El país desconocido: El futuro del cosmos

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Por Andrew Zimmerman Jones, Daniel Robbins

Determinar las soluciones a la teoría de cuerdas que se aplican a nuestro universo podría permitirnos determinar cuál es el futuro más probable. En cosmología, el pasado y el futuro están unidos, y la explicación de uno está ligada a la explicación del otro. Con el modelo del Big Bang en su lugar, hay esencialmente tres futuros posibles para nuestro universo.

Un universo de hielo: La gran helada

En este modelo del futuro del universo, el universo continúa expandiéndose para siempre. La energía se disipa lentamente a través de un volumen de espacio cada vez más amplio y, eventualmente, el resultado es una vasta expansión fría del espacio a medida que las estrellas mueren. Esta gran helada siempre ha tenido cierto grado de popularidad, que se remonta al auge de la termodinámica en el siglo XIX.

Las leyes de la termodinámica le dicen que la entropía, o desorden, en un sistema siempre aumentará. Esto significa que el calor se extenderá. En el contexto de la cosmología, esto significa que las estrellas morirán y su energía irradiará hacia afuera. En esta “muerte por calor”, el universo se convierte en una sopa estática de energía cero casi absoluta. El universo en su conjunto alcanza un estado de equilibrio térmico, lo que significa que nada interesante puede suceder realmente.

Una versión ligeramente diferente del modelo big freeze se basa en el descubrimiento más reciente de la energía oscura. En este caso, la repulsiva gravedad de la energía oscura hará que los cúmulos de una galaxia se separen unos de otros, mientras que, en menor escala, esos cúmulos se juntarán más, formando eventualmente una gran galaxia.

Con el tiempo, el universo estará poblado por grandes galaxias que están extremadamente alejadas unas de otras. Las galaxias se volverán inhóspitas para la vida, y las otras galaxias estarán demasiado lejos para ser vistas. Esta variante, a veces llamada “muerte fría”, es otra forma en que el universo podría terminar como un páramo congelado. (Esta escala de tiempo es increíblemente vasta, y es probable que los humanos ni siquiera sigan existiendo. Así que no hay necesidad de entrar en pánico.)

De un punto a otro: La gran crisis

Un modelo para el futuro del universo es que la densidad de la masa del universo es lo suficientemente alta como para que la atractiva gravedad pueda eventualmente dominar la repulsiva gravedad de la energía oscura. En este gran modelo crujiente, el universo se contrae de nuevo en un punto microscópico de masa.

Esta idea de una gran crisis era una noción popular a mediados de siglo en la ciencia ficción, pero con el descubrimiento de la repulsiva energía oscura, parece haber salido mal. Debido a que los físicos están observando el aumento de la tasa de expansión, es poco probable que haya suficiente materia para superar eso y volver a juntarlo todo.

Un nuevo comienzo: El gran rebote

El modelo ekpyrotic devuelve el gran crujido, pero con un giro. Cuando ocurre la crisis, el universo vuelve a pasar por un período de big bang. Este no es el único modelo que permite un modelo cíclico de rebote tan grande.

En el modelo ekpyrotic, el universo pasa por una serie de grandes explosiones, seguidas de expansión y luego de una gran contracción. El ciclo se repite una y otra vez, presumiblemente sin principio ni fin. Los modelos cíclicos del universo no son originales y se remontan no sólo a la física de los años 30, sino también a las religiones, como algunas interpretaciones del hinduismo.

Resulta que el principal competidor de la teoría de cuerdas -la gravedad cuántica de bucles- también puede presentar un panorama general de rebote. El método de la gravedad cuántica de bucles es cuantificar (dividirse en unidades discretas) el espacio-tiempo mismo, y esto evita una singularidad en la formación del universo, lo que significa que es posible que el tiempo se extienda hacia atrás antes del momento del big bang. En este caso, es probable que se produzca un escenario de gran rebote.

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