cosmología no singular

$$10^{-35}$$ segundos. Un instante diminuto en el que el universo se expande $$10^{26}$$ veces. Inmediatamente después, atraviesa miles de transformaciones rápidas — como una canica saltando a lo largo de una cadena de túneles. Esta cascada constituye la esencia de la inflación en cadena, propuesta por primera vez por Alan Guth.

El asunto del reloj en el universo es delicado. Normalmente, en los cálculos del nacimiento del mundo, el papel de reloj lo desempeña un campo escalar especial — algo así como un fluido invisible que llena todo el espacio. Hace tictac, y los físicos observan cómo cambia el mundo respecto a ese tictac. Pero ese reloj es artificial, se introdujo por comodidad.

El Universo resonó intensamente en sus primeros instantes. En la era de la inflación, cuando el espacio se expandía más rápido que la luz, las energías eran monstruosas — billones de veces mayores que en el Gran Colisionador de Hadrones.

En 1981, Alan Guth propuso el escenario de la inflación cosmológica —una expansión vertiginosa del espacio que estiró las fluctuaciones cuánticas hasta el tamaño de galaxias enteras. Desde entonces, los cosmólogos, como arqueólogos, excavan este evento a través de las estructuras del Universo.

En los primeros instantes de la vida del universo no había ni rastro de energía oscura: esa fuerza que hoy separa las galaxias cada vez más rápido. Pero si miramos más profundo, a la escala de Planck (miles de millones de miles de millones de veces más pequeña que el núcleo atómico), el espacio-tiempo deja de ser liso.

El principio cosmológico —la afirmación de que el Universo a gran escala es homogéneo e isótropo— ha custodiado nuestra comprensión del mundo desde los tiempos de Edwin Hubble y Georges Lemaître, cuyas ideas sentaron las bases del modelo del Big Bang.

La explosión de una lejana supernova nos contó algo difícil de creer: el mundo se expande cada vez más rápido. El motor de esta aceleración es la energía oscura, casi el 70% de todo lo que existe.

El universo no siempre se ha estado expandiendo. En algunos modelos, primero se contrae —casi vacío y plano— y luego, al alcanzar el límite, rebota y comienza a crecer, como el mundo que conocemos. Este escenario se denomina cosmología rebotante.

Después del Big Bang, el universo pudo haber quedado atrapado en un falso vacío, un estado temporal como una burbuja de jabón lista para reventar. Una rara burbuja de vacío verdadero podría entonces estallar, estirando el espacio en un abrir y cerrar de ojos.

Por una sábana tensa corre un pliegue solitario: un salto abrupto de altura que no se deshace, sino que se mueve como un todo. Los físicos llaman a ese pliegue "kink". Si se tira bruscamente de la sábana en un punto, se propagará una ondulación. Pero en algunos medios, esa ondulación no se dispersa, sino que se agrupa en un bulto y vibra en el mismo lugar durante decenas y cientos de ciclos. Ese bulto es un oscilón.

El universo se expande con aceleración, como una masa que sube cada vez más rápido aunque la levadura se acabó hace tiempo. Durante veinte años, los astrónomos han buscado la causa y la llaman energía oscura. Pero qué es exactamente sigue siendo un misterio. El nuevo trabajo propone una fuente inesperada: el vacío dentro del núcleo atómico.

Un traductor no solo escucha las palabras, sino también la entonación, las pausas, el temblor de la voz. El análisis entrópico ordinario de las perturbaciones cósmicas se parece a un acta de reunión: registra los hechos, pero pierde los matices. La pseudoentropía entropía es una nueva herramienta que capta la "música" oculta del universo temprano.

Sería un billar extraño si las bolas no tuvieran masa. No chocarían, sino que pasarían unas a través de otras sin notar obstáculos. Así se ve aproximadamente el intento de imaginar la luz como un flujo de partículas clásicas: pequeños corpúsculos elásticos que vuelan en línea recta. Una nueva demostración pone fin a esta imagen.

Un agujero negro ordinario es como una estufa que calienta más cuanto menor es su masa. Un agujero diminuto debería incandescer a temperaturas inimaginables y evaporarse al instante.

Durante casi un siglo, los cosmólogos se han enfrentado al enigma: ¿qué provoca que el Universo se expanda cada vez más rápido? La respuesta convencional — la energía oscura — genera una discrepancia colosal entre la densidad de vacío teórica y las observaciones. Pero existe otro camino que invierte la causalidad.

Nuestro universo no solo se expande: lo hace cada vez más rápido. Es como una masa con pasas en el horno: las pasas se alejan unas de otras, y cuanto más lejos ya han volado, más rápido continúan separándose. La extraña fuerza que empuja el cosmos recibió el nombre de energía oscura.

Un universo eterno, donde crece la medida del desorden (entropía), se presenta la mayor parte del tiempo como un vacío homogéneo. En él, ocasionalmente se ensamblan por azar estructuras complejas, como conciencias fugaces: los «cerebros de Boltzmann».

El fin del universo no es simplemente oscuridad. Si la energía oscura lo desgarra en pedazos o si se contrae de nuevo en un punto, como un Big Bang al revés, se produce una singularidad: el momento en que la física convencional falla. Durante mucho tiempo se creyó que en ese incendio cósmico todo desaparecía.

Un globo no se desinfla todo a la vez: primero aparecen abolladuras que corren, se fusionan y, al final, el globo se arruga hasta convertirse en un punto. Algo parecido ocurre con las paredes de dominio: delgadas fronteras que dividían el espacio en los primeros instantes después del Big Bang.

El nacimiento del universo no se parece a una explosión, sino a un atasco de tráfico. Al principio, en una diminuta fracción de segundo después del Big Bang, el espacio se expandía lentamente, como coches en un embotellamiento. Luego vino un acelerón brusco: la expansión acelerada que los cosmólogos llaman inflación.

Un imán con un solo polo: el norte, pero sin el sur. Córtalo por la mitad y, en lugar de dos imanes normales, obtendrás dos imanes de un solo polo. En nuestro mundo aún no se han encontrado partículas así, aunque muchas teorías predicen su existencia. Estos objetos hipotéticos se llaman monopolos magnéticos. Los autores del trabajo han notado una conexión curiosa.

La historia clásica del nacimiento del Universo a partir de un punto ardiente Big Bang se topa con preguntas incómodas: ¿por qué el cosmos es tan homogéneo y qué había antes de la singularidad?

Lo primero que viene a la mente al pensar en el nacimiento del universo es una explosión. Pero la cosmología moderna pinta un cuadro más refinado: el nacimiento a través del cuello de una copa de vino.

En física hay un dolor persistente. La relatividad general describe el origen del Universo como un punto — una singularidad donde las ecuaciones colapsan y el volumen se hace cero. La mecánica cuántica insinúa que en el momento más crítico algo no sucede como predice la física clásica.

En 1965, Penrose sacudió la física con un trueno matemático: cualquier estrella lo suficientemente masiva, al comprimirse bajo su propio peso, inevitablemente cae en una singularidad, una región donde la curvatura del espacio-tiempo se vuelve infinita y las leyes de la física dejan de funcionar.

Una goma elástica que se estira en direcciones opuestas no se comporta como una hoja de papel entera. Si tiras de un extremo, la deformación no se propaga uniformemente, sino que parece retenerse en ciertas zonas.

Normalmente la historia del universo se cuenta así: había nada, luego una explosión, y desde entonces todo se expande. Pero, ¿y si no hubo un 'nada'? Un grupo de físicos ha demostrado que el universo podría haber existido eternamente, simplemente a veces se contrae y luego se expande de nuevo, como un resorte.

Imagina que mides a pasos una sala enorme en completa oscuridad. Caminas de pared a pared contando los pasos y de repente te das cuenta de que las distancias no cuadran como deberían. Parece que el suelo no es plano, sino que se abomba o se hunde como un cuenco.

Un globo se infla, pero con cada pulsación de la bomba, la goma no solo se estira: también altera ligeramente su elasticidad. De manera similar funciona la gravedad en el nuevo modelo: no como un escenario rígido para el espectáculo cósmico, sino como un material vivo que responde a cada partícula de materia.

Las gotas de un grifo mal cerrado marcan un ritmo claro. Un ritmo similar, pero a escala cósmica, han descubierto los astrofísicos: la formación de agujeros negros primordiales —objetos diminutos nacidos en los primeros instantes tras el Big Bang— tampoco es caótica, sino estrictamente acompasada.

Un núcleo atómico ordinario se parece a una madeja apretada: protones y neutrones están empaquetados de forma compacta. Pero en algunos núcleos ligeros, como el helio-6, la cosa es distinta. Dos neutrones parecen apartarse y forman alrededor del núcleo una nube difusa: el llamado halo.

El modelo cosmológico estándar describe el nacimiento del universo como una explosión desde una singularidad, un punto de densidad y curvatura del espacio-tiempo infinitas.

Un resorte comprimido al máximo se rompe. Así, la teoría clásica de la gravedad lleva a una singularidad, el punto de ruptura de todas las leyes. La mecánica cuántica transforma ese final en un rebote elástico.

Tratar de suprimir el ruido de fondo de una habitación añadiendo un sonido contrario se convierte en un aullido de los altavoces si hay un error en el circuito. Un fallo similar ocurrió con una teoría que pretendía eliminar el principal zumbido del cosmos: la inexplicablemente débil energía oscura.

La cosmología tradicional empieza con el Big Bang, idea de Georges Lemaître. Sin embargo, un nuevo enfoque, inspirado por las búsquedas de Stephen Hawking, elude el enigma del instante primordial.

La partícula cuántica —habitante del mundo de las partículas elementales— se asemeja a una moneda que gira en el aire: ni cara ni cruz, sino una mezcla de posibilidades. Pero al caer sobre la mesa, el resultado se vuelve inequívoco. ¿Qué hace de mesa en la medición?

En el mundo que conocemos hay tres dimensiones espaciales. Sin embargo, la física teórica admite la existencia de direcciones adicionales, ocultas a la observación directa, compactificadas, es decir, enrolladas hasta tamaños microscópicos.

El Universo temprano estaba lejos de ser perfecto: algunas regiones se estiraban más rápido que otras, creando pliegues y distorsiones. Pero el rebote cuántico —la transición de contracción a expansión, causada por las leyes del micromundo— lo corrige todo.

El universo representa una obra de teatro, y el papel principal está reservado para la energía oscura. Durante mucho tiempo pareció que el actor era inmutable: la constante cosmológica (la energía del vacío que acelera la expansión del universo) marcaba un mismo tono.

La mecánica cuántica es una teoría lineal. Esta propiedad es tan fundamental que violarla implicaría perder el principio de superposición y, en consecuencia, la posibilidad de transmitir información a velocidad superlumínica.