Nota al margen: El presente, bello y simple

Nos creímos el centro del universo, el Sol y las estrellas daban vueltas a nuestro alrededor, hasta que Copérnico nos demostró que no era así. Ahora sabemos que el universo ni siquiera tiene un centro: desde cualquier punto se observan todas las estrellas alejándose, tanto más rápido cuanto más lejos están. 

 

Pensando en mis seres queridos que ya no están, pensé en su día a día, en su presente. En el que creyeron en el centro del tiempo: posterior a todo pasado y anterior a todo futuro. Pensaron en su presente como yo pienso en el mío. E imaginé, por un instante, a todos los presentes conectados a la vez en una especie de presente infinito e implicado (1), y los sentí a todos más cerca… Hermoso, poético, pero ¿nada más?…  

Puede que el presente tal como lo experimentamos diste mucho de la verdadera realidad. La vida se ha desarrollado, tal como la conocemos, en un espacio y un tiempo que hemos descubierto como un espacio-tiempo muy diferente a cómo lo experimentamos. El espacio y el tiempo absoluto fueron desterrados por la teoría de la relatividad, ésta y la mecánica cuántica nos han abierto la percepción a un nuevo mundo  extraño, donde tanto el espacio como el tiempo son entidades emergentes que emanan de una entidad más fundamental (gravedad cuántica). 

En la investigación de nuestro universo, en física y en matemáticas, es muy importante la belleza en forma de lo que se llaman simetrías. Una esfera, por ejemplo, tiene simetría respecto a un punto central y por su propia regularidad cada punto de su superficie es igual que cualquier otro. Nuestro universo se está expandiendo como los puntos de una esfera que se hincha: cada punto se ve como el centro de todos los puntos que puede observar a su alrededor, y los ve como se alejan de un centro, aparente, que es él mismo.  

El presente, tal como lo experimentamos, tiene mucho parecido con la perspectiva con la que observamos la superficie de una esfera: la miremos como la miremos observamos, en perspectiva, un círculo con su punto central. Cada punto central sería como cada uno de nuestros presentes, lo vemos como un punto singular, pero no es más que un punto más de la esfera. Si la esfera tuviera una serie de puntos singulares dejaría de ser simétrica respectó a su centro y dejaría de ser un cuerpo geométrico tan bello y simple.

Y sin darme cuenta estaba rozando el universo holográfico (conjetura de Maldacena), o el orden implicado de David Bohm.

Nota (1): Orden implicado o plegado, escondido a la percepción.

Un saludo amigos.

Primero un punto, y estalló el Big Bang...

...10.000 millones de años después un primitivo mundo de ARN, la vida.

Toda la complejidad del Universo y, posteriormente, de la vida comenzó a partir  de ese extraordinario punto. Primero la Gran Explosión y después de millones de años, como consecuencia de centenares de estallidos estelares, del polvo de estrellas… la vida. La explosión del Big Bang fue lo que Roger Penrose describió como una “explosión en perfecto orden”, lo que significa que aconteció con una mínima entropía (mínimo desorden), gracias a lo cual han podido desarrollarse estructuras tan ordenadas como la propia vida.

 

Universo en expansión.Wikipedia.

Pero lo más sorprendente es pensar en la información asociada a toda la complejidad que observamos en el Universo y en la vida en la Tierra. ¿Esa información, de alguna forma, estaba en el inicio, en el punto de estallido del Big Bang? Es difícil pensar que estuviera como lo está cuando consultamos la información contenida en un libro, de forma tan accesible y directa. La información debía encontrarse de una forma muy sutil: directamente y al mismo tiempo entrelazada mediante las leyes naturales implicadas y todo relacionado con una mínima entropía, que fue como la "cuerda" para el desarrollo del orden y estructura del futuro Universo. La futura teoría sobre la gravedad cuántica, capaz de compatibilizar la mecánica cuántica con la relatividad general, deberá dar respuestas a este enigma sobre el nacimiento de nuestro universo.

Porque sobre la creación de la materia/energía a partir de la nada se sabe que la masa total del Universo cerrado es igual a cero: todo el Universo puede surgir sin gastos de energía. Se cumple la ley de conservación de la energía pues la clave está en que la  energía del campo gravitatoria es negativa, mientras que la energía de la materia es positiva. La energía total es igual a cero... Pero qué ocurre con la información asociada a este proceso y su posterior desarrollo. ¿Toda la información surgió de la nada también? Igual que no se puede perder información en un agujero negro, ¿la información puede aparecer de la nada?

Teoría de la gravedad cuántica

Lo que al menos sabemos de la futura teoría de la gravedad cuántica es que el propio espacio-tiempo no es el fundamental, eterno e inmóvil referente que siempre hemos creído sino que emerge de una entidad fundamental discreta (no continua) y su propia  geometría debe estar inextricablemente ligada a las relaciones causales entre sucesos.

Radiación de fondo, el eco del Big Bang. Wikipedia

Según nuestras leyes físicas, el punto inicial del que proviene el Big Bang es una singularidad en donde ni el espacio ni las leyes que conocemos tienen sentido. La gravedad cuántica nos indica, en cambio, que la entidad de la que venía esa singularidad es discreta, más fundamental que el espacio-tiempo y ligada a la causalidad entre sucesos... Esa entidad anterior al espacio-tiempo y al Big Bang liga causalmente el antes y el después del nacimiento de nuestro Universo ...

El primitivo mundo de ARN

Volviendo a los orígenes de la vida en la Tierra, el llamado primitivo mundo de ARN fue una etapa temprana, quizás primordial, durante la cual las moléculas de ARN tuvieron un papel mucho más evidente en la herencia, el metabolismo y, particularmente, el origen y los primeros pasos en la evolución de la biosíntesis proteínica. La abrumadora evidencia de las propiedades estructurales, reguladoras y catalíticas de las moléculas de ARN, junto con su ubicuidad en los procesos celulares, solo se puede explicar reconociendo que representaron un papel clave en la evolución temprana de la vida, tal vez incluso en su origen (revista Mètode, UV).

La hipótesis del mundo de ARN es uno de los principales candidatos a explicar el proceso natural del surgimiento u origen de la vida. Propone que la vida en la Tierra surgió a partir de la versátil actividad de las moléculas de ARN, desarrollando posteriormente una membrana celular a su alrededor y convirtiéndose así en la primera célula procariota, estas moléculas de ARN no solo fueron el origen de los organismos celulares, sino también de los virus que por su parte no desarrollaron una estructura celular (Wikipedia).

 

Árbol filogenético, en el centro los ancestros comunes. Wikipedia.

Estructuras disipativas

El nacimiento de la vida tuvo mucho que ver con las llamadas estructuras disipativas que suponen la aparición de estructuras coherentes, autoorganizadas, en sistemas alejados del equilibrio. Se trata de un concepto de Ilya Prigogine, que recibió el Premio Nobel de Química «por una gran contribución a la acertada extensión de la teoría termodinámica a sistemas alejados del equilibrio, que sólo pueden existir en conjunción con su entorno».

El término estructura disipativa busca representar la asociación de las ideas de orden y disipación. El nuevo hecho fundamental es que la disipación de energía y de materia, que suele asociarse a la noción de pérdida y evolución hacia el desorden, se convierte, lejos del equilibrio, en fuente de orden. Lo que ocurre es que estas estructuras, tal como la vida, extraen el orden y la materia del entorno y devuelven desorden: disminuyen su entropía a costa del entorno.

La pregunta sigue en el aire: ¿en ese primer instante, en ese punto primordial estaba de alguna forma la información suficiente para que la propia materia se organizara y se pensara a si misma y al vasto Universo que la contiene? ¿La teoría de la gravedad cuántica nos dará las respuestas que nos plantea ese punto primordial que hizo estallar, en un estallido ordenado y "bajo-entrópico", el Universo de la nada "gravito-cuántica" que lo precedía?¿Estamos en uno de tantos universos que componen un inmenso “multi-Universo" (multiverso)?

Gravitación cuántica, distancia fundamental y teoría de cuerdas

La teoría de la relatividad general de Einstein establece una relación directa entre la gravitación y la geometría del espaciotiempo. Esto supone que una teoría cuántica de la gravitación implicará una estructura cuántica del propio espaciotiempo. Y en esta estructura deberá jugar un papel importante una especie de "cuanto espacial", o mínima distancia de interacción. Un nuevo límite fundamental en la Naturaleza, similar a la velocidad de la luz o al cuanto de acción, ahora en la escala de las distancias.

Las dos grandes teorías físicas de las que disponemos, la relatividad general y la mecánica cuántica parecen no llevarse bien entre ellas. La relatividad general está formulada de una manera clásica y esa esencia choca con la formulación cuántica. De hecho, la aplicación directa de las reglas de la mecánica cuántica a la teoría de gravitación de Einstein da lugar a inconsistencias matemáticas. El camino más fácil es intentar formular una teoría cuántica de las ondas gravitacionales, o "arrugas" o vibraciones de la geometría espaciotemporal similares a las ondas electromagnéticas. Cuánticamente, se pueden ver como conjuntos coherentes de partículas, de la misma forma que una onda electromagnética es un conjunto coherente de fotones. Los equivalentes gravitacionales de los fotones se denominan gravitones.

---Distancia fundamental---

A medida que consideramos distancias cada vez menores, las interacciones entre gravitones producen cascadas de creación y aniquilación demasiado violentas, de tal forma que la delicada estructura que funcionaba para las demás partículas fracasa estrepitosamente para los gravitones. Existe una especie de realimentación en la interacción entre gravitones, pues interactúan mediante otros gravitones y esto hace que se pierda la sencilla linealidad que presentan otras fuerzas. Esta cuestión es la causante de que la teoría cuántica de los gravitones no sea renormalizable.

Lo más asombroso es que, por lo que se sabe en otros casos similares de teorías no renormalizables, una explicación posible es que el gravitón no sea una partícula fundamental, sino que tenga componentes a una escala de distancias determinada por la intensidad intrínseca de la interacción gravitacional. Si esto es correcto, el gravitón revelaría sus componentes en la vecindad de al escala de Planck, la única magnitud con dimensiones de longitud que se puede formar con las tres constantes fundamentales de la física, c, h y G (unos 10^-33 centímetros).

Para que nos hagamos idea de la dificultad a la que nos enfrentamos en la formulación de una teoría cuántica de la gravitación, a la distancia de Planck las fluctuaciones cuánticas cambian la estructura geométrica e incluso topológica del espaciotiempo, pudiendo crear agujeros incluso negros microscópicos, de ahí que sean tan importantes a esas distancias como los gravitones. Esta es la vieja idea de Wheeler, que habló de la estructura "espumosa" del espaciotiempo cuántico.

---Teoría de cuerdas y agujeros negros---

Otra vez nos encontramos con nuestros viejos amigos lo agujeros negros, ahora en forma microscópica como resultado de las fluctuaciones cuánticas a escalas de la distancia de Planck. Lo que hemos aprendido de ellos, pero sobre todo la teoría de cuerdas, o la idea de que las partículas que denominamos elementales son en realidad objetos extensos en una dimensión, cuerdas diminutas cuya dinámica esta especificada por sus modos de vibración: cada modo de vibración independiente representaría un tipo diferente de partícula. Esta teoría, básicamente muy sencilla en sus planteamientos iniciales, conduce a una estructura matemática de riqueza insospechada, cuya exploración por parte de físicos y matemáticos aún pertenece a las generaciones futuras.

Hay dos clases básicas de cuerdas, según sean cerradas sobre sí mismas o abiertas, con los extremos libres. Las cuerdas cerradas siempre tienen un modo de vibración que se puede identificar con el gravitón, mientras que las cuerdas abiertas siempre tienen un fotón. El resultado es que las cuerdas predicen la existencia de gravitación en el sector cerrado, y de interacciones del tipo de la interacción electromagnética en el sector abierto. Pero se ha descubierto que las cuerdas no son los únicos objetos fundamentales de la teoría, existen regiones singulares a las cuales las cuerdas abiertas estarían enganchadas, se conocen como D-branas: pueden ser objetos puntuales (D-partículas), tener una dimensión (D-cuerdas), dos dimensiones extendidas (D-membranas), etc.

Cuando las cuerdas o D-branas (generalizando) alcanzan un alto grado de excitación sobre su estado de mínima energía, se convierten en agujeros negros. Esto se entiende bastante bien a nivel cuantitativo gracias a un importante cálculo de Andrew Strominger y Cumrum Vafa, de la Universidad de Harvard, aunque sólo en el caso de agujeros negros con mucha simetría. En este caso el número de estados de un agujero negro, según los cálculos independientes (no cuerdísticos) de Bekenstein y Hawking, coincide con el de un sistema adecuado de D-branas.

---Espaciotiempo no conmutativo, el principio básico---

Como en el caso de la mecánica cuántica, en que el principio básico del que emanaba las propias relaciones de indeterminación de Heisenberg era la no conmutatividad entre posiciones y velociadades, la imposibilidad por principio de conocer ambas cantidades con total definición, en nuestro caso de una teoría de la gravitación cuántica se busca un principio de no conmutatividad puramente espaciotemporal. El tipo de estructura matemática necesaria fue descubierto por el matemático francés Alain Connes en los años ochenta, una geometría cuántica en la cual las coordenadas espaciales son matrices que no conmutan entre sí, en analogía exacta con las posiciones y velocidades de una partícula. De hecho ya se ha comprobado que las cuerdas abiertas poseen propiedades matemáticas que recuerdan esta geometría no conmutativa. Posteriormente se ha llegado a la conclusión de que las D-branas son los propios ladrillos del espaciotiempo: el espaciotiempo adquiere así una naturaleza granular a la escala de Planck, una especie de retículo de D-branas trenzadas mediante las cuerdas abiertas.

Una propiedad matemática tan elemental como es la no conmutatividad está en la base de lo que será la futura teoría de gravitación cuántica. Los retículos espaciales que sustituyen a las coordenadas no conmutan, es decir si X es el operador cuántico de la coordenada x e Y es el operador de la y, el producto XY es diferente al producto YX. Las coordenadas clásicas son simples números reales que por descontado son conmutables, pues da lo mismo multiplicar las coordenadas xy en ese orden o en el contrario yx. Esta diferencia tan abismal nos da una idea de la nueva complejidad necesaria para poder describir correctamente la realidad del espaciotiempo.

Reedición de un antiguo post, gracias amigos. Un abrazo.

Algunas notas, casi al azar, sobre gravitación cuántica y agujeros negros

Sobre espacio-tiempo y paradigma holográfico:
Conforme avanza nuestro conocimiento sobre el universo aparecen más interrogantes, vuelven las eternas preguntas que se han hecho los filósofos de todos los tiempos, aunque la perspectiva ha cambiado sustancialmente. Los principios básicos que vislumbramos sobre la gravedad cuántica nos indican que el propio espacio-tiempo no es el fundamental, eterno e inmóvil referente que siempre hemos creído sino que emerge de una entidad fundamental discreta (no continua) y su propia geometría debe estar inextricablemente ligada a las relaciones causales entre sucesos.
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Extraña luz de agujero negro:
Un agujero negro del que no salga nada (el caso clásico), ni presente al exterior ninguna manifestación cuando engulle materia con mucha entropía, sugiere una forma demasiado fácil de disminuir la entropía de la materia exterior al mismo. Conforme arrojáramos al agujero materia con gran entropía haríamos disminuir la entropía exterior. Serían agujeros por los que se “escaparía” el cumplimiento de la segunda ley de la termodinámica, la tendencia natural al aumento de entropía o desorden (ver nota final sobre la entropía). Desde el Bing Bang, una explosión en perfecto orden , la entropía total del Universo no ha dejado de crecer y así será hasta la llamada muerte térmica .

La extraña luz de los agujeros negros, bautizada como radiación de Hawking que fue quien la descubrió, devuelve desorden, entropía, a nuestro Universo que sigue degradándose sin remedio hasta su muerte final (la energía de la radiación calorífica es la energía más degradada). Sin esa tenue luz los agujeros negros engullirían, además de materia, desorden. El determinismo clásico los hace más negros pero menos reales… la realidad, por una vez, no es tan “negra” como la pintan.

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Dragones alados y agujeros negros:
Agujeros negros, agujeros de gusano, túneles en el espacio-tiempo, viajes en el tiempo, distorsión espacial y temporal, todos estos conceptos que parecen sacados de una novela de ciencia ficción, forman parte ya de la ciencia seria que se investiga en la actualidad, y no deja de ser una paradoja que la física, la ciencia más pura y dura, se ocupe de cuestiones, en otro tiempo, esotéricas. La materia a la que nos agarramos como lo más sólido, simple y real que tenemos se está convirtiendo, cada vez más, en algo lleno de misterio y complejidad. La física cuántica y la teoría de la relatividad general nos la presentan como algo siempre en movimiento que se confunde con el propio espacio y tiempo. Conforme tratamos de entender sus propias entrañas se nos aparece como formando una especie de entidad compleja que algún premio Nóbel no ha dudado en llamar: la materia-espacio-tiempo. Las extrañas criaturas que son los agujeros negros, con la curiosidad que han despertado entre los físicos, a comprender mejor el mundo que nos rodea. En cierta forma su negra belleza ha arrojado un rayo de luz sobre nuestro conocimiento del universo que nos cobija.



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Antes del Big Bang, la espuma cuántica:

La mecánica cuántica nos prepara en cierta forma la mente para imaginar la creación del Universo a partir de una nada cuajada de fluctuaciones cuánticas pre-espaciotemporales. Ya en el Universo actual nos enseña que el vacío es un verdadero hervidero de creación y aniquilación de partículas virtuales que, a distancias del orden de Planck, se convierte en la llamada "espuma" cuántica del espacio-tiempo. En ella nada de lo que conocemos y nos es familiar cuenta pues entramos en los dominios de la desconocida, hasta ahora, gravedad cuántica.
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Radiación de Hawking:
Conforme más sabemos de estas exóticas criaturas estelares, más nos sorprenden. Hemos descubierto que emiten radiación (llamada de Hawking) y no son tan negros como nos los pintaban; que el área de su horizonte de sucesos nos mide toda su entropía y nos delata la magnitud del desorden exterior que ha devorado, y que mueren en medio de un estallido de energía brutal. Parecía que nos lo querían esconder todo, y, sin embargo, nos cuentan cosas que sin ellos nunca habríamos sabido sobre el propio nacimiento del Universo y de su final, pues sus propiedades llevan años alumbrando la dirección que debemos tomar para descubrir la futura teoría de la gravedad cuántica: la llave del pasado y del futuro del Universo.

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Gravitación cuántica, distancia fundamental y teoría de cuerdas:
Una propiedad matemática tan elemental como es la no conmutatividad está en la base de lo que será la futura teoría de gravitación cuántica. Los retículos espaciales que sustituyen a las coordenadas no conmutan, es decir si X es el operador cuántico de la coordenada x e Y es el operador de la y, el producto XY es diferente al producto YX. Las coordenadas clásicas son simples números reales que por descontado son conmutables, pues da lo mismo multiplicar las coordenadas xy en ese orden o en el contrario yx. Esta diferencia tan abismal nos da una idea de la nueva complejidad necesaria para poder describir correctamente la realidad del espaciotiempo.

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Un abrazo amigos.

Notas varias, collage claroscuro tirando al negro

Algunas notas, casi al azar, sobre gravitación cuántica y agujeros negros

Sobre espacio-tiempo y paradigma holográfico:
Conforme avanza nuestro conocimiento sobre el universo aparecen más interrogantes, vuelven las eternas preguntas que se han hecho los filósofos de todos los tiempos, aunque la perspectiva ha cambiado sustancialmente. Los principios básicos que vislumbramos sobre la gravedad cuántica nos indican que el propio espacio-tiempo no es el fundamental, eterno e inmóvil referente que siempre hemos creído sino que emerge de una entidad fundamental discreta (no continua) y su propia geometría debe estar inextricablemente ligada a las relaciones causales entre sucesos.

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Extraña luz de agujero negro:
Un agujero negro del que no salga nada (el caso clásico), ni presente al exterior ninguna manifestación cuando engulle materia con mucha entropía, sugiere una forma demasiado fácil de disminuir la entropía de la materia exterior al mismo. Conforme arrojáramos al agujero materia con gran entropía haríamos disminuir la entropía exterior. Serían agujeros por los que se “escaparía” el cumplimiento de la segunda ley de la termodinámica, la tendencia natural al aumento de entropía o desorden (ver nota final sobre la entropía). Desde el Bing Bang, una explosión en perfecto orden , la entropía total del Universo no ha dejado de crecer y así será hasta la llamada muerte térmica .

La extraña luz de los agujeros negros, bautizada como radiación de Hawking que fue quien la descubrió, devuelve desorden, entropía, a nuestro Universo que sigue degradándose sin remedio hasta su muerte final (la energía de la radiación calorífica es la energía más degradada). Sin esa tenue luz los agujeros negros engullirían, además de materia, desorden. El determinismo clásico los hace más negros pero menos reales… la realidad, por una vez, no es tan “negra” como la pintan.

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Dragones alados y agujeros negros:
Agujeros negros, agujeros de gusano, túneles en el espacio-tiempo, viajes en el tiempo, distorsión espacial y temporal, todos estos conceptos que parecen sacados de una novela de ciencia ficción, forman parte ya de la ciencia seria que se investiga en la actualidad, y no deja de ser una paradoja que la física, la ciencia más pura y dura, se ocupe de cuestiones, en otro tiempo, esotéricas. La materia a la que nos agarramos como lo más sólido, simple y real que tenemos se está convirtiendo, cada vez más, en algo lleno de misterio y complejidad. La física cuántica y la teoría de la relatividad general nos la presentan como algo siempre en movimiento que se confunde con el propio espacio y tiempo. Conforme tratamos de entender sus propias entrañas se nos aparece como formando una especie de entidad compleja que algún premio Nóbel no ha dudado en llamar: la materia-espacio-tiempo. Las extrañas criaturas que son los agujeros negros, con la curiosidad que han despertado entre los físicos, a comprender mejor el mundo que nos rodea. En cierta forma su negra belleza ha arrojado un rayo de luz sobre nuestro conocimiento del universo que nos cobija.



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Antes del Big Bang, la espuma cuántica:

La mecánica cuántica nos prepara en cierta forma la mente para imaginar la creación del Universo a partir de una nada cuajada de fluctuaciones cuánticas pre-espaciotemporales. Ya en el Universo actual nos enseña que el vacío es un verdadero hervidero de creación y aniquilación de partículas virtuales que, a distancias del orden de Planck, se convierte en la llamada "espuma" cuántica del espacio-tiempo. En ella nada de lo que conocemos y nos es familiar cuenta pues entramos en los dominios de la desconocida, hasta ahora, gravedad cuántica.
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Radiación de Hawking:
Conforme más sabemos de estas exóticas criaturas estelares, más nos sorprenden. Hemos descubierto que emiten radiación (llamada de Hawking) y no son tan negros como nos los pintaban; que el área de su horizonte de sucesos nos mide toda su entropía y nos delata la magnitud del desorden exterior que ha devorado, y que mueren en medio de un estallido de energía brutal. Parecía que nos lo querían esconder todo, y, sin embargo, nos cuentan cosas que sin ellos nunca habríamos sabido sobre el propio nacimiento del Universo y de su final, pues sus propiedades llevan años alumbrando la dirección que debemos tomar para descubrir la futura teoría de la gravedad cuántica: la llave del pasado y del futuro del Universo.

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Gravitación cuántica, distancia fundamental y teoría de cuerdas:
Una propiedad matemática tan elemental como es la no conmutatividad está en la base de lo que será la futura teoría de gravitación cuántica. Los retículos espaciales que sustituyen a las coordenadas no conmutan, es decir si X es el operador cuántico de la coordenada x e Y es el operador de la y, el producto XY es diferente al producto YX. Las coordenadas clásicas son simples números reales que por descontado son conmutables, pues da lo mismo multiplicar las coordenadas xy en ese orden o en el contrario yx. Esta diferencia tan abismal nos da una idea de la nueva complejidad necesaria para poder describir correctamente la realidad del espaciotiempo.

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Un abrazo amigos.

Antes del Big Bang, la "espuma" cuántica

En anteriores post hemos comentado que el nacimiento y posterior expansión del Universo fue a partir de una singularidad inicial parecida, en cierta forma pero al revés en el tiempo, a lo que ocurre en un agujero negro. A partir de una distancia del orden de la distancia de Planck, 10^-33 centímetros, en donde los efectos cuánticos de la gravedad son decisivos, las fluctuaciones cuánticas (llamadas "espuma" del espacio-tiempo por el famoso físico norteamericano J.A.Wheeler) del llamado campo del punto cero fueron la semilla de nuestro inmenso Universo.

Las leyes de la gravitación cuántica que controlaron ese proceso no han logrado formularse todavía, pues a diferencia de lo que ocurre con otro tipo de campos como el electromagnético, la relatividad general, que es la mejor teoría conocida sobre la gravedad, relaciona la propia geometría del espacio-tiempo con las propiedades de la materia. Por ello, la construcción de una gravitación cuántica es equivalente a la construcción de una geometría cuántica del espacio-tiempo.

El enfoque que supone la teoría general de la relatividad es cercano al concepto clásico del continuo que permitía el estudio exacto, por ejemplo, del desplazamiento o trayectoria de las partículas. En la mecánica cuántica por el contrario no existe el concepto de trayectoria de una partícula, sino el concepto de su función de onda. Existe también el concepto de probabilidad de hallar la partícula elegida en un punto definido del espacio y en un instante determinado. Si deseamos hallar la aproximación clásica de la trayectoria, será necesario calcular el llamado valor medio de la coordenada de la partícula a partir de cálculos mecánico-cuánticos. Este valor medio coincidirá con la trayectoria clásica, aunque la posición real de la partícula no coincidirá con esta trayectoria. Richard Feynman, en sus lecturas explica este fenómeno basándose en el ejemplo de una trayectoria quebrada, tanto más cuanto menor es la escala de observación. Su irregularidad en todas las escalas la caracteriza como un objeto fractal (concretamente de dimensión fractal 2).

En la teoría de campos, el concepto de partícula se sustituye por el concepto de magnitud del campo en un punto. Y ésta se caracteriza por una amplitud, una fase y una frecuencia, por lo que en la teoría cuántica de campos estas magnitudes se sustituyen por el concepto de probabilidad de las mismas. En la teoría de la relatividad general el papel del campo es desempeñado por la geometría del espacio-tiempo y, por tanto, en ella se trabaja con la probabilidad de tener una u otra geometría determinada. Mientras que en la relatividad general la geometría debe ser continua (diferenciable), en la gravitación cuántica en general no es así (de la misma forma que no son continuas las trayectorias cuánticas, como hemos visto).

En el estado actual existen varios enfoques sobre la gravitación cuántica y el problema es que los distintos enfoques proporcionan resultados diferentes. Por esa razón, durante la descripción de la fase cuántica de la evolución de nuestro Universo, se emplean las ideas más generales acerca de la evolución cuántica del Universo como un todo, para obtener, al menos, resultados cualitativos correctos. A continuación se mencionan algunas de esas ideas.

La masa total del Universo cerrado es igual a cero: Esto significa que todo el Universo puede surgir sin gastos de energía. Se cumple la ley de conservación de la energía pues la clave está en que la energía del campo gravitatoria es negativa, mientras que la energía de la materia es positiva. La energía total es igual a cero.

De la misma forma que se calcula cómo una partícula determinada es capaz de atravesar una barrera de potencial, insalvable clásicamente, por el llamado efecto túnel (puramente cuántico), se calcula la probabilidad del nacimiento del Universo de la nada, algo también insalvable clásicamente. Sin embargo a diferencia de la física cuantica en los supuestos generales, el cálculo correcto de la probabilidad del nacimiento del Universo se logra sólo en un caso bastante específico llamado por los cosmólogos solución de De Sitter. Antes de la singularidad cosmológica inicial el Universo existía en forma de "espuma" cuántica del espacio-tiempo y hacia el final del proceso cuántico, en un intervalo finito t, surgió una geometría homogénea e isótropa. Lo más probable fue el nacimiento del Universo con un radio de curvatura del orden de la distancia de Planck.

La mecánica cuántica nos prepara en cierta forma la mente para imaginar la creación del Universo a partir de una nada cuajada de fluctuaciones cuánticas pre-espaciotemporales. Ya en el Universo actual nos enseña que el vacío es un verdadero hervidero de creación y aniquilación de partículas virtuales que, a distancias del orden de Planck, se convierte en la llamada "espuma" cuántica del espacio-tiempo. En ella nada de lo que conocemos y nos es familiar cuenta pues entramos en los dominios de la desconocida, hasta ahora, gravedad cuántica.

Del excelente librito: "Cosmología moderna", de M.V. Sazhin. Editorial URSS,2005