas de tunelización cuántica a través de posibles barreras. el fondo colorido enfatiza el reino cuántico resaltando el comportamiento único de las partículas subatómicas. Generado por aiDreamstime LA RAZÓN: Eva Martínez Rull Creada: Última actualización:
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