Viajes. La última teoría de Hawking sobre el origen del universo

A Stephen Hawking, quizá el físico teórico más influyente de la física moderna, nunca le faltó sentido del humor. Un 14 de marzo de 2018 nos dejaba y lo hacía de una forma totalmente inesperada e irónica: dejando preparada una teoría que desmentía todo lo que él había promulgado durante toda su vida. Un giro de guion sublime.

En su última teoría, que ideó junto al físico de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica) Thomas Hertog y, que fue publicada justo después de su fallecimiento en la revista Journal Of Hight Energy Physics, proponía que el universo es finito y mucho más sencillo de lo que había pensado con anterioridad.

Implicaciones en el origen del universo

“Esta teoría nos ofrece una nueva ruta para comprender de manera más profunda porqué nuestro universo es especial y habitable. Ofrece la esperanza de dilucidar sobre nuestro lugar en este gran esquema”, nos explica Thomas Hertog, coautor de la nueva teoría. Pero para entender esta gran afirmación, vayamos por partes.

¿Y si todo es más sencillo de lo pensado?

La idea actual sobre cómo se creó y evolucionó el universo fue en parte gestada por el propio Hawking, ya que en su tesis doctoral, titulada “Propiedades de Universos en Expansión”, explicó que durante el Big Bang –el momento de creación del Universo– se experimentó una fase de expansión acelerada inicial, seguida de otra de expansión decelerada en la que las partículas subatómicas (las que forman los átomos), que estaban en un estado de muy alta densidad, pasaron a formar planetas, estrellas y galaxias de una forma que entonces resultaba misteriosa y que hoy comprendemos mejor gracias a las investigaciones posteriores de Mukhanov y del propio Hawking.

Durante este proceso inicial, no solo surgió nuestro universo sino también el espacio en el que se ubica, y con él muchos otros universos, lo que dentro de la física se conoce como el “multiverso”. Ese universo de universos se puede imaginar como millones de burbujas que surgen en un agua hirviendo que no deja de expandirse. Esas burbujas se comportan en el agua de un modo impredecible, ya que cada una de ellas se puede guiar por sus propias leyes físicas. En este multiverso todo es posible.

Esta hipótesis predominante del Big Bang y del universo temprano, a pesar de que responde a muchas de las principales cuestiones relacionadas con la creación del universo, plantea un problema que incomoda a muchos físicos teóricos: ¿cómo podemos comprender matemáticamente el Universo si se comporta de un modo impredecible? Parece una misión complicada. O imposible.

La última hipótesis de Hawking –junto a Hertog– pretendía simplificar la hazaña. Lo hacía proponiendo un modelo matemático que explica el momento justo del Big Bang, cuando, según estos físicos, el universo no había alcanzado su nivel de complejidad actual. “En nuestra teoría, el universo que evoluciona en el tiempo emerge de un estado atemporal en el Big Bang”, nos explica Hertog. Al prescindir del concepto de tiempo en ese gran modelo matemático que pretende explicar las condiciones físicas del momento de creación del universo, se simplifica.

La “ecuación” resulta mucho más sencilla y es matemáticamente asumible.

“El modelo de Hawking y Hertog resulta interesante. Combinan muchos conceptos e hipótesis fascinantes de una forma original para proponer una solución a un problema que aparece en ciertos modelos que intentan describir al universo primitivo”, explica María del Prado Martín, cosmóloga del departamento de Física Teórica de la Universidad Complutense de Madrid.

Un universo más manejable

Los autores de la teoría sostienen que tener un modelo matemático que explique las condiciones físicas del Big Bang sirve, a su vez, para entender cómo han evolucionado las leyes de la naturaleza y para predecir qué tipo de universos pueden existir. “Las leyes de la naturaleza no son una especie de construcción platónica. Han aparecido a medida que el universo se expandía y enfriaba, y la forma en que eso sucedió depende en gran medida de las condiciones físicas del Big Bang”, nos explica el coautor del nuevo trabajo.

La evolución del universo no sería, por lo tanto, tan aleatoria como se pensaba sino que tendría mucho que ver con esas condiciones primitivas del universo. Y es en ese punto donde extraen las conclusiones más sorprendentes:

“Nuestra teoría predice que el universo es finito y mucho más simple que la estructura fractal infinita predicha por la vieja teoría de la inflación eterna”, explica Hertog.

¿Y por qué es importante esto? Básicamente porque la mayoría de las afirmaciones de la física teórica que intentan interpretar el cómo y cuándo surgió el universo todavía requieren de la sentencia de la ciencia y, debido a su complejidad, se cree que quizá el humano no llegue nunca a poder confirmarlas o refutarlas. La grandeza de este nuevo modelo teórico, según Hertog, es que si partimos de la base de que la cantidad de universos es mucho menor y la escala es más pequeña de lo pensado, en este caso sí sería posible hacer predicciones sobre fenómenos que se podrían observar para comprobar si la teoría es válida, o no.

Cómo nos habla el universo

Le queda ahora a Hertog y a la comunidad científica la tarea más complicada: intentar probar o refutar este modelo. Según el físico belga la nueva teoría podría ser verificada o rechazada a través de datos que se pueden obtener con telescopios espaciales. En concreto, la observación de las ondas gravitacionales generadas durante la fase de expansión del universo en sus estadios iniciales podrían ser la clave.

Estas ondas son vibraciones del tejido del espacio-tiempo (similares a las que genera el sonido) que se producen cuando una masa en el espacio se acelera. Algo así como el eco.

Las ondas gravitacionales que se generaron durante la expansión del Universo poco después del Big Bang tendrían longitudes de onda muy largas (serían extremadamente débiles), por lo que están fuera del rango de los telescopios de ondas gravitacionales actuales, como LIGO. Pero Hertog cree que quizá con el telescopio gravitacional LISA que está desarrollando la Agencia Espacial Europea estas ondas podrían “oírse”.

Las ondas gravitacionales podrían terminar de probar o refutar el modelo físico propuesto por Hawking y Hertog.

El sonido de estas ondas podría servir para llegar a probar o refutar el último modelo sobre la creación del universo de Hawking. ¿Es eso factible? “Haría falta mucho desarrollo teórico para señalar esas predicciones concretas que fueran contrastables con las observaciones. Eso sí, este trabajo se puede entender como un paso en esa dirección en un camino muy largo”, concluye Prado Martín. El tiempo, quizá, dirá.

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