¿fue el big bang realmente el comienzo del tiempo? ¿O existió el universo antes de eso? Tal pregunta parecía casi blasfema hace solo una década. La mayoría de los cosmólogos insistían en que simplemente no tenía sentido contemplate que contemplar un tiempo antes del big bang era como pedir direcciones a un lugar al norte del Polo Norte. Pero los desarrollos en la física teórica, especialmente el surgimiento de la teoría de cuerdas, han cambiado su perspectiva. El universo pre-bang se ha convertido en la última frontera de la cosmología.,

La nueva disposición a considerar lo que podría haber ocurrido antes de la explosión es el último golpe de un intelectual péndulo que ha sacudido hacia atrás y adelante durante milenios. De una forma u otra, el tema del principio último ha involucrado a filósofos y teólogos en casi todas las culturas. Está entrelazado con un gran conjunto de preocupaciones, una famosa encapsulada en una pintura de 1897 de Paul Gauguin: D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous? ¿De dónde venimos? ¿Qué somos? ¿Adónde vamos?, La pieza representa el ciclo del nacimiento, la vida y la muerte-origen, identidad y destino para cada individuo-y estas preocupaciones personales se conectan directamente con las cósmicas. Podemos rastrear nuestro linaje a través de las generaciones, a través de nuestros antepasados animales, a las primeras formas de vida y protolife, a los elementos sintetizados en el universo primordial, a la energía amorfa depositada en el espacio antes de eso. ¿Nuestro árbol genealógico se extiende para siempre hacia atrás? ¿O terminan sus raíces? ¿Es el cosmos tan impermanente como nosotros?

los antiguos griegos debatieron el origen del tiempo ferozmente., Aristóteles, tomando el lado del No-principio, invocó el principio de que de la nada, nada viene. Si el universo nunca pudo haber pasado de la nada a algo, siempre debe haber existido. Por esta y otras razones, el tiempo debe extenderse eternamente hacia el pasado y el futuro. Los teólogos cristianos tendían a tomar el punto de vista opuesto. Agustín sostenía que Dios existe fuera del espacio y el tiempo, capaz de traer estas construcciones a la existencia tan seguramente como él podría forjar otros aspectos de nuestro mundo. Cuando se le preguntó, ¿qué estaba haciendo Dios antes de crear el mundo?, Agustín respondió, el tiempo mismo siendo parte de la creación de Dios, ¡simplemente no había antes!

La teoría general de la relatividad de Albert Einstein llevó a los cosmólogos modernos a la misma conclusión. La teoría sostiene que el espacio y el tiempo son entidades suaves y maleables. En las escalas más grandes, el espacio es naturalmente dinámico, expandiéndose o contrayéndose con el tiempo, transportando materia como madera a la deriva en la marea. Los astrónomos confirmaron en la década de 1920 que nuestro universo se está expandiendo actualmente: galaxias distantes se separan unas de otras. Una consecuencia, como físico Stephen W., Hawking y Roger Penrose demostraron en la década de 1960 que el tiempo no puede extenderse indefinidamente. Al reproducir la historia cósmica hacia atrás en el tiempo, todas las galaxias se unen en un único punto infinitesimal, conocido como singularidad almost casi como si estuvieran descendiendo a un agujero negro. Cada galaxia o su precursor se comprime hasta el tamaño cero. Cantidades como la densidad, la temperatura y la curvatura del espacio-tiempo se vuelven infinitas. La singularidad es el cataclismo último, más allá del cual nuestra ascendencia cósmica no puede extenderse.

la singularidad inevitable plantea serios problemas para los cosmólogos., En particular, se sienta incómodo con el alto grado de homogeneidad e isotropía que el universo exhibe a gran escala. Para que el cosmos se viera ampliamente igual en todas partes, algún tipo de comunicación tenía que pasar entre regiones distantes del espacio, coordinando sus propiedades. Pero la idea de tal comunicación contradice el viejo paradigma cosmológico.

para ser específicos, considere lo que ha sucedido durante los 13.7 mil millones de años desde la liberación de la radiación de fondo cósmico de microondas., La distancia entre galaxias ha crecido en un factor de aproximadamente 1.000 (debido a la expansión), mientras que el radio del universo observable ha crecido en un factor mucho mayor de aproximadamente 100.000 (debido a que la luz supera la expansión). Vemos hoy partes del universo que no podríamos haber visto hace 13.7 mil millones de años. De hecho, esta es la primera vez en la historia cósmica que la luz de las galaxias más distantes ha llegado a la Vía Láctea.

extraña coincidencia

sin embargo, las propiedades de la Vía Láctea son básicamente las mismas que las de las galaxias distantes., Es como si aparecieras en una fiesta sólo para descubrir que estabas usando exactamente la misma ropa que una docena de tus amigos más cercanos. Si solo dos de ustedes estuvieran vestidos igual, podría explicarse como coincidencia, pero una docena sugiere que los asistentes a la fiesta habían coordinado su atuendo de antemano. En cosmología, el número no es una docena sino decenas de miles the el número de parches independientes pero estadísticamente idénticos del cielo en el fondo de microondas.,

una posibilidad es que todas esas regiones del espacio fueron dotadas al nacer de propiedades idénticas in En otras palabras, que la homogeneidad es mera coincidencia. Los físicos, sin embargo, han pensado en dos formas más naturales de salir del callejón sin salida: el universo temprano era mucho más pequeño o mucho más antiguo que en la cosmología estándar. Cualquiera de los dos (o ambos, actuando juntos) habría hecho posible la intercomunicación.

La opción más popular sigue a la primera alternativa. Postula que el universo pasó por un período de expansión acelerada, conocido como inflación, al principio de su historia., Antes de esta fase, las galaxias o sus precursores estaban tan cerca que podían coordinar fácilmente sus propiedades. Durante la inflación, cayeron fuera de contacto porque la luz no pudo seguir el ritmo de la frenética expansión. Después de que la inflación terminó, la expansión comenzó a desacelerarse, por lo que las galaxias gradualmente volvieron a la vista de las demás.

Los físicos atribuyen el impulso inflacionario a la energía potencial almacenada en un nuevo campo cuántico, el inflaton, unos 1035 segundos después del big bang. La energía potencial, a diferencia de la masa en reposo o la energía cinética, conduce a la repulsión gravitacional., En lugar de ralentizar la expansión, como lo haría la gravitación de la materia ordinaria, el inflaton la aceleró. Propuesta en 1981, la inflación ha explicado con precisión una amplia variedad de observaciones . Una serie de posibles problemas teóricos permanecen, sin embargo, comenzando con las preguntas de qué era exactamente el inflaton y qué le dio una energía potencial inicial tan enorme.

una forma menos conocida de resolver el rompecabezas sigue la segunda alternativa al deshacerse de la singularidad., Si el tiempo no comenzara en el estallido, si una larga era precediera al inicio de la expansión cósmica actual, la materia podría haber tenido mucho tiempo para arreglarse suavemente. Por lo tanto, los investigadores han reexaminado el razonamiento que los llevó a inferir una singularidad.

una de las suposiciones that que la teoría de la relatividad es siempre válida is es cuestionable. Cerca de la singularidad putativa, los efectos cuánticos deben haber sido importantes, incluso dominantes. La relatividad estándar no tiene en cuenta tales efectos, por lo que aceptar la inevitabilidad de la singularidad equivale a confiar en la teoría más allá de la razón., Para saber lo que realmente sucedió, los físicos necesitan subsumir la relatividad en una teoría cuántica de la gravedad. La tarea ha ocupado a los teóricos desde Einstein en adelante, pero el progreso fue casi cero hasta mediados de la década de 1980.

evolución de una revolución

hoy en día se destacan dos enfoques. Uno, que va por el nombre de la gravedad cuántica de bucle, conserva la teoría de Einstein esencialmente intacta, pero cambia el procedimiento para implementarla en la mecánica cuántica . Los practicantes de la gravedad cuántica de bucle han dado grandes pasos y logrado una visión profunda en los últimos años., Sin embargo, su enfoque puede no ser lo suficientemente revolucionario para resolver los problemas fundamentales de cuantificación de la gravedad. Un problema similar se enfrentó a los teóricos de partículas después de Enrico Fermi introdujo su teoría efectiva de la fuerza nuclear débil en 1934. Todos los esfuerzos para construir una versión cuántica de la teoría de Fermi fracasaron miserablemente. Lo que se necesitaba no era una nueva técnica, sino las profundas modificaciones aportadas por la teoría electrodébil de Sheldon L. Glashow, Steven Wein-berg y Abdus Salam a finales de la década de 1960.,

el segundo enfoque, que considero más prometedor, es la teoría de cuerdas a una modificación verdaderamente revolucionaria de la teoría de Einstein. Este artículo se centrará en él, aunque los defensores de la gravedad cuántica de bucle afirman llegar a muchas de las mismas conclusiones.

La teoría de cuerdas surgió de un modelo que escribí en 1968 para describir el mundo de las partículas nucleares (como protones y neutrones) y sus interacciones. A pesar de mucho entusiasmo inicial, el modelo falló., Fue abandonado varios años más tarde en favor de la cromodinámica cuántica, que describe las partículas nucleares en términos de constituyentes más elementales, quarks. Los Quarks están confinados dentro de un protón o neutrón, como si estuvieran unidos por cuerdas elásticas. En retrospectiva, la teoría de cuerdas original había capturado esos aspectos fibrosos del mundo nuclear. Solo más tarde fue revivido como candidato para combinar la relatividad general y la teoría cuántica.

la idea básica es que las partículas elementales no son objetos puntuales sino infinitamente delgados y unidimensionales, las cuerdas., El gran zoológico de partículas elementales, cada una con sus propias propiedades CARACTERÍSTICAS, Refleja los muchos patrones de vibración posibles de una cuerda. ¿Cómo puede una teoría tan simple describir el complicado mundo de las partículas y sus interacciones? La respuesta se puede encontrar en lo que podemos llamar magia cuántica de cuerdas. Una vez que las reglas de la mecánica cuántica se aplican a una cuerda vibratoria, al igual que una cuerda de violín en miniatura, excepto que las vibraciones se propagan a lo largo de ella a la velocidad de la luz, aparecen nuevas propiedades. Todos tienen profundas implicaciones para la física de partículas y la cosmología.,

primero, las cadenas cuánticas tienen un tamaño finito. Si no fuera por los efectos cuánticos, una cuerda de violín podría cortarse por la mitad, cortarse por la mitad de nuevo y así sucesivamente hasta el final, convirtiéndose finalmente en una partícula sin masa. Pero el principio de incertidumbre de Heisenberg eventualmente se entromete y evita que las cuerdas más ligeras sean cortadas más pequeñas que aproximadamente 1034 metros. Este cuántico de longitud irreducible, denotado ls, es una nueva constante de la naturaleza introducida por la teoría de cuerdas junto con la velocidad de la luz, c, y la constante de Planck, h., Juega un papel crucial en casi todos los aspectos de la teoría de cuerdas, poniendo un límite finito en cantidades que de otra manera podrían convertirse en cero o infinito.

en segundo lugar, las cuerdas cuánticas pueden tener Momento angular incluso si carecen de masa. En física clásica, El Momento angular es una propiedad de un objeto que gira con respecto a un eje. La fórmula del Momento angular multiplica la velocidad, la masa y la distancia desde el eje; por lo tanto, un objeto sin masa no puede tener Momento angular. Pero las fluctuaciones cuánticas cambian la situación., Una cuerda diminuta puede adquirir hasta dos unidades de H de Momento angular sin ganar masa. Esta característica es muy bienvenida porque coincide precisamente con las propiedades de los portadores de todas las fuerzas fundamentales conocidas, como el fotón (para el electromagnetismo) y el gravitón (para la gravedad). Históricamente, el momento angular es lo que clued en los físicos a las implicaciones cuántico-gravitacionales de la teoría de cuerdas.

En tercer lugar, las cuerdas cuánticas exigen la existencia de dimensiones adicionales del espacio, además de las tres habituales., Mientras que una cuerda de violín clásica vibrará sin importar cuáles sean las propiedades del espacio y el tiempo, una cuerda cuántica es más meticulosa. Las ecuaciones que describen la vibración se vuelven inconsistentes a menos que el espacio-tiempo sea altamente curvado (en contradicción con las observaciones) o contenga seis dimensiones espaciales adicionales.

En cuarto lugar, las constantes físicas, como las constantes de Newton y Coulomb, que aparecen en las ecuaciones de la física y determinan las propiedades de la naturaleza, ya no tienen valores arbitrarios y fijos., Ocurren en la teoría de cuerdas como campos, más bien como el campo electromagnético, que pueden ajustar sus valores dinámicamente. Estos campos pueden haber tomado diferentes valores en diferentes épocas cosmológicas o en regiones remotas del espacio, e incluso hoy en día las constantes físicas pueden variar en una pequeña cantidad. Observar cualquier variación proporcionaría un enorme impulso a la teoría de cuerdas.

uno de estos campos, llamado dilaton, es la clave maestra de la teoría de cuerdas; determina la fuerza general de todas las interacciones., El dilaton fascina a los teóricos de cuerdas porque su valor puede ser reinterpretado como el tamaño de una dimensión extra del espacio, dando un total de 11 dimensiones del espacio-tiempo.

atando los cabos sueltos

finalmente, las cuerdas cuánticas han introducido a los físicos a algunas sorprendentes nuevas simetrías de la naturaleza conocidas como dualidades, que alteran nuestra intuición de lo que sucede cuando los objetos se vuelven extremadamente pequeños., Ya he aludido a una forma de dualidad: normalmente, una cuerda corta es más ligera que una larga, pero si intentamos reducir su tamaño por debajo de la longitud fundamental ls, La cuerda se vuelve más pesada.

otra forma de la simetría, t-dualidad, sostiene que las dimensiones adicionales Pequeñas y grandes son equivalentes. Esta simetría surge porque las cuerdas pueden moverse de maneras más complicadas que las partículas puntuales. Considere una cadena cerrada (un bucle) ubicada en un espacio de forma cilíndrica, cuya sección transversal circular representa una dimensión extra finita., Además de vibrar, la cuerda puede girar como un todo alrededor del cilindro o enrollarse alrededor de él, una o varias veces, como una banda de goma envuelta alrededor de un cartel enrollado .

El coste energético de estos dos estados de la cadena depende del tamaño del cilindro. La energía del devanado es directamente proporcional al radio del cilindro: los cilindros más grandes requieren que la cuerda se estire más a medida que se envuelve, por lo que los devanados contienen más energía que en un cilindro más pequeño., La energía asociada con el movimiento alrededor del círculo, por otro lado, es inversamente proporcional al radio: los cilindros más grandes permiten longitudes de onda más largas (frecuencias más pequeñas), que representan menos energía que las longitudes de onda más cortas. Si se sustituye un cilindro grande por uno pequeño, los dos estados de movimiento pueden intercambiar roles. Las energías que habían sido producidas por el movimiento circular se producen en cambio por el devanado, y viceversa. Un observador externo nota solo los niveles de energía, no el origen de esos niveles. Para ese observador, los radios grandes y pequeños son físicamente equivalentes.,

aunque la dualidad T se describe generalmente en términos de espacios cilíndricos, en los que una dimensión (la circunferencia) es finita, una variante de ella se aplica a nuestras tres dimensiones ordinarias, que parecen extenderse indefinidamente. Uno debe tener cuidado cuando se habla de la expansión de un espacio infinito. Su tamaño total no puede cambiar; sigue siendo infinito. Pero todavía puede expandirse en el sentido de que los cuerpos incrustados dentro de ella, como las galaxias, se separan unos de otros., La variable crucial no es el tamaño del espacio como un todo, sino su factor de escala, el factor por el cual la distancia entre galaxias cambia, manifestándose como el corrimiento al rojo galáctico que observan los astrónomos. Según la dualidad T, los universos con factores de pequeña escala son equivalentes a los que tienen factores de gran escala. Tal simetría no está presente en las ecuaciones de Einstein; emerge de la unificación que encarna la teoría de cuerdas, con el dilatón jugando un papel central.,

durante años, los teóricos de las cuerdas pensaron que la dualidad T se aplicaba solo a las cuerdas cerradas, a diferencia de las cuerdas abiertas, que tienen cabos sueltos y, por lo tanto, no pueden enrollarse. En 1995 Joseph Polchinski de la Universidad de California, Santa Bárbara, se dio cuenta de que la dualidad T se aplicaba a las cuerdas abiertas, siempre que el cambio entre radios grandes y pequeños fuera acompañado por un cambio en las condiciones en los puntos finales de la cuerda. Hasta entonces, los físicos habían postulado condiciones límite en las que ninguna fuerza actuaba sobre los extremos de las cuerdas, dejándolas libres para aletear., Bajo la dualidad T, estas Condiciones se convierten en las llamadas condiciones de contorno de Dirichlet, en las que los extremos permanecen puestos.

cualquier cadena dada puede mezclar ambos tipos de condiciones de contorno. Por ejemplo, los electrones pueden ser cuerdas cuyos extremos pueden moverse libremente en tres de las 10 dimensiones espaciales, pero están atascados dentro de las otras siete. Esas tres dimensiones forman un subespacio conocido como membrana de Dirichlet, o d-brana. En 1996 Petr Horava de la Universidad de California, Berkeley, y Edward Witten del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey, propusieron que nuestro universo reside en tal brana., La movilidad parcial de electrones y otras partículas explica por qué somos incapaces de percibir la gloria total de 10 dimensiones del espacio.

todas las propiedades mágicas de las cuerdas cuánticas apuntan en una dirección: las cuerdas aborrecen el infinito. No pueden colapsar a un punto infinitesimal, por lo que evitan las paradojas que conlleva el colapso. Su tamaño distinto de cero y nuevas simetrías establecen límites superiores a las cantidades físicas que aumentan sin límite en las teorías convencionales, y establecen límites inferiores a las cantidades que disminuyen., Los teóricos de cuerdas esperan que cuando uno reproduce la historia del universo hacia atrás en el tiempo, la curvatura del espacio-tiempo comienza a aumentar. Pero en lugar de ir hasta el infinito (en la singularidad tradicional del big bang), eventualmente alcanza un máximo y se encoge una vez más. Antes de la teoría de cuerdas, los físicos tenían dificultades para imaginar cualquier mecanismo que pudiera eliminar tan limpiamente la singularidad.

domesticar el infinito

Las condiciones cerca del tiempo cero del big bang eran tan extremas que nadie sabe todavía cómo resolver las ecuaciones., Sin embargo, los teóricos de cuerdas han hecho conjeturas arriesgadas sobre el universo pre-bang. Dos modelos populares están flotando alrededor.

el primero, conocido como el escenario prebig bang, que mis colegas y yo comenzamos a desarrollar en 1991, combina la dualidad T con la mejor conocida simetría de inversión del tiempo, por la que las ecuaciones de la física funcionan igual de bien cuando se aplican hacia atrás y hacia adelante en el tiempo. La combinación da lugar a nuevas cosmologías posibles en las que el universo, digamos, cinco segundos antes del big bang se expandió al mismo ritmo que lo hizo cinco segundos después del bang., Pero la tasa de cambio de la expansión era opuesta en los dos instantes: si se desaceleraba después del estallido, se aceleraba antes. En resumen, el big bang puede no haber sido el origen del universo, sino simplemente una transición violenta de la aceleración a la desaceleración.

la belleza de esta imagen es que incorpora automáticamente la gran visión de la teoría inflacionaria estándar, es decir, que el universo tuvo que sufrir un período de aceleración para volverse tan homogéneo e isotrópico., En la teoría estándar, la aceleración ocurre después del big bang debido a un campo de inflaton ad hoc. En el escenario prebig bang, ocurre antes del bang como un resultado natural de las nuevas simetrías de la teoría de cuerdas.

según el escenario, el universo pre-bang era casi una imagen especular perfecta del post-bang . Si el universo es eterno en el futuro, su contenido adelgazamiento a un exiguo de gachas, también es eterno en el pasado. Hace infinitamente mucho tiempo estaba casi vacío, lleno solo de un gas tenue, ampliamente disperso y caótico de radiación y materia., Las fuerzas de la naturaleza, controladas por el campo de dilaton, eran tan débiles que las partículas en este gas apenas interactuaban.

a medida que pasaba el tiempo, las fuerzas ganaban en fuerza y juntaban la materia. Al azar, algunas regiones acumularon materia a expensas de su entorno. Con el tiempo, la densidad en estas regiones se hizo tan alta que comenzaron a formarse agujeros negros. La materia dentro de esas regiones fue cortada del exterior, rompiendo el universo en pedazos desconectados.

dentro de un agujero negro, el espacio y el tiempo intercambian roles., El centro del agujero negro no es un punto en el espacio sino un instante en el tiempo. A medida que la materia se acercaba al centro, alcanzaba densidades cada vez más altas. Pero cuando la densidad, la temperatura y la curvatura alcanzaron los valores máximos permitidos por la teoría de cuerdas, estas cantidades rebotaron y comenzaron a disminuir. El momento de esa inversión es lo que llamamos un big bang. El interior de uno de esos agujeros negros se convirtió en nuestro universo.

no es sorprendente que un escenario tan poco convencional haya provocado controversia., Andrei Linde de la Universidad de Stanford ha argumentado que para que este escenario coincida con las observaciones, el agujero negro que dio origen a nuestro universo tendría que haberse formado con un tamaño inusualmente grande, mucho mayor que la escala de longitud de la teoría de cuerdas. Una respuesta a esta objeción es que las ecuaciones predicen agujeros negros de todos los tamaños posibles. Nuestro universo se formó dentro de uno suficientemente grande.,

una objeción más seria, planteada por Thibault Damour del Institut des Hautes tudes Scientifiques en Bures-sur-Yvette, Francia, y Marc Henneaux de la Universidad Libre de Bruselas, es que la materia y el espacio-tiempo se habrían comportado caóticamente cerca del momento de la explosión, en posible contradicción con la regularidad observada del universo temprano. Recientemente he propuesto que un estado caótico produciría un gas denso de agujeros de cuerda en miniatura strings cuerdas que eran tan pequeñas y masivas que estaban a punto de convertirse en agujeros negros., El comportamiento de estos agujeros podría resolver el problema identificado por Damour y Henneaux. Una propuesta similar ha sido presentada por Thomas Banks de la Universidad Rutgers y Willy Fischler de la Universidad de Texas en Austin. También existen otras críticas, y queda por determinar si han descubierto un defecto fatal en el escenario.

el otro modelo líder para el universo antes de la explosión es el escenario ekpirótico (conflagración). Desarrollado hace cinco años por un equipo de cosmólogos y teóricos de cuerdas Justin Justin Khoury de la Universidad de Columbia, Paul J., Steinhardt de la Universidad de Princeton, Burt A. Ovrut de la Universidad de Pennsylvania, Nathan Seiberg del Instituto de Estudios Avanzados y Neil Turok de la Universidad de Cambridge the el escenario ekpirótico se basa en la idea previamente mencionada de Horava-Witten de que nuestro universo se encuentra en un extremo de un espacio de dimensiones superiores y una brana oculta se encuentra en el extremo opuesto. Las dos branas ejercen una fuerza de atracción entre sí y ocasionalmente chocan, haciendo que la dimensión adicional se reduzca a cero antes de crecer de nuevo. El big bang correspondería al momento de la colisión .,

en una variante de este escenario, las colisiones ocurren cíclicamente. Dos branas pueden golpear, rebotar entre sí, separarse, juntarse, golpear de nuevo, y así sucesivamente. Entre colisiones, las branas se comportan como masilla tonta, expandiéndose a medida que retroceden y contrayéndose un poco a medida que vuelven a juntarse. Durante el cambio, la tasa de expansión se acelera; de hecho, la actual expansión acelerada del universo puede augurar otra colisión.

los escenarios prebig bang y ekpyrtic comparten algunas características comunes., Ambos comienzan con un universo grande, frío y casi vacío, y ambos comparten el difícil (y no resuelto) problema de hacer la transición entre la fase pre – y la post-explosión. Matemáticamente, la principal diferencia entre los escenarios es el comportamiento del campo dilaton. En la explosión prebig, el dilaton comienza con un valor bajo so de modo que las fuerzas de la naturaleza son débiles steadily y constantemente gana fuerza. Lo contrario es cierto para el escenario ekpirótico, en el que la colisión ocurre cuando las fuerzas están en su punto más débil.,

los desarrolladores de la teoría ekpirótica inicialmente esperaban que la debilidad de las fuerzas permitiría analizar el rebote más fácilmente, pero todavía se enfrentaron con una situación difícil de alta curvatura, por lo que el jurado está fuera de si el escenario realmente evita una singularidad. Además, el escenario ekpirótico debe implicar condiciones muy especiales para resolver los puzzles cosmológicos habituales. Por ejemplo, las branas a punto de colisionar deben haber sido casi exactamente paralelas entre sí, o de lo contrario la colisión no podría haber dado lugar a un estallido suficientemente homogéneo., La versión cíclica puede ser capaz de resolver este problema, porque las colisiones sucesivas permitirían que las branas se enderezaran.

dejando de lado la difícil tarea de justificar completamente estos dos escenarios matemáticamente, los físicos deben preguntarse si tienen consecuencias físicas observables. A primera vista, ambos escenarios podrían parecer un ejercicio no en física sino en metafísica ideas ideas interesantes que los observadores nunca podrían probar que están bien o mal. Esa actitud es demasiado pesimista., Al igual que los detalles de la fase inflacionaria, los de una posible época pre-bangiana podrían tener consecuencias observables, especialmente por las pequeñas variaciones observadas en la temperatura del fondo cósmico de microondas.

En primer lugar, las observaciones muestran que las fluctuaciones de temperatura fueron moldeadas por ondas acústicas durante varios cientos de miles de años. La regularidad de las fluctuaciones indica que las ondas estaban sincronizadas. Los cosmólogos han descartado muchos modelos cosmológicos a lo largo de los años porque no dieron cuenta de esta sincronía., Los escenarios inflacionarios, prebig bang y ekpirótico todos pasan esta primera prueba. En estos tres modelos, las ondas fueron activadas por procesos cuánticos amplificados durante el período de expansión cósmica acelerada. Las fases de las ondas estaban alineadas.

en segundo lugar, cada modelo predice una distribución diferente de las fluctuaciones de temperatura con respecto al tamaño angular. Los observadores han encontrado que las fluctuaciones de todos los tamaños tienen aproximadamente la misma amplitud. (Las desviaciones discernibles ocurren solo en escalas muy pequeñas, para las cuales las fluctuaciones primordiales han sido alteradas por procesos posteriores.,) Los modelos inflacionarios reproducen claramente esta distribución. Durante la inflación, la curvatura del espacio cambió relativamente lentamente, por lo que las fluctuaciones de diferentes tamaños se generaron bajo las mismas condiciones. En ambos modelos fibrosos, la curvatura evolucionó rápidamente, aumentando la amplitud de las fluctuaciones a pequeña escala, pero otros procesos impulsaron los de gran escala, dejando todas las fluctuaciones con la misma fuerza. Para el escenario ekpirótico, esos otros procesos involucraban la dimensión extra del espacio, la que separaba las branas colisionantes., Para el escenario prebig bang, involucraron un campo cuántico, el axión, relacionado con el dilaton. En resumen, los tres modelos coinciden con los datos.

En tercer lugar, las variaciones de temperatura pueden surgir de dos procesos distintos en el universo temprano: fluctuaciones en la densidad de la materia y ondulaciones causadas por ondas gravitacionales. La inflación involucra ambos procesos, mientras que los escenarios prebig bang y ekpirótico involucran principalmente variaciones de densidad. Las ondas gravitacionales de ciertos tamaños dejarían una firma distintiva en la polarización del fondo de microondas ., Los futuros observatorios, como el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea, deberían ser capaces de ver esa firma, si existe providing proporcionando una prueba casi definitiva.

Una cuarta prueba se refiere a las estadísticas de las fluctuaciones. En la inflación, las fluctuaciones siguen una curva en forma de campana, que los físicos conocen como Gaussiana. Lo mismo puede ser cierto en el caso ekpirótico, mientras que el escenario prebig bang permite una desviación considerable de la Gaussianidad.

el análisis del fondo de microondas no es la única manera de verificar estas teorías., El escenario prebig bang también debería producir un fondo aleatorio de ondas gravitacionales en un rango de frecuencias que, aunque irrelevante para el fondo de microondas, debería ser detectable por futuros observatorios de ondas gravitacionales. Además, debido a que los escenarios prebig bang y ekpirótico implican cambios en el campo dilaton, que está acoplado al campo electromagnético, ambos conducirían a fluctuaciones del campo magnético a gran escala. Vestigios de estas fluctuaciones podrían aparecer en campos magnéticos galácticos e intergalácticos.

entonces, ¿cuándo comenzó el tiempo?, La ciencia aún no tiene una respuesta concluyente, pero al menos dos teorías potencialmente comprobables sostienen plausiblemente que el universo-y por lo tanto el tiempo-existió mucho antes del big bang. Si cualquiera de los dos escenarios es correcto, el cosmos siempre ha estado en existencia y, incluso si se recuerda un día, nunca terminará.

el autor

GABRIELE VENEZIANO, un físico teórico en el CERN, fue el padre de la teoría de cuerdas a finales de la década de 1960 an un logro por el que recibió el Premio Heineman 2004 de la Sociedad Americana de Física y el Instituto Americano de Física., En ese momento, la teoría fue considerada como un fracaso; no logró su objetivo de explicar el núcleo atómico, y Veneziano pronto cambió su atención a la cromodinámica cuántica, a la que hizo importantes contribuciones. Después de que la teoría de cuerdas hiciera su regreso como teoría de la gravedad en la década de 1980, Veneziano se convirtió en uno de los primeros físicos en aplicarla a los agujeros negros y la cosmología.