El Universo podría haber surgido de la nada

Big Bang: la idea de que no había nada, y luego explotó.
Crédito: Chaoss/Shutterstock.

Una gran cantidad de pruebas apoyan la teoría del Big Bang. Según el consenso científico actual, el Universo “explotó” en existencia hace aproximadamente unos 13,7 mil millones de años. Las ondas gravitacionales, el fondo cósmico de microondas, y la abundancia de elementos primordiales suman un gran peso a la validez de la teoría del Big Bang. Sin embargo, a pesar de todas estas evidencias, a los científicos todavía les queda una gran pregunta por resolver: ¿Qué causó el Big Bang? ¿De dónde proviene toda la materia?

Muchos científicos suponen que el Universo surgió de la nada, lo cual es una idea que sólo puede ser cierta a la luz de la teoría cuántica. En última instancia, las fluctuaciones cuánticas podrían permitir la formación de un Universo a partir de la nada. Sin embargo, sin ninguna prueba matemática, la idea de que el Universo surgió espontáneamente no tiene ningún fundamento. Y ahí estaba el problema. No teníamos las matemáticas necesarias para apoyar la hipótesis del “Universo de la nada”.

Aquí es donde Dongshan He y su equipo del Instituto Wuhan de Física y Matemáticas (WIPM) entran en juego. Han logrado desarrollar la primera prueba matemática de que el Big Bang podría haber sido el resultado de las fluctuaciones cuánticas. La ecuación de Wheeler-DeWitt y el principio de incertidumbre de Heisenberg son las bases de esta nueva prueba.

La ecuación de Wheeler- DeWitt es parte de la primera generación de una teoría del todo. En la década de 1960, John Wheeler y Brice Dewitt propusieron una estructura matemática que creó una unión entre la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general. La ecuación establece las bases para la idea de la gravedad cuántica (uno de los principales problemas que tenemos con la comprensión de todo el Universo es que no tenemos ningún modelo matemático para unir la gravedad y la mecánica cuántica). El mayor problema de estas ecuaciones es que no incluyen el tiempo. Así que no son las ecuaciones de la gran unificación, pero es lo mejor que tenemos por el momento.

Por otro lado, el principio de incertidumbre de Heisenberg es más conocido. En su forma más simple, este principio establece que un observador no puede conocer la ubicación y el momento de una partícula cuántica (de lo contrario, estaríamos violando el principio de la termodinámica). Con el principio de incertidumbre, vemos que el espacio vacío no está realmente vacío. En el interior del vacío, a las partículas se les permiten entrar y salir de la existencia debido a las fluctuaciones cuánticas probabilísticas (aquí es donde surgió la idea del “falso vacío”).

Pero, ¿cómo nos ayuda todo esto? Dongshan explicó: “Hemos demostrado que, una vez que se crea pequeña burbuja de verdadero vacío, tiene la oportunidad de ampliarse exponencialmente.”

Multiversos. Crédito: National Geographic.

El equipo WIPM describe estas burbujas de verdadero vacío como una esfera perfecta. Utilizan esta información para averiguar qué tan rápido el radio de la esfera se puede expandir. A partir de aquí, tienen que analizar la burbuja en las tres posibles geometrías del espacio-tiempo: abierta, cerrada, o plana. En cualquier caso, el equipo de WIPM encontró que la burbuja se expandiría como si se tratase de una gran explosión (el Big Bang).

Estas nuevas ecuaciones nos proporcionan ideas muy interesantes sobre el Universo. La hipótesis explica la energía oscura, la energía que está causando la expansión del espacio-tiempo, como una cantidad llamada potencial cuántico. El potencial cuántico sale de la teoría de la onda piloto, que es una interpretación menos conocida de la mecánica cuántica (básicamente, es una sustitución o una finalización de la teoría cuántica tal y como la entendemos hoy en día). La teoría de onda piloto es capaz de reproducir todas las predicciones hechas por la teoría cuántica actual, explica cosas como la paradoja del gato de Schrödinger, y añade además la cantidad de potencial cuántico.

El mayor problema con la teoría de la onda piloto es que no hace predicciones que son exclusivas de la teoría. Todas la predicciones hechas por la onda piloto, o bien son idénticas a las interpretaciones más aceptadas de la teoría cuántica, o bien no se pueden probar. Esto es hasta ahora, hasta que esta nueva estructura matemática fue derivada por el WIPM.

La teoría de la onda piloto nunca había tenido éxito porque sólo repetía lo que la teoría cuántica hacía. Como el potencial cuántico es una parte clave de estas nuevas ecuaciones, es posible que los científicos investiguen de nuevo la idea de la onda piloto, y quizá incluso, empujen nuestra comprensión del Universo un paso más allá.

Fuente: Quarks to Quasars