En un artículo anterior, expliqué el fracaso del modelo cosmológico de Roger Penrose para desafiar la conclusión de que el universo tuvo un comienzo, como se destaca en The Return of the God hypothesis [El regreso de la hipótesis de Dios] de Stephen Meyer. Ahora describiré y criticaré el modelo cosmológico cíclico elaborado por Paul Steinhardt y Anna Ijjas. Su modelo también se basa en suposiciones altamente cuestionables, de modo que tampoco supera la evidencia del comienzo cósmico.
Steinhardt es uno de los cosmólogos que desarrolló la teoría inflacionaria. Más tarde rechazó el marco debido a las razones que él, Ijjas y el físico Abraham Loeb detallaron en su artículo «Pop Goes the Universe«. En resumen, los modelos inflacionarios más simples fallaron en todas sus predicciones centrales. Y los modelos posteriores se volvieron tan arcanos y flexibles que perdieron todo poder explicativo.
Modelo de Steinhardt e Ijjas
Steinhardt e Ijjas desarrollaron un modelo cíclico como reemplazo. Asume que el universo se expande eternamente a través de una serie continua de ciclos. Cada ciclo incluye una fase de expansión, una fase de contracción y luego un rebote que hace que el universo pase de la contracción a la expansión. El universo pasa de la expansión a la contracción a través de un mecanismo desconocido, como la tensión en una brana de dimensiones superiores en la que hipotéticamente está incrustado nuestro universo. El rebote resulta de otro mecanismo, como la colisión de dos branas. El rebote ocurre mucho antes de que el universo se contraiga nuevamente a su volumen original después del rebote anterior, por lo que el volumen del universo se expande dramáticamente en cada ciclo (ver figura).
El modelo está construido para garantizar que cada ciclo restablezca en el universo visible la entropía, la homogeneidad y la isotropía. El reinicio resulta de un campo postulado que impregna el espacio con propiedades muy específicas. El rebote altera el valor del campo, provocando que el universo se expanda brevemente muy rápidamente como con los modelos inflacionarios tradicionales. El universo sale de la inflación y la energía del campo se convierte en materia y energía normales en un proceso denominado recalentamiento. Luego, el universo se expande de acuerdo con el modelo estándar del Big Bang.
La fase de contracción es mucho más lenta que la fase de inflación. Esta diferencia da como resultado que un volumen muy pequeño de espacio en un ciclo se convierta en todo el universo visible en el próximo ciclo. El pequeño volumen inicial probablemente no contenga agujeros negros donde está contenida la mayor parte de la entropía. En consecuencia, cada ciclo comienza en un estado de baja entropía ya que los agujeros negros residen fuera del nuevo universo visible.
Los supuestos
El modelo se basa en varios mecanismos novedosos. El periodista Charlie Wood en su artículo de la revista Quanta «Las simulaciones del Big Bounce desafían al Big Bang» comenta:
La colaboración luego desarrollará el rebote en sí mismo, una etapa más compleja que requiere interacciones novedosas para separar todo nuevamente. Ijjas ya tiene una teoría de rebote que actualiza la relatividad general con una nueva interacción entre la materia y el espacio-tiempo, y sospecha que también existen otros mecanismos.
Steinhardt describe además la física subyacente en “The Endless Universe: A Brief Introduction” [El universo sin fin: una breve introducción]:
Los ingredientes son familiares, pero las interacciones entre los campos son muy complicadas de describir. Alternativamente, podemos adoptar ingredientes menos familiares de la teoría de supercuerdas, como branas y dimensiones adicionales para describir el modelo… El modelo debe introducir un mecanismo para hacer que el universo sea homogéneo, isotrópico y plano, y para crear un espectro de escala casi invariable de perturbaciones de densidad.
El modelo también debe asumir lo siguiente:
- Un campo con una densidad de energía potencial de la forma matemática requerida.
- Un mecanismo que altera la densidad de energía del campo en el momento adecuado y de la manera adecuada para que el universo pase de expandirse a contraerse.
- La dinámica de energía del campo debe garantizar que la etapa de contracción avance con la suficiente lentitud para permitir el suavizado del universo.
- Un mecanismo que inicia el rebote entre la contracción y la expansión.
- El campo se acopla adecuadamente con los campos normales de materia y energía para permitir el recalentamiento.
- Un universo que es infinitamente grande en el pasado infinito con una cantidad infinita de energía.
Para evitar el comienzo
La última suposición se requiere, ya que el universo postulado se expande en promedio, por lo que se le aplica el teorema de Borde-Guth-Vilenkin. Al igual que con el modelo de Penrose, la única forma de evitar un comienzo es asumir los infinitos. Esta suposición también es necesaria para abordar el aumento continuo de la entropía. Steinhardt e Ijjas comentan en “Entropía, agujeros negros y el nuevo universo cíclico”:
…en el límite de un universo infinito, hay una reserva ilimitada de energía y un volumen infinito para acomodar la entropía creciente y el número creciente de agujeros negros. Por lo tanto, no hay un obstáculo entrópico obvio.
Al igual que el modelo de Penrose, el modelo de Steinhardt e Ijjas enfrenta los problemas filosóficos de un universo infinito y debe basarse en una gran cantidad de suposiciones cuestionables. Su esfuerzo por construir un modelo para explicar el universo es perfectamente razonable, por lo que no critico su sinceridad ni su competencia. Sin embargo, la conclusión de que el universo tuvo un comienzo es mucho más parsimoniosa y consistente con la evidencia. La razón principal de la resistencia en su contra por parte de muchos en la comunidad científica son sus implicaciones filosóficas y teológicas.
Artículo publicado originalmente en inglés por Brian Miller Ph.D. en Evolution News & Science Today