condición de energía nula

El haz de un reflector se pierde en la oscuridad, pero si lo seguimos hacia atrás, chocamos con la lámpara. Con la historia del universo quizás ocurre lo mismo: al rastrear su expansión hacia atrás, nos topamos con un comienzo. Los físicos tomaron el modelo más simple: un universo que se estira por igual en todas direcciones, como un cubo cuyos lados crecen.

El cosmos se expande, y esa expansión se acelera. Pero ¿y si en los primeros instantes tras el Big Bang la gravedad funcionara de otra manera? Los autores del nuevo trabajo añadieron a las ecuaciones de Einstein un campo invisible que intercepta la energía de la materia y la radiación ordinarias.

Un armazón invisible mantiene unidas las galaxias, impidiendo que se dispersen. Es la materia oscura, una sustancia que no brilla y casi no interactúa con la materia ordinaria. Los astrofísicos llevan tiempo debatiendo de qué está hecha.

El modelo estándar cosmológico se parece a una receta de pastel donde todo está estrictamente medido: la materia oscura es como harina sin grumos (presión cero), y la energía oscura es como un levadura perfecta (ecuación de estado estrictamente menos uno). Pero, ¿y si la harina está un poco húmeda y la levadura se ha vencido?

El universo a veces recuerda a una tela vieja: tras un rápido enfriamiento pudieron quedar pliegues: hilos finos, casi invisibles, de densidad monstruosa. Se les llama cuerdas cósmicas. Normalmente, en el centro de una de estas cuerdas se esconde una singularidad: un punto donde las leyes de la física pierden su sentido.

En el mundo macroscópico hay una regla sencilla: la densidad de energía no puede ser negativa, y su flujo no puede superar a la luz. En un café, esto se vería así: el camarero no puede repartir los pedidos más rápido de lo que corre él mismo. Los físicos llaman a esta restricción condición de dominancia de la energía.

En un mundo ordinario sin energía oscura, la masa de cualquier cuerpo es siempre positiva. Parece obvio: la masa positiva atrae, creando gravedad. Pero en el universo real existe la energía oscura, una fuerza misteriosa que hace que el cosmos se expanda cada vez más rápido.

Las estrellas bosónicas son átomos gravitacionales. Solo que en lugar de carga eléctrica, el núcleo es la propia gravedad, que mantiene una nube de campo escalar en grumos cuantizados.

En el océano, un remolino arrastra todo a un círculo cerrado; de igual manera, una onda gravitacional en el espacio vacío retuerce el tiempo en un bucle. La onda gravitacional es una ondulación en el tejido del cosmos, y su forma especial puede convertir el flujo normal de los acontecimientos en un ciclo cerrado.

Un objeto no puede ser un punto. Al menos, en la gravedad de Einstein. Las ecuaciones de la relatividad general exigen que la fuente del campo — la materia — esté distribuida en el espacio, no concentrada en un volumen infinitamente pequeño.

Construir una casa sobre arena es una mala idea. En física, durante mucho tiempo se pensó que la teoría cuántica de la gravedad tampoco podía construirse sobre una "arena" fija: un espacio-tiempo predeterminado.

Una bolita está en un hoyo. Por sí sola no saldrá de ahí: necesita un empujón. Pero en el mundo cuántico, una partícula puede filtrarse a través de una barrera sin energía extra. Ese truco se llama tunelización.

La frontera dicta las reglas La gravedad cuántica se parece a un teatro donde el espacio-tiempo es el escenario y los campos son los actores. Cuando el escenario tiene un borde, hay que saber exactamente qué ocurre en la frontera: de lo contrario, la función se desmorona.

La luz, al pasar cerca de un cuerpo masivo, desvía ligeramente su trayectoria: la gravedad atrae incluso a los rayos. En una situación normal, un haz de luz que proviene de una estrella lejana se comprime, como si lo estiraran con una goma invisible.

Un sistema cuántico se parece a una isla que el océano va erosionando poco a poco. Las olas son la influencia del entorno, y van borrando las costas, privando a la isla de sus contornos únicos. La ecuación GKLS (Gorini–Kossakowski–Lindblad–Sudarshan) describe precisamente la rapidez con la que desaparece esa «cuanticidad». Pero toda ola tiene una fuente de energía.

En el mismísimo comienzo del universo, cuando todo el espacio estaba comprimido en un punto, las leyes de la física dejan de funcionar. Ese punto se llama singularidad: un borde donde nuestras ecuaciones pierden sentido. Pero, ¿y si no fuera un final, sino un tipo especial de frontera? Los autores del trabajo propusieron ver la singularidad como una frontera libre.

Un agujero negro no es solo una mancha oscura en el espacio. Es una región donde la gravedad comprime la materia tan fuertemente que ni siquiera la luz puede escapar. Entre todos los agujeros negros posibles destaca uno: el agujero negro rotatorio de Kerr.

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.

Una estrella de neutrones es el resto de una gigante que explotó, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. Una cucharadita de su materia pesa mil millones de toneladas. Dentro de una estrella así, las partículas están tan apretadas que empiezan a manifestarse efectos cuánticos. Uno de ellos es la rotación propia de las partículas, o espín.

En los primeros instantes después del Big Bang el espacio se comportaba como una película elástica. Experimentó una expansión explosiva — la inflación (teoría de Alan Guth y Andrei Linde).

Una sábana estirada forma pliegues. Si tiras de una esquina, corre una onda uniforme; si comprimes la tela bruscamente, se produce un doblez agudo. Más o menos así se comportan el espacio y el tiempo en las ecuaciones de Einstein.

El universo obedece reglas estrictas, como jugadores en una mesa. Una de ellas: la gravedad siempre atrae y la energía no puede ser negativa.

Una banda elástica que se vuelve más gruesa cuanto más la estiras. En electricidad, este comportamiento se llama capacitancia negativa: cuanto más carga se acumula en las placas, menor es el voltaje. Un condensador normal funciona al revés: el voltaje aumenta junto con la carga.

El universo se expande cada vez más rápido debido a la misteriosa energía oscura, descubierta a finales de los años 90 por Adam Riess, Saul Perlmutter y Brian Schmidt a partir de supernovas.

La burbuja warp comprime el espacio-tiempo delante de la nave y lo estira detrás, como un barco que empuja el agua. La nave no acelera hasta la velocidad de la luz, sino que se desliza dentro de la burbuja.

Una bola pesada yace sobre una cama elástica, y la tela se hunde bajo ella. Cualquier pelota que ruede cerca inevitablemente rueda hacia el centro. Así funciona aproximadamente la gravedad a escala de todo el universo. Pero, ¿y si la tela estuviera curvada hacia arriba, como una cúpula? Entonces la pelota tendería a rodar hacia afuera.

Desde tiempos inmemoriales, los físicos sueñan con túneles que atraviesan el cosmos: agujeros de gusano capaces de conectar rincones lejanos del Universo en instantes.

Cuando dos estrellas muertas colisionan en una galaxia lejana, dos mensajeros nos informan del evento: un estremecimiento del espacio —la onda gravitacional— y un destello de luz. Ambos mensajeros corren hacia nosotros a través del universo, pero sus caminos pueden diferir ligeramente.

El núcleo de una estrella de neutrones puede compararse con una cuerda tensa de densidad supernuclear. El sonido que la recorre son las oscilaciones de presión, cuya velocidad $$c_s$$ revela la rigidez de la materia. Un nuevo estudio muestra que esta cuerda cósmica no vibra de forma monótona.

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.

El vacío no está tan vacío como parece. En el mundo cuántico, incluso en el vacío total, pares de partículas nacen y desaparecen constantemente — como ondas en la superficie de un estanque que no se ven a simple vista pero pueden medirse. Si se coloca una fina barrera en esas ondas, cambia el patrón de las mismas.

Dos agujeros negros giran cada vez más rápido y se fusionan en uno solo. Esta danza sacude el propio espacio: desde el lugar del encuentro se expanden ondas, parecidas a los círculos que hace una piedra al caer al agua. A veces, en la fusión también surge un destello de luz.

Imagina el espaciotiempo como un vasto estanque. Un motor warp es un barco que lo cruza. Algunos barcos, como el famoso motor de Alcubierre, agitan el agua formando remolinos caóticos. Otros, como el diseño Rodal, se deslizan suavemente, apenas dejando una onda.

Al igual que en una habitación atestada cada persona extra aumenta bruscamente la presión en las paredes, en una estrella de neutrones el incremento de densidad provoca un aumento de la resistencia interna. Pero incluso esta resistencia tiene un techo absoluto.

El misterio de la materia oscura fue estudiado ya por Fritz Zwicky y Vera Rubin. Durante mucho tiempo se la imaginó como un armazón frío y pasivo, que solo atraía las galaxias.

Todo objeto en el vacío cae con la misma aceleración: en esto se basa la gravedad de Einstein. Pero hasta ahora la regla solo se había probado con partículas de materia ordinaria. Ahora entra en juego el muonio: un átomo exótico donde el núcleo es un antimuón y la corteza es un electrón común.

Un agujero negro común es una trampa de la que nada escapa. Pero un agujero en rotación es diferente: en su centro no hay un punto, sino un anillo de materia infinitamente comprimida. El espacio aquí está curvado al límite, y los rayos de luz trazan bucles inimaginables.