Ondulaciones cuánticas que aceleraron el universo ✛

Original: "Generalized Uncertainty Principle mimicking dynamical Dark Energy: matter perturbations and gravitational wave data analysis"
arXiv:2502.10043 · 2025-02-14 · CC BY 4.0 · 3 min
Una pequeña corrección al principio de incertidumbre en el universo temprano se comportó como energía oscura, pero para nuestra época casi ha desaparecido.

En los primeros instantes después del Big Bang, el espacio se expandía a una velocidad increíble. Una diminuta ondulación cuántica, incrustada en el propio principio de incertidumbre, empujaba la materia con más fuerza que cualquier fuerza conocida. Esa ondulación es el principio de incertidumbre generalizado, o GUP. Afirma que la posición y el momento no pueden medirse con más precisión que un cierto límite, y ese límite depende del propio momento.

El parámetro β en los cálculos varió en 40 órdenes de magnitud, desde 10⁻¹²⁵ hasta 10⁻⁸⁷. Solo con valores tan extremos aparecía una desviación notable de la cosmología estándar en las gráficas.

La mecánica cuántica ordinaria dice: cuanto más precisamente conocemos la posición de una partícula, menos sabemos sobre su velocidad. El GUP añade aquí la longitud de Planck, el tamaño mínimo posible, por debajo del cual el espacio deja de ser liso. En el trabajo de los físicos, esta corrección entró en la entropía del horizonte del universo. La entropía es una medida del desorden, y el horizonte es el límite de la parte visible del cosmos. La entropía modificada generó un término adicional en las ecuaciones de Friedmann, que describen la expansión del universo. Ese término se comporta como energía oscura con una densidad proporcional a la cuarta potencia del parámetro de Hubble.

En el universo temprano, cuando el parámetro de Hubble era enorme, esta contribución dominaba. Empujaba la materia, acelerando la expansión. Pero a medida que el universo crecía, el parámetro de Hubble disminuía y la contribución se diluía rápidamente. Hoy es demasiado pequeña para explicar la aceleración observada. Sin embargo, dejó una huella: ralentizó el crecimiento de las perturbaciones de densidad, esos cúmulos de los que más tarde se formaron las galaxias. Cuanto mayor es el parámetro β, más lentamente aumentaba el contraste de densidad.

Las ondas gravitacionales primordiales son ondulaciones del espacio-tiempo nacidas en las primeras fracciones de segundo. El GUP intensifica su espectro en altas frecuencias, y esa intensificación podría ser buscada por futuros detectores.

Otra huella está en las ondas gravitacionales primordiales. Estas ondas, predichas por la teoría inflacionaria, todavía surcan el cosmos. El GUP modifica su espectro: cuanto mayor es β, más fuerte es la señal en altas frecuencias. Futuros observatorios, como Einstein Telescope, LISA, BBO y SKA, podrían captar esa señal. Por ahora, los datos de la nucleosíntesis primordial, cuando se formaron los núcleos ligeros en el universo, dan una restricción de β < 10³⁹. Esto es 51 órdenes de magnitud más estricto que el límite de la sombra de un agujero negro, y 30 órdenes más estricto que el de la precesión del perihelio de Mercurio.

El trabajo combina por primera vez el análisis del crecimiento de estructuras y el espectro de ondas gravitacionales en un mismo modelo GUP. Antes, estos dos enfoques se aplicaban por separado. Ahora queda claro: la corrección de gravedad cuántica puede imitar una energía oscura dinámica en el universo temprano, mientras que hoy es indistinguible del modelo estándar. Por ahora, este descubrimiento no tiene aplicación práctica, pero ofrece una nueva forma de poner a prueba la gravedad cuántica. La diminuta ondulación que aceleraba el universo se ha calmado, pero su eco aún puede oírse.

El parámetro β en este trabajo varió en 40 órdenes de magnitud, desde 10⁻¹²⁵ hasta 10⁻⁸⁷, solo para que la desviación de la cosmología estándar fuera visible en la gráfica.

\Delta x \Delta p \ge \frac{1}{2}\left(1 + \beta l_p^2 \Delta p^2\right)
Incertidumbre mínima en la posición ~√β l_p cuando β>0
\rho_{DE} = M_p^2 \Lambda + \tilde{\beta} H^4
Constante cosmológica más corrección GUP proporcional a H⁴
Científicos
Albert EinsteinBarry BarishKip ThorneRichard FeynmanRussell HulseJacob Bekenstein
Conceptos
principio de incertidumbre generalizado relatividad general teoría de la gran unificación constante gravitacional prueba del principio de equivalencia efectos de gravedad cuántica curvatura de la materia oscura entropía de wald gravedad cuántica de bucles ley de la gravitación universal ley de área decoherencia gravitacional incertidumbre de la expansión cósmica homogeneidad cosmológica límite newtoniano crecimiento de estructuras teorema del área de Hawking invariancia de gauge masa de Planck regla de Cope