Genially sin título

El Big Bounce

Una teoría alternativa al origen del universo

-Introducción

La concepción del universo ha evolucionado desde visiones mitológicas hasta teorías científicas que buscan explicar su origen, evolución y posible destino. La teoría del Big Bang, ampliamente aceptada, plantea que el universo comenzó como una singularidad extremadamente densa y caliente, lo que marcó el inicio de la expansión cósmica (Guth, 1981; Penrose, 1989).

(Ilustración 1: Samuel ,2020)

Sin embargo, esta teoría enfrenta interrogantes sobre el "antes" del Big Bang y sobre la naturaleza de la singularidad inicial, donde las leyes de la física clásica y la cuántica parecen colapsar (Hawking & Ellis, 1973). En respuesta a estos desafíos, la teoría del Big Bounce sugiere un modelo cíclico en el que el universo no tuvo un inicio único, sino que experimenta ciclos infinitos de contracción y expansión (Ashtekar & Singh, 2011; Bojowald, 2007). Según este modelo, el universo, después de una fase de expansión, entra en una fase de contracción que culmina en un "rebote" y reinicia el proceso.

-Desarrollo

1).Fundamentos del Big Bounce:

La teoría del Big Bounce postula que el universo experimenta una serie de ciclos cósmicos. Cada ciclo consta de una fase de contracción que, al alcanzar una densidad crítica, desencadena un rebote, seguido de una fase de expansión. Esta estructura cíclica elimina la necesidad de una singularidad, un punto de densidad infinita donde las leyes de la física pierden coherencia (Novello & Bergliaffa, 2008).Al alcanzar un estado de densidad extremadamente alto, los efectos de la gravedad cuántica —una teoría que busca combinar la relatividad general y la mecánica cuántica— impiden la formación de una singularidad y, en su lugar, permiten un "rebote" hacia una nueva fase de expansión (Ashtekar & Singh, 2011).

El modelo del Big Bounce se fundamenta en gran medida en la Gravedad Cuántica de Lazos (LQG), una teoría que intenta cuantizar el espacio-tiempo, dividiéndolo en unidades discretas y finitas, conocidas como "lazos" (Rovelli & Vidotto, 2014). En este contexto, el espacio-tiempo no puede comprimirse indefinidamente, lo que evita la formación de una singularidad infinita y permite que el universo rebote al llegar a una densidad crítica (Bojowald, 2005). Así, la LQG ofrece un marco matemático y conceptual para entender cómo podrían producirse ciclos sucesivos sin que el universo se destruya en un punto de densidad infinita.

(Iustración 2: Skoglund S,2007)

2). Modelos Matemáticos y Evidencias Teóricas

A partir de modelos matemáticos, el Big Bounce intenta resolver algunas de las paradojas asociadas al Big Bang, como la cuestión de la singularidad inicial. El modelo de rebote cuántico, por ejemplo, plantea ecuaciones de movimiento que permiten una transición continua entre las fases de contracción y expansión, sin necesidad de una singularidad que implique un inicio absoluto (Martin-Benito, Mena Marugán, & Pawlowski, 2008; Ashtekar et al., 2006).Una variante del Big Bounce es el modelo ekpirótico, derivado de la teoría de cuerdas. En este modelo, dos "branas" (entidades fundamentales en la teoría de cuerdas) colisionan periódicamente, generando una nueva fase de expansión en el universo sin necesidad de una singularidad (Khoury et al., 2001). Esta colisión permite una transición suave que no viola las leyes de la física cuántica ni de la relatividad (Lehners, 2008). En cuanto a evidencias teóricas, el Big Bounce aborda el problema de la entropía en un universo cíclico. Según la segunda ley de la termodinámica, la entropía debería aumentar en cada ciclo, lo que eventualmente llevaría al "calor máximo". Sin embargo, el modelo del Big Bounce sugiere que, al iniciar cada ciclo en un estado de baja entropía, se reestablece el orden en el universo, desafiando el aumento constante de la entropía y proporcionando una alternativa a los modelos de expansión continua (Penrose, 1989; Bojowald, 2007).

3).Ventajas del Big Bounce frente al Big Bang

-Eliminación de la singularidad inicial: En el Big Bang, la singularidad representa un estado en el que las leyes físicas conocidas no se aplican, generando una incoherencia en el modelo. En contraste, el Big Bounce evita esta singularidad al postular que la densidad del universo llega a un valor máximo finito, permitiendo una transición suave entre fases sin romper las leyes físicas (Ashtekar & Singh, 2011; Rovelli & Vidotto, 2014).

- Compatibilidad con la física cuántica: El modelo del Big Bounce se basa en la teoría de la gravedad cuántica, lo cual permite una integración más coherente con los principios cuánticos que el modelo clásico del Big Bang. Esto facilita una explicación en términos cuánticos de las condiciones iniciales del universo (Brandenberger, 2012; Bojowald, 2005).

-Explicación del problema de la planitud: El modelo del Big Bang requiere parámetros ajustados para explicar la aparente planitud del universo. Sin embargo, el modelo cíclico del Big Bounce homogeneiza el universo en cada ciclo, ofreciendo una explicación más natural de su planitud, sin necesidad de ajustes finos en los parámetros iniciales (Novello & Bergliaffa, 2008; Lehners, 2008).

4).Desafíos y Críticas al Big Bounce

- Evidencia observacional limitada: Mientras que el Big Bang cuenta con evidencia observacional sólida, como la radiación cósmica de fondo (CMB), el Big Bounce carece de observaciones directas que prueben la existencia de ciclos previos. Aunque algunas anomalías en la CMB han sido interpretadas como posibles indicios de un universo cíclico, estos datos aún no son concluyentes (Planck Collaboration, 2018; Ashtekar, 2006).

(ilustración 3: NASA,2006)

-Complejidad matemática y teórica: Los modelos del Big Bounce, en especial aquellos basados en la gravedad cuántica y en cosmologías de rebote, requieren matemáticas avanzadas aún en desarrollo. Además, la interpretación de estas ecuaciones en contextos cuánticos extremos sigue siendo objeto de intenso debate científico (Rovelli & Vidotto, 2014).

-Expansión acelerada: La expansión acelerada del universo, atribuida a la energía oscura, plantea un desafío para el Big Bounce. Si esta expansión continúa, un nuevo ciclo de contracción se vuelve improbable, poniendo en duda la viabilidad de un modelo cíclico (Bojowald, 2007; Lehners, 2008).

(Ilustración 4: NASA,2019)

-Problemas con la inflación cósmica: La teoría del Big Bang se complementa con la idea de la inflación cósmica, que explica la rápida expansión del universo en sus primeros instantes para resolver problemas como la homogeneidad y la isotropía del cosmos. Sin embargo, el modelo del Big Bounce tiene dificultades para incorporar este concepto de manera coherente dentro de un ciclo continuo de expansión y contracción. La inflación cósmica requiere un mecanismo preciso para su inicio y final, y algunos críticos del Big Bounce argumentan que la inflación no se adapta bien a la estructura cíclica del universo, lo que representa una brecha en su capacidad para explicar el estado actual del cosmos (Brandenberger, 2012; Lehners, 2008).

BIBLIOGRAFÍA:

1. Ashtekar, A., & Singh, P. (2011). Loop Quantum Cosmology: A Status Report. Classical and Quantum Gravity, https://doi.org/10.1088/0264-9381/28/21/213001

2. Ashtekar, A., Pawlowski, T., & Singh, P. (2006). Quantum Nature of the Big Bang: Improved Dynamics. Physical Review D, https://doi.org/10.1103/PhysRevD.74.084003

3. Bojowald, M. (2005). Loop Quantum Cosmology. Living Reviews in Relativity, https://doi.org/10.12942/lrr-2005-11

4. Bojowald, M. (2007). What happened before the Big Bang? Nature Physics, https://doi.org/10.1038/nphys654

5. Brandenberger, R. H. (2012). The Matter Bounce Alternative to Inflationary Cosmology. https://arxiv.org/abs/1206.4196

6. Guth, A. H. (1981). Inflationary Universe: A Possible Solution to the Horizon and Flatness Problems. Physical Review D, https://doi.org/10.1103/PhysRevD.23.347

7. Hawking, S. W., & Ellis, G. F. R. (1973). The Large Scale Structure of Space-Time. Cambridge University Press.https://www.cambridge.org/core/books/large-scale-structure-of-spacetime/1E6B961EC9878EDDBBD6AC0AF031CC93

8. Khoury, J., Ovrut, B. A., Steinhardt, P. J., & Turok, N. (2001). The Ekpyrotic Universe: Colliding Branes and the Origin of the Hot Big Bang. Physical Review D, https://doi.org/10.1103/PhysRevD.64.123522

9. Lehners, J.-L. (2008). Ekpyrotic and Cyclic Cosmology. Physics Reports, https://doi.org/10.1016/j.physrep.2008.06.001

10. Martin-Benito, M., Mena Marugán, G. A., & Pawlowski, T. (2008). Quantization of the Big Bounce. Physical Review D, https://doi.org/10.1103/PhysRevD.78.063540

11. Novello, M., & Bergliaffa, S. E. P. (2008). Bouncing Cosmologies. Physics Reports, https://doi.org/10.1016/j.physrep.2008.04.004

12. Penrose, R. (1989). The Emperor's New Mind: Concerning Computers, Minds, and the Laws of Physics. Oxford University Press.

13. Planck Collaboration. (2018). Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics, https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833910

14. Rovelli, C., & Vidotto, F. (2014). Covariant Loop Quantum Gravity: An Elementary Introduction to Quantum Gravity and Spinfoam Theory. Cambridge University Press.

Bibliografía de las ilustraciones:

-Ilustración 1: Samuel.V, (09/08/2020), ¿Qué pasaría si el Big Bang fuera en realidad un gran rebote?, WIRED, https://www.wired.com/story/what-if-the-big-bang-was-actually-a-big-bounce/

-Ilustración 2: NASA, (2006),Imágenes de productos de datos WMAP, NASA , https://lambda.gsfc.nasa.gov/product/wmap/dr2/m_images.html

-Ilustración 3: Skoglund S ,(24/09/2007),Spinnetwork.jpg, Wikimedia Commons,https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spinnetwork.jpg

-Ilustración 4: NASA,(2019), Conceptos básicos de Galaxy, NASA, https://science.nasa.gov/universe/galaxies/

-KHADIJA OUBAIH MOMEN ,4°A.