Opinión

COLUMNA: Ciencia y Futuro

El universo desde la infancia: estado y desafíos por delante

Por Dr. Sujoy Modak*


Desde la antigüedad, cada vez que miramos hacia arriba, la inmensidad y la elegancia del universo nos llena de alegría y nos inspira a escribir cuentos sobre su creación. Una teoría física capaz de estudiar el Universo observable como un todo, surgió solo después de la formulación de la Relatividad General en 1915. En consecuencia, la búsqueda del universo recibió un nombre, “Cosmología”, que desafía la percepción humana, la imaginación y la ambición al más alto nivel. Después de todo, hablamos de una escala de longitud más grande de lo que jamás podamos imaginar (al menos 27 ceros después del 1, en metros) y una escala de tiempo mucho mayor que nuestra propia existencia (17 ceros después del 1, en segundos). Al igual que nuestras vidas, para comprender el universo como lo vemos hoy, debemos retroceder en el tiempo hasta el comienzo.

Pero ¿realmente sabemos que el universo tuvo un comienzo? Sí, lo más probable es que lo hagamos. Porque las observaciones nos lo han dicho repetidamente.

La primera observación que respalda nuestra conclusión la hizo Edwin Hubble con un descubrimiento sorprendente: el universo se está expandiendo (1929). La segunda observación fue el descubrimiento de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB en inglés) en 1965 (Premio Nobel 1978, Wilson Robert y Arno Penzias). En pocas palabras, CMB es una radiación reliquia que proviene del “universo infantil” incluso antes de que se formara cualquier estrella. Además, el CMB es muy uniforme (casi idéntico en todas las direcciones) y tiene una temperatura cercana a los 3 Kelvin. Estas 2 observaciones establecieron que el universo inició en un estado caliente y denso después de un “big bang” y, desde entonces, se expandió y se enfrió.

Hacia fines del siglo pasado, las mediciones precisas de CMB han revelado secretos más profundos sobre el “universo infantil” (Premio Nobel 2006, John C. Mather y George F. Smoot). Encontraron una ligera variación de los fotones provenientes del “universo infantil”. Es solo una variación de 1 fotón por 100 mil cuando miramos en diferentes direcciones y es una consecuencia de la pequeña variación de temperatura en el universo infantil. En consecuencia, ahora tenemos 2 problemas que resolver: (a) cómo el universo infantil era tan homogéneo e isotrópico, y (b) qué podemos aprender de estas pequeñas variaciones de temperatura.

Alan Guth introdujo la teoría de la “inflación cosmológica” en 1982 para abordar el primer problema. Es una teoría muy útil pero que hasta ahora carece de una confirmación observacional. Por otro lado, pequeñas variaciones en la temperatura del CMB se interpretan como densidades variables de materia del universo infantil. Podemos explicar el universo observable con eso. Esa materia no homogénea en el universo infantil se separó entre sí a medida que este último se expandía y, al mismo tiempo, la atracción gravitatoria hizo que la materia relativamente cercana se juntara y formara estrellas que luego conducen a las galaxias, y al cúmulo de galaxias, etc. Una vez que se formaron estas estructuras, la vida eventualmente llegó a existir. Por lo tanto, comprender el universo actual requiere una comprensión adecuada del universo infantil no homogéneo.

La explicación estándar de la generación de falta de homogeneidad temprana suele estar dada por la Teoría de la Perturbación Cosmológica. Utiliza la perturbación espontánea de un “vacío cuántico”. A diferencia del vacío clásico, el vacío cuántico se puede excitar para obtener partículas. Es un concepto bien conocido, como en la teoría cuántica del electromagnetismo, donde las partículas y antipartículas pueden crearse mediante la perturbación del vacío. No obstante, la Teoría de la Perturbación Cosmológica se queda corta en detallar todo ya que, (A) no puede explicar cómo la perturbación cuántica se vuelve clásica como vemos en CMB, (B) cómo la teoría produce falta de homogeneidad mientras que el “vacío cuántico” de su elección es completamente homogéneo, y (C) por qué no vemos nada de antimateria hoy. Estos son algunos de los problemas más apremiantes que aún no se han resuelto y que las y los estudiantes interesados ​​en la carrera de Física pueden considerar seguirlos y abordarlos para su estudio.

Uno de mis principales intereses de investigación es comprender tales deficiencias y abordarlas. En los últimos 10 años he publicado 8 artículos de investigación al respecto en revistas internacionales indexadas. Uno de esos artículos (https://bit.ly/3iadScB) proporcionó argumentos claros que respaldan la crítica (A). Más recientemente, en 2020, publiqué un artículo (https://bit.ly/3V1HYhl) que presentaba un nuevo estado de vacío cuántico para el universo infantil que podría ser útil para superar las críticas (B). En la Facultad de Ciencias de la UdeC se dirigieron un par de tesis de pregrado relacionadas con este tema. Además, en este punto colaboran estudiantes de posgrado de la UNAM y la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP). Pude obtener financiamiento por CONACyT para un proyecto de investigación en 2018, que apoya aún más mi investigación en la U de C.


*Profesor investigador de la facultad de ciencias de la Universidad de Colima

Las opiniones expresadas en este texto periodístico de opinión, son responsabilidad exclusiva del autor y no son atribuibles a El Comentario.

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