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28/Nov/08



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El costo de hacer nuestro universo

Dos veces en la semana pasada me enfrenté en debate con la pregunta que Tomás de Aquino y otros han usado en un contexto teológico: "¿Por qué hay algo en vez de nada?"

Una línea temporal de la expansión del universo desde el Big Bang.

No quiero detenerme sobre si esto justifica la existencia de Dios. Más bien me gustaría señalar que la física ha respondido a gran parte de esta pregunta, por lo menos si se refiere al "cómo" más que al "por qué".

Un espacio tridimensional puede ser geométricamente abierto, cerrado o "plano", y mi carrera científica se inició en gran parte por la búsqueda para mostrar si el universo que habitamos es el último de ésos. En ese momento implicaba averiguar cuánta materia oscura hay, porque la teoría de la relatividad general de Einstein nos dice que la geometría del universo depende de la masa y de la energía dentro de él. Pensábamos que muy poca materia oscura produciría un universo abierto, que se expandiría para siempre. Demasiada materia oscura daría un universo cerrado, destinado a colapsar. Un universo plano estaría exactamente entre los dos: su expansión disminuiría hasta un alto. Los astrónomos todavía tenían que demostrar que había suficiente materia oscura para evitar que el universo se expandiera para siempre, pero nosotros los teóricos confiábamos en que nuestro universo era plano.

La clave era la idea de la inflación, presentada por el físico Alan Guth para explicar varios enigmas cosmológicos, incluso que el universo pareciera casi plano aun después de 14.000 millones de años de expansión. Un universo plano es como la cima de una colina. Si uno está un poco lejos de ella -un poco abierto o un poco cerrado- la expansión del universo pronto lo moverá lejos de este valor, exactamente como una pelota que se queda corta para llegar a la cima y bajará rodando hasta el fondo. La inflación, por otro lado, impulsa al universo hacia el estado plano, exactamente como inflar una pelota reduce la curvatura de su superficie.

Pero como Guth enfatizó, hay otra razón para favorecer un universo plano: es fundamentalmente hermoso. En un universo plano, la energía gravitatoria total es precisamente cero.

Un universo de cero energía puede sonar extraño, pero se relaciona con una idea enseñada en la física de la escuela. Una pelota arrojada al aire tiene dos formas de energía: cinética y potencial. Si el sentido de la energía cinética es tomado como positivo, la energía potencial, debida a la atracción gravitatoria de la Tierra, es negativa. Si la porción positiva de la energía vence a la parte negativa, la pelota escapará de la Tierra. Si la energía negativa es mayor, regresará. Si la energía total es precisamente cero, la pelota apenas escapará, disminuirá su velocidad hasta detenerse cuando esté infinitamente lejos.

En términos de la relatividad general, la curvatura de nuestro universo en expansión se relaciona con el total de la energía gravitatoria de los objetos arrastrados por su expansión. En un universo plano, la energía total es cero. De modo que un universo plano podría haber surgido de la nada. Uno puede cambiar la energía positiva de las partículas por la energía negativa de la gravedad, y moverse desde una situación en la que no hay ninguna partícula hacia una con muchas. Como lo dice Guth: "¡Hay algo como un universo gratuito!"

En años recientes, los astrónomos han descubierto que sí parece que vivimos en un universo plano, aunque estábamos equivocados sobre cómo sucede. La energía oscura, no la materia oscura, parece dominar, y resulta que la naturaleza extraña de estas cosas significa que la geometría del universo ya no determina su futuro.

El punto clave, sin embargo, es que con energía total cero, el enigma de Tomás de Aquino se resuelve. Y cuando se arrojan a la mezcla las fluctuaciones de energía de la mecánica cuántica, la idea de algo que surge de la nada puede volverse no sólo posible, sino necesario.

Los puristas argumentarán que esto evade la cuestión de cómo surgieron las leyes físicas que lo hacen posible. Sin embargo, la ciencia ha cambiado otra vez el campo de juego para esas especulaciones metafísicas de una manera dramática y hermosa.

Fuente: New Scientist. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard

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Artículo original (inglés)
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