Teoría revisada de la gravedad no predice un Big Bang

La Teoría del Big Bang ha formado la base de nuestra comprensión de los orígenes del Universo desde que fue propuesta por primera vez en 1927 por Georges Lemaitre. Y por una buena razón: la teoría está apoyada por las últimas observaciones y experimentos de los científicos, y está basada en la ampliamente aceptada teoría de la relatividad general de Einstein. Pero los científicos siempre están al acecho de nuevas evidencias que puedan sugerir una alternativa al Big Bang. Lo último en este área de investigación procede de los astrofísicos Banados y Ferreira, que han resucitado una teoría de la gravedad de los inicios del siglo XX y descubrieron que una versión modificada de la misma puede tener algunas sorpresas.

Línea de Tiempo del Universo ilustrado con
3 dimensiones espaciales y una temporal.

En un reciente estudio publicado en Physical Review Letters, Maximo Banados y Pedro Ferreira han considerado la teoría de la gravedad propuesta por Arthur Eddington, un contemporáneo de Einstein. Eddington tal vez es más famoso por su viaje a la Isla del Príncipe en la costa oeste de África en 1919, donde durante un eclipse solar observó que la gravedad del Sol efectivamente curva la luz estelar, proporcionando una de las primeras confirmaciones de la relatividad general.

Aunque Eddington desempeñó un importante papel en el desarrollo de la relatividad general, durante las siguientes décadas se interesó más por hallar una teoría que unificase la gravedad y la mecánica cuántica, una tarea que aún hoy se estudia. En 1924, Eddington propuso una nueva "acción gravitatoria" como alternativa a la acción de Einstein-Hilbert, la cual podría servir como punto inicial alternativo a la relatividad general. En astrofísica, una acción gravitatoria es el mecanismo que describe cómo la gravedad puede surgir a partir del espacio-tiempo curvado por la materia y la energía. No obstante, la teoría de la gravedad de Eddington sólo funcionaba en el espacio vacío, y no incluía ninguna fuente de energía tal como la materia, haciendo de ella una teoría incompleta.

Desde la propuesta de Eddington, los científicos han intentado distintas formas de incluir la materia en la teoría, aunque han tenido problemas. En este estudio, Banados y Ferreira han intentado una nueva forma de extender la teoría para incluir la materia usando una acción gravitatoria conocida como acción Born-Infeld.

En su análisis, los científicos encontraron que una característica clave en la teoría revisada de la gravedad de Eddington es que reproduce la gravedad de Einstein con precisión en las condiciones de vacío (sin materia), pero produce nuevas efectos cuando se añade materia. Debido a estas características, la teoría revisada tiene implicaciones especialmente para las regiones de alta densidad, tales como las de los inicios del Universo o dentro de un agujero negro. Por ejemplo, la teoría predice una densidad máxima de espacio-tiempo homogéneo e isotrópico, lo cual podría tener implicaciones para la formación de agujeros negros.

Aún más intrigante es que la teoría podría llevar a una visión completamente nueva del Universo que no incluye un Big Bang. En la Teoría del Big Bang, el estado del Universo es una singularidad en los inicios, lo que significa que en un momento fue infinitamente pequeño. La teoría revisada de Eddington requiere una longitud mínima de espacio-tiempo en los inicios, lo que significa que el Universo podría no haber sido una singularidad. La teoría predice que, dependiendo de la densidad inicial del Universo, puede haber esperado durante mucho tiempo con un tamaño relativamente pequeño antes de hacerse lo bastante grande para ser controlado por la evolución cosmológica estándar. Otra posibilidad, dependiendo de las condiciones iniciales, es que el Universo podría haber sufrido un rebote, resultante del colapso de un universo anterior. Cualquier tipo de universo sin singularidades resolvería el problema de la singularidad que ha molestado a los científicos en la relatividad general, dado que una singularidad no puede definirse matemáticamente.

"Tomando como punto de partida esta antigua idea, hemos terminado con una teoría que tiene la interesantísima propiedad de no tener singularidades", dice Ferreira, Profesor de Astrofísica en la Universidad de Oxford, a PhysOrg.com. "Fue algo inesperado y definitivamente no lo que estábamos buscando".

En el futuro, Banados y Ferreira esperan realizar un análisis más detallado de la acción gravitatoria Born-Infeld. Aunque el actual estudio sólo observa el comportamiento clásico de la teoría, podría también haber un comportamiento cuántico, tal como pasa con la idea del rebote. Además, los científicos planean observar los posibles efectos de una constante cosmológica, lo cual no se ha investigado aquí. No obstante, señalan que la teoría aún está en sus primeras etapas de desarrollo conceptual, y le queda un largo camino por recorrer hasta saber qué tan precisa es.

"Las alternativas a la teoría de Einstein son posibilidades hipotéticas", dice Ferreira. "El objetivo es tratar de encontrar alguna prueba observacional que pueda distinguir la teoría de Einstein de la que hemos propuesto nosotros".

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