El origen de estos modelos se puede rastrear al intento de buscar modelos alternativos a la teoría inflacionaria para solventar los problemas
de la cosmología estándar.
Así que antes de entrar en las soluciones lo lógico es presentar los problemas. Y eso es lo que nos proponemos hacer aquí.
¿QUÉ ES EL BIG BANG?
Cuando los físicos hablamos del big bang no nos referimos una explosión de un punto donde estaba contenido todo.
Al hablar del big bang nos referimos a un modelo que se ocupa de estudiar la evolución térmica del universo.
En ningún caso se ocupa del origen.
La visión de la explosión es muy atractiva pero de todo punto errónea.
La teoría del big bang no puede decir nada del primer instante porque es una teoría clásica no cuántica y dicha teoría, basada en relatividad general,
tiene una singularidad en ese estado.
Y una singularidad no es un huevo que todo lo contiene, no es un punto en el espacio que lo contiene todo, una singularidad es una advertencia de una teoría que nos dice que ahí no puede decir nada y que hay que buscarse
otra teoría para acceder a ese estado.
Así que, el big bang (el modelo cosmológico estándar) no habla del inicio,
sino de la evolución del universo desde sus primeros instantes.
No estamos interesado en esta entrada en revisar los éxitos de la teoría cosmológica estándar sino en puntualizar los problemas que llevan a introducir modificaciones tales como la teoría inflacionaria o los modelos
de velocidad de la luz variable
EL PROBLEMA DEL MONOPOLO.
Según la teoría electromagnética que rige desde la estructura atómica hasta nuestros dispositivos electrónicos existen las fuentes de campo eléctrico aisladas, las cargas.
Pero el campo magnético es producido por cargas en movimiento.
No hay carga magnética aislada, el campo magnético siempre va producido por un polo norte y un polo sur, no hay polos aislados.
(El típico ejemplo de que al partir un imán uno vuelve a obtener un imán con dos polos es muy representativo aquí).
Por otro lado, de la física de partículas sabemos que hay tres interacciones no gravitatorias.
La electromagnética, la débil y la fuerte.
La electromagnética es claro lo que es, la débil cambia los tipos de partículas (ver entrada sobre los neutrinos para una explicación algo más detallada) y la fuerte es la que une los quarks para formar protones
y neutrones (además de otras partículas).
Se sabe que dichas teorías se han de comportar igual alcanzada una determinada energía.
Es decir, todas estas interacciones han de venir descritas
por una única teoría.
Esto es lo que persigue la unificación, dar una teoría que explique por qué estas interacciones eran la misma a determinada energía y hoy día las vemos como tres interacciones distintas.
Actualmente tenemos una teoría magnífica que unifica dos de ellas,
la interacción electromagnética y la interacción débil está descrita
por la teoría electrodébil.
Sin embargo, aún no tenemos una teoría definitiva de la unificación
de la teoría electrodébil con la fuerte, a tal hipotética teoría se la denomina teoría de gran unificación (GUT en lo que sigue).
El caso es que inicialmente (a una determinada energía o temperatura) teníamos una única interacción, la GUT.
Pero cuando bajó la temperatura del universo las interacciones se separaron en la interacción fuerte y la electrodébil.
Como subproducto de esto aparecen ciertas partículas que son
de hecho monopolos magnéticos.
Pero esto supone un problemón, un problema de los gordos, ¿por qué?
Los monopolos sería muy muy pesados y serían creados
en un número inmenso.
Pero eso significaría que tales partículas dominarían la evolución
del universo, pudiendo incluso frenar su expansión y provocar el recolapso
del universo.
Y además, no vemos monopolos por ningún sitio.
¿Dónde están?
EL PROBLEMA DEL HORIZONTE
El universo tiene una curiosa propiedad y es que es homogéneo.
Homogéneo a escalas cosmológicas, es decir, si nosotros miramos a nuestro alrededor no es homogéneo, ni a escalas astronómicas, tenemos planetas, estrellas y galaxias, pero si aumentamos la distancia el universo
es increiblemente homogéneo (y todas las inhomogeneidades
son irrelevantes a esas escalas).
Pero esto de la homogeneidad se ve más claramente en la radiación cósmica de fondo (ver entrada) que tiene allá donde se mire una temperatura
de 2.7 grados Kelvin (2.7 grados por encima del cero absoluto)
y las variaciones de temperatura no supera en ningún
caso a una parte por cien mil.
Pero eso supone un problema, otro de los gordos, para que un dos cuerpos estén a la misma temperatura han tenido que intercambiar energía y los cuerpos han tenido que pasar tiempo en contacto
(o intercambiando radiación).
Pero la energía no se puede propagar a mayor velocidad que la velocidad
de la luz según la relatividad.
Sin embargo, mirando a la radiación cósmica de fondo vemos que todo tiene la misma temperatura, aunque la separación espacial sea tal que
a nada le haya dado tiempo a conectar puntos diametralmente
opuestos en el cielo.
Este sin duda es el problema más interesante y “problemático” de todos los concernientes al modelo de la cosmología estándar.
¿Cómo y por qué está todo a la misma temperatura?
¿Se movían las cosas más rápido que la luz?
¿Hay otro mecanismo que explique esto?
EL PROBLEMA DE LA PLANITUD
Con medidas muy precisas hoy podemos decir que nuestro universo ahora mismo es espacialmente plano.
Pero como comentamos la geometría espacial está relacionada con
la densidad de energía y resulta que para que la geometría sea plana sólo
se puede dar un valor concreto de dicha densidad, llamado densidad crítica.
El problema es que no hay ningún mecanismo que pueda asegurar que se parte de la densidad crítica y cualquier variación, a la baja o a la alta haría que nuestro universo no tuviera geometría espacial plana.
Entonces el problema es, o bien nuestro universo empezó con unas condiciones iniciales increiblemente improbables y es plano y lo será por
los siglos de los siglos (amén) o bien hay un mecanismo que permita
que nuestro universo sea plano ahora pero permita otros tipos de densidades que den la opción a distintas evoluciones de nuestro universo.
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En las próximas entradas...
