¿Puede el universo surgir de ... nada?

Sin embargo, la mecánica cuántica, con todas sus paradojas, describe las propiedades de los objetos que existen en el espacio newtoniano no distorsionado. La futura teoría de la gravedad debería extender las leyes probabilísticas de la mecánica cuántica a las propiedades del espacio mismo (más precisamente, espacio-tiempo), deformadas de acuerdo con las ecuaciones de la teoría general de la relatividad. Cómo hacer esto con la ayuda de cálculos matemáticos rigurosos, nadie lo sabe realmente.

Nacimiento frio

Sin embargo, el camino hacia tal unión puede considerarse a nivel cualitativo, y aquí aparecen perspectivas muy interesantes. Uno de ellos fue examinado por el famoso cosmólogo, profesor de la Universidad de Arizona Lawrence Krauss en su libro recientemente publicado "Un universo de la nada". Su hipótesis se ve fantástica, pero no contradice las leyes establecidas de la física.

Se cree que nuestro Universo surgió de un estado inicial muy cálido con una temperatura del orden de 1032 Kelvin. Sin embargo, es posible imaginar el frío nacimiento de universos desde un vacío puro, más precisamente, a partir de sus fluctuaciones cuánticas. Es bien sabido que tales fluctuaciones dan lugar a una gran cantidad de partículas virtuales que literalmente emergieron de la inexistencia y posteriormente desaparecieron sin dejar rastro. Según Krauss, las fluctuaciones del vacío son, en principio, capaces de dar lugar a protouniversos igualmente efímeros, que bajo ciertas condiciones van de un estado virtual a uno real.

Universo sin energia

¿Qué se necesita para esto? La primera y más importante condición es que el germen del futuro universo debe tener cero energía total. En este caso, no solo no está condenado a la desaparición casi instantánea, sino que, por el contrario, puede existir durante un tiempo arbitrariamente largo. Esto se debe al hecho de que, según la mecánica cuántica, el producto de la incertidumbre del valor energético de un objeto por la incertidumbre de su vida útil no debe ser menor que el valor final: la constante de Planck.

La separación de las interacciones fundamentales en nuestro Universo temprano fue una transición de fase. A temperaturas muy altas, las interacciones fundamentales se combinaron, pero cuando se enfrió por debajo de la temperatura crítica, no se produjo separación (esto se puede comparar con el sobreenfriamiento del agua). En este momento, la energía del campo escalar asociado con la unificación excedió la temperatura del Universo, lo que dotó al campo de presión negativa y causó una inflación cosmológica. El universo comenzó a expandirse muy rápidamente, y en el momento de la ruptura de la simetría (a una temperatura de aproximadamente 1028 K) sus dimensiones aumentaron 1050 veces. En este momento, el campo escalar asociado con la unión de interacciones también desapareció, y su energía se transformó en una expansión adicional del Universo.

Dado que la energía de un objeto es estrictamente igual a cero, se conoce sin ninguna incertidumbre y, por lo tanto, su vida útil puede ser infinitamente larga. Es gracias a este efecto que dos cuerpos cargados ubicados a distancias muy grandes son atraídos o repelidos entre sí. Interactúan debido al intercambio de fotones virtuales, que, debido a su masa cero, se extienden a cualquier distancia. Por el contrario, los bosones de vector de calibre que transfieren interacciones débiles, debido a su gran masa, existen solo durante aproximadamente 10-25 segundos, como resultado de lo cual estas interacciones tienen un radio muy pequeño.

¿Qué tipo de universo, aunque embrionario, con energía cero? Como explicó el profesor Krauss a Popular Mechanics, no hay nada místico al respecto: “La energía de tal universo está compuesta por la energía positiva de partículas y radiación (y posiblemente también campos de vacío escalar) y la energía gravitacional potencial negativa. Su suma puede ser igual a cero: las matemáticas lo permiten. Sin embargo, es muy importante que tal equilibrio de energía sea posible solo en mundos cerrados, cuyo espacio tenga una curvatura positiva. Los universos planos y especialmente abiertos no poseen tal propiedad ".

La transición de fase se produjo en la evolución del Universo tres veces: a una temperatura de 1028 K (la Gran Unificación de Interacciones decayó), 1015 K (decaimiento de la interacción electrodébil) y 1012 K (los quarks comenzaron a unirse en hadrones).

Milagros de inflación

¿Qué sucede si las fluctuaciones cuánticas del vacío dan lugar a un universo virtual con energía cero, que, debido a la aleatoriedad cuántica, tiene algo de tiempo para la vida y la evolución? Depende de su composición. Si el espacio del universo está lleno de materia y radiación, primero se expandirá, alcanzará su tamaño máximo y colapsará en colapso gravitacional, existiendo solo una fracción insignificante de segundo. Otra cosa es si hay campos escalares en el espacio que pueden iniciar el proceso de expansión inflacionaria. Hay escenarios en los que esta expansión no solo evita el colapso gravitacional del universo "burbuja", sino que también lo convierte en un mundo casi plano e ilimitado. Por lo tanto, su vida se extiende inconmensurablemente, casi hasta el infinito. Por lo tanto, el pequeño universo virtual se vuelve bastante real: enorme y de larga vida. Incluso si su edad es finita, puede exceder la edad actual de nuestro universo. Por lo tanto, las estrellas y los cúmulos estelares, los planetas e incluso, lo que no es broma, la vida inteligente puede aparecer allí. Un universo completo que surgió literalmente de la nada: ¡estos son milagros que la inflación puede hacer!

El artículo "Mundos del vacío" fue publicado en la revista Popular Mechanics (Nº 7, julio de 2012). ¿Te gusta el artículo?

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