Mi entrada será algo más técnica, así que a todos los que no sean físicos y buenos aficionados a la física les recomiendo que lean si se atreven con el inglés a KentuckyFC. Por supuesto a los físicos les recomiendo que recurran directamente a las 33 páginas del preprint de Wun-Yi Shu, “Cosmological Models with No Big Bang,” ArXiv, Submitted on 11 Jul 2011.
Antes de nada y para no engañar a nadie hay que hacerse varias preguntas. ¿Cómo puede explicar una teoría de universo estacionario la existencia del fondo cósmico de microondas?
¿Cómo puede explicar la existencia de la era oscura antes de la formación
de las primeras galaxias?
¿Puede un universo sin gran explosión oscilar eternamente e imitar todos
los detalles de una gran explosión sin sufrir ninguna?
Preguntas que Shu no responde y que seguramente los revisores de su artículo, si lo envía a alguna revista internacional, le harán (entre muchas otras). En mi opinión, el artículo está muy verde, pero todas las ideas empiezan estando muy verdes.
Habrá que estar al tanto de como madura esta idea… Espero no aburrir demasiado… no explicaré en detalle los símbolos, solo quiero que los lectores físicos de este blog vean lo que ofrece Shu para incentivarles a leer su artículo o a descartarlo directamente sin más.
Cada uno que haga lo que estime oportuno.
El autor (Wun-Yi Shu) toma una métrica cosmológica estándar para el universo (Friedmann-Robertson-Walker o FRW) y sustituye la velocidad de la luz (c)
por una función del tiempo cósmico, c(t). No discute las condiciones e hipótesis bajo las que dicha aproximación para la métrica del universo en su conjunto
es obtenida, pero considera las tres posibilidades para el espacio: plano (curvatura nula), esférico (curvatura constante positiva)
e hiperbólico (curvatura constante negativa).
Toma una distribución de materia y energía estándar como tensor
de materia-energía-momento (usual para considerar que el contenido del universo es materia más radiación, dominadas por una de ellas según la época del universo considerada).
Y las sustituye en las ecuaciones de Einstein para el universo.
Para que todo funcione bien toma el cociente G/c², que es una constante en la teoría, como un cociente G(t)/c²(t), es decir, hacer variar la constante de gravitación universal de tal forma que compense cualquier variación posible
de la luz y que dicha corrección no afecta a las ecuaciones de Einstein
(que por cierto fueron derivadas suponiendo c constante y que por tanto con c=c(t) deberán presentar correcciones no relativistas que no han sido incorporadas en el modelo de Shu).
Nótese que en las ecuaciones de Einstein aparece el cociente G/(c²)²,
por lo que hacer el cociente G(t)/c²(t)=1 no impide que la teoría resultante tenga cierta dependencia respecto a c(t).
Seguidamente resuelve las ecuaciones de Einstein y obtiene dos ecuaciones diferenciales ordinarias para la evolución del radio del universo a(t) en función del tiempo cósmico y para la evolución de la velocidad de la luz c(t), que da automáticamente la variación de G(t).
El problema es que estas ecuaciones no son de primer orden, como le gustaría (no es solo un problema de carácter estético ya que afecta mucho
a las condiciones iniciales y a la causalidad en la teoría).
Una de las ecuaciones es de segundo orden (la otra es de primer orden como es lo habitual). En estas ecuaciones la notación es la habitual en cosmología, por ejemplo, k es la curvatura constante del espacio
(+1 para un universo esférico, -1 para uno hiperbólico y 0 para uno plano), etc.
¿Cómo resuelve este problemilla Shu? Muy fácil.
Sin pensarlo dos veces se quita el problema de encima directamente.
Impone una relación arbitraria y ad hoc entre la velocidad de la luz
y el radio del universo.
Esta relación, en mi opinión, es muy discutible.
Shu la justifica aludiendo a reglas de medida de longitudes y a medidas de relojes pero sus argumentos son muy flojos y fácilmente rebatibles. Obviamente, ello da pie a que investigadores posteriores ofrezcan otro
tipo de relaciones posibles.
Volvamos a Shu.
Gracias a esta relación, resuelve la ecuación para el evolución del radio del universo a(t) y obtiene la ecuación para la evolución de la velocidad de la luz c(t). La velocidad de la luz se vuelve infinita para un universo plano o hiperbólico, luego el universo debe ser hiperbólico.
Además, para t=0, la velocidad de la luz también se vuelve infinita, lo que según Shu. Pero él mismo se da cuenta que variar la velocidad de la luz es un gran problema, un resultado incompatible con nuestro conocimiento sobre la física de la luz a escala cósmica.
Así que introduce un nuevo efecto, la constante de Planck h también varía con el tiempo h(t), de tal forma que compense el efecto de la variación de la velocidad de la luz sobre la energía de los fotones y la relación de Einstein entre energía y frecuencia de la luz.
El resultado es que el universo se expande (su radio a(t) es función del tiempo cósmico) y que la velocidad de la luz c(t), la constante de gravitación universal G(t) y la constante de Planck h(t) deberían tener unos valores adecuados.
¿Adecuados para qué?
Para explicar el comportamiento de la luz que proviene de las supernovas Ia que ha sido incorrectamente predicho como que corresponde a que el universo se expande de forma acelerada.
Según Shu, su variación adecuada de las 3 constantes fundamentales permite explicar las curvas de luminosidad de las supernovas Ia sin necesidad de recurrir a una expansión acelerada
y por tanto sin necesidad de energía oscura.
Esta gráfica ilustra su buen ajuste de los datos de estas supernovas.
¿Se expande el universo en su teoría?
Sí y no, es cuestión de gustos.
El radio del universo podría ser constante (toda la expansión observada del universo se absorbe con las variaciones de c(t), h(t) y G(t)).
O el universo podría estar expandiéndose (y las variaciones de c(t),…
solo afectan a la actual aceleración de la expansión).
O incluso el universo podría estar contrayéndose.
Basta tomar valores adecuados de los grados de libertad de la teoría para considerar todas estas posibilidades.
¿Qué pasa con el origen del tiempo y con la Gran Explosión?
Para el tiempo t=0 la velocidad de la luz es infinita y decae conforme pasa el tiempo hasta el valor actual.
Pero según Shu esta singularidad es ficticia, puramente matemática,
y no corresponde a la Gran Explosión (la curvatura del universo
no es infinita en t=0).
El momento t=0 puede ser elegido arbitrariamente (el universo es eterno).
El origen de tiempo, según él, es arbitrario por lo que contradice la teoría de la Gran Explosión y su universo es un universo estacionario y eterno.
Eso sí, no hay problema si quiere tener en cuenta parte de la expansión del universo ya que su universo puede tener un radio constante o puede tener un radio oscilatorio con fases de expansión y contracción (lo que más gusta a Shu para no meterse en camisa de once varas), pero siempre con curvatura acotada del espaciotiempo (sin singularidad u origen del universo).
Además, el espacio debe ser esférico, curvatura positiva, ya que si es hiperbólico (curvatura negativa) o plano (como indican los datos cosmológicos) resulta que el radio a(t) explota (blow up) y se vuelve infinito (en un tiempo finito), es decir, sufre una expansión acelerada continua.
En resumen.
Ideas muy especulativas. Curiosas, quizás, pero que difícilmente pasarán
el corte de los experimentos.
Variar c(t), h(t) y G(t) y pretender que no se ve afectada en nada la física
del universo salvo el corrimiento de la luz que proviene de las supervonas Ia es olvidar demasiados hechos experimentales.
