Las preguntas son tan grandes como el universo y (casi) tan antiguas como el tiempo: ¿de dónde vengo y por qué estoy aquí? Eso puede sonar como una consulta para un filósofo, pero si anhelas una respuesta más científica, intenta preguntarle a un cosmólogo.
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Esta rama de la física está trabajando arduamente para descifrar la naturaleza de la realidad al unir las teorías matemáticas con un grupo de pruebas. Hoy en día, la mayoría de los cosmólogos creen que el universo fue creado durante el Big Bang hace unos 13.800 millones de años, y se está expandiendo a un ritmo cada vez mayor. El cosmos está tejido en una tela que llamamos espacio-tiempo, que está bordada con una red cósmica de galaxias brillantes y materia oscura invisible.
Suena un poco extraño, pero las pilas de imágenes, datos experimentales y modelos compilados durante décadas pueden respaldar esta descripción. Y a medida que se agrega nueva información a la imagen, los cosmólogos están considerando formas aún más salvajes de describir el universo, incluidas algunas propuestas extravagantes que, sin embargo, tienen sus raíces en la ciencia sólida:
¿Esta colección de láseres y espejos demostrará que el universo es un holograma 2D? (Fermilab) El universo es un holograma.
Mire un holograma estándar, impreso en una superficie 2D, y verá una proyección 3D de la imagen. Disminuya el tamaño de los puntos individuales que componen la imagen, y el holograma se vuelve más nítido. En la década de 1990, los físicos se dieron cuenta de que algo así podría estar sucediendo con nuestro universo.
La física clásica describe la estructura del espacio-tiempo como una estructura de cuatro dimensiones, con tres dimensiones de espacio y una de tiempo. La teoría de la relatividad general de Einstein dice que, en su nivel más básico, este tejido debería ser suave y continuo. Pero eso fue antes de que la mecánica cuántica saltara a la escena. Si bien la relatividad es excelente para describir el universo en escalas visibles, la física cuántica nos cuenta todo sobre la forma en que funcionan las cosas a nivel de átomos y partículas subatómicas. Según las teorías cuánticas, si examinas la estructura del espacio-tiempo lo suficientemente cerca, debería estar hecha de pequeños granos de información, cada uno cien mil millones de billones de veces más pequeño que un protón.
El físico de Stanford Leonard Susskind y el ganador del premio Nobel Gerard 't Hooft han presentado cálculos que muestran lo que sucede cuando intentas combinar descripciones cuánticas y relativistas del espacio-tiempo. Descubrieron que, matemáticamente hablando, la tela debería ser una superficie 2D, y los granos deberían actuar como los puntos en una vasta imagen cósmica, definiendo la "resolución" de nuestro universo 3D. La mecánica cuántica también nos dice que estos granos deben experimentar fluctuaciones aleatorias que ocasionalmente pueden desenfocar la proyección y, por lo tanto, ser detectables. El mes pasado, los físicos del Fermi National Accelerator Laboratory del Departamento de Energía de EE. UU. Comenzaron a recopilar datos con una disposición altamente sensible de láseres y espejos llamada Holómetro. Este instrumento está finamente afinado para captar un movimiento minúsculo en el espacio-tiempo y revelar si en realidad es granulado en la escala más pequeña. El experimento debería recopilar datos durante al menos un año, por lo que podemos saber pronto si estamos viviendo en un holograma.
El universo es una simulación por computadora.
Al igual que la trama de Matrix, es posible que estés viviendo en un programa informático muy avanzado y ni siquiera lo sepas. Alguna versión de este pensamiento ha sido debatida desde mucho antes de que Keanu pronunciara su primer "whoa". Platón se preguntó si el mundo tal como lo percibimos es una ilusión, y los matemáticos modernos se enfrentan a la razón por la cual las matemáticas son universales: ¿por qué no importa cuándo o dónde mires, 2 + 2 siempre deben ser 4? Tal vez porque esa es una parte fundamental de la forma en que se codificó el universo.
En 2012, los físicos de la Universidad de Washington en Seattle dijeron que si vivimos en una simulación digital, podría haber una manera de averiguarlo. Los modelos de computadora estándar se basan en una cuadrícula 3D y, a veces, la propia cuadrícula genera anomalías específicas en los datos. Si el universo es una vasta cuadrícula, los movimientos y las distribuciones de partículas de alta energía llamadas rayos cósmicos pueden revelar anomalías similares (una falla en la matriz) y darnos un vistazo a la estructura de la rejilla. Un artículo de 2013 del ingeniero del MIT Seth Lloyd desarrolla el argumento para un giro intrigante sobre el concepto: si el espacio-tiempo está hecho de bits cuánticos, el universo debe ser una computadora cuántica gigante. Por supuesto, ambas nociones plantean un dilema preocupante: si el universo es un programa de computadora, ¿quién o qué escribió el código?
Un agujero negro supermasivo activo en el núcleo del Centaurus Una galaxia lanza chorros de radiación al espacio. (ESO / WFI (visible); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Microondas); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (Rayos X)) El universo es un agujero negro
Cualquier libro de "Astronomía 101" te dirá que el universo surgió durante el Big Bang. Pero, ¿qué existía antes de ese punto y qué desencadenó la explosión? Un artículo de 2010 de Nikodem Poplawski, entonces en la Universidad de Indiana, expuso que nuestro universo fue forjado dentro de un agujero negro realmente grande.
Mientras Stephen Hawking sigue cambiando de opinión, la definición popular de un agujero negro es una región del espacio-tiempo tan densa que, más allá de cierto punto, nada puede escapar de su atracción gravitacional. Los agujeros negros nacen cuando los densos paquetes de materia colapsan sobre sí mismos, como durante la muerte de estrellas especialmente fuertes. Algunas versiones de las ecuaciones que describen los agujeros negros continúan diciendo que la materia comprimida no colapsa completamente en un punto, o singularidad, sino que se recupera, arrojando materia caliente y revuelta.
Poplawski apretó los números y descubrió que las observaciones de la forma y composición del universo coinciden con la imagen matemática de un agujero negro que está naciendo. El colapso inicial equivaldría al big bang, y todo lo que nos rodea y a nuestro alrededor estaría hecho de los componentes refrigerados y reorganizados de esa materia revuelta. Aún mejor, la teoría sugiere que todos los agujeros negros en nuestro universo pueden ser ellos mismos las puertas de entrada a realidades alternativas. Entonces, ¿cómo lo probamos? Este modelo se basa en agujeros negros que giran, porque esa rotación es parte de lo que evita que la materia original se colapse completamente. Poplawski dice que deberíamos poder ver un eco del giro heredado de nuestro agujero negro "padre" en los estudios de galaxias, con grandes cúmulos que se mueven en una dirección preferida, leve pero potencialmente detectable.
El universo es una burbuja en un océano de universos.
Otro rompecabezas cósmico surge cuando consideras lo que sucedió en los primeros segundos de un segundo después del Big Bang. Los mapas de luz reliquia emitidos poco después del nacimiento del universo nos dicen que el espacio-tiempo del bebé creció exponencialmente en un abrir y cerrar de ojos antes de establecerse en una tasa de expansión más tranquila. Este proceso, llamado inflación, es bastante popular entre los cosmólogos, y este año recibió un nuevo impulso con el descubrimiento potencial (pero aún no confirmado) de ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales, que habrían sido producto del rápido crecimiento.
Si se confirma la inflación, algunos teóricos argumentarían que debemos vivir en un mar espumoso de múltiples universos. Algunos de los primeros modelos de inflación dicen que antes del Big Bang, el espacio-tiempo contenía lo que se conoce como falso vacío, un campo de alta energía desprovisto de materia y radiación que es inherentemente inestable. Para alcanzar un estado estable, el vacío comenzó a burbujear como una olla de agua hirviendo. Con cada burbuja, nació un nuevo universo, dando lugar a un multiverso infinito.
El problema al probar esta idea es que el cosmos es ridículamente enorme: el universo observable se extiende por unos 46 mil millones de años luz en todas las direcciones, e incluso nuestros mejores telescopios no pueden esperar mirar la superficie de una burbuja tan grande. Una opción, entonces, es buscar cualquier evidencia de que nuestro universo burbuja colisione con otro. Hoy, nuestros mejores mapas de la luz de la reliquia del Big Bang muestran un punto frío inusual en el cielo que podría ser un "hematoma" al chocar con un vecino cósmico. O podría ser una casualidad estadística. Entonces, un equipo de investigadores dirigido por Carroll Wainwright en la Universidad de California, Santa Cruz, ha estado ejecutando modelos de computadora para descubrir qué otro tipo de rastros dejaría una colisión burbujeante en el eco del Big Bang.
