Para Dragan Hajdukoviv, físico del CERN, no hay posibilidad de explicar la expansión acelerada del Universo en el marco del vacío cuántico con una supuesta carga negativa de la gravedad de las antipartículas (repulsión gravitatoria entre la materia y la antimateria).
En el vacío cuántico, sabemos, no hay materia real ni antimateria; sí existen partículas y antipartículas virtuales que podrían momentáneamente aparecer y formar parejas, constituyéndose así en dipolos gravitacionales. Con un campo gravitatorio lo suficientemente fuerte un par virtual puede convertirse, en opinión de Hajdukovic, en real, como consecuencia del mecanismo de Schwinger de las teorías cuánticas de campos.
Como consecuencia de todo ello, Dragan Hajdukovic sugiere que vivimos en un universo cíclico (sin Big Bang).
El autor nos dice: “Si, realmente, el Universo partió de un estado termalizado máximamente desordenado, entonces no es posible explicar el origen de las actuales estructuras materiales y la Segunda Ley queda sin explicación lógica plausible. Sencillamente, toda le energía del universo en equilibrio térmico es inútil.
La energía funcional precisa de variaciones en la entropía que, a su vez permiten la emergencia de las estructuras físicas para originar la vida. El Big Bang no pudo ser un estado primigenio en absoluto equilibrio térmico. La interacción física dominante, la gravedad, debió desempeñar un papel relevante.”
Y también: “La activación de los grados de libertad gravitatorios, latentes en el comienzo del universo, permiten explicar la evolución temporal de la materia hacia la emergencia de la gran diversidad psicobiofísica presente en nuestro universo.”
En la obra de Penrose se presenta una cosmología que se desvía de los modelos cíclicos clásicos -Big Bang seguido del Big Crunch- (modelo de Friedmann o de Tolman) al incluir los grados de libertad gravitatorios, de modo que el universo surgió de un estado primordial extraordinariamente ordenado.
El Big Bang se asocia con la singularidad física que origina el tiempo, así como los agujeros negros representan el final del tiempo. “Son el problema simétrico temporal del Big Bang”. Sin embargo, Penrose nos dice que el Big Bang es una singularidad de una extraordinaria baja entropía comparada con la elevada entropía característica de las singularidades de los agujeros negros. En su opinión, en el Big Bang el universo estaba tan caliente que la energía cinética de las partículas superaba su energía en reposo, por lo que la materia podría considerarse como masa despreciable o, sencillamente, “sin masa efectiva”. Y las partículas sin masa son independientes de la métrica del espacio-tiempo, pues “necesitan y les basta una parte denominada geometría conforme, que es insensible a los cambios de escala locales”. Por ejemplo, los fotones (partículas sin masa) median entre los campos electromagnéticos cuya teoría de campos es invariante bajo transformaciones de la métrica conforme (las soluciones de las ecuaciones de Maxwell en una determinada escala conforme se corresponden exactamente con las soluciones para otra elección cualquiera de escala). “Los fotones sólo necesitan que el espacio-tiempo tenga estructura de cono nulo (estructura espaciotemporal conforme) sin necesidad de un factor de escala que distinga una métrica de otra”.
Y siguiendo con el artículo de Manuel Béjar: “En sintonía con estas ideas, es de esperar que en el universo primitivo caliente, las masas en reposo sean despreciables, la masa efectiva sea nula y los procesos físicos queden dominados por leyes invariantes bajo transformaciones conformes, es decir, ciegas al factor de escala. La geometría conforme se convierte así, en la principal estructura espaciotemporal del universo primigenio. Siguiendo este razonamiento, toda la actividad física primitiva fue insensible a los cambios locales de escala.
Al perderse de vista la escala temporal, el universo primitivo adquiere una geometría conforme, en vez de la métrica completa de la Relatividad. Esto supone una pérdida total de cualquier referencia temporal. Es la ausencia de relojes que marquen el tiempo, Y, en ausencia de tiempo, más allá de la física ordinaria, es posible pensar en una geometría conforme que describa la eternidad que causó el Big Bang.”
Y continúa: “La geometría conforme es la estructura residual que perdura en el universo cuando estiramos el tiempo más allá de su sentido físico. Al dar de sí el universo en su evolución hacia el futuro, Penrose descubre matemáticamente que vuelve a aparecer una geometría conforme que describe los últimos estadios de nuestro universo.
En el remoto futuro encontraríamos un universo tan congelado y diluido que podría considerarse sin masa efectiva en comparación con el remanente de radiación de baja energía procedente de las estrellas explotadas, de la radiación de fondo cósmico consecuente al Big Bang y de la radiación de Hawking que sigue a la evaporación de los agujeros negros. Los fotones y los hipotéticos gravitones resultantes de las colisiones entre agujeros negros serían partículas sin masa que no pueden usarse como relojes. De nuevo, nos encontramos con la geometría conforme sin escala temporal.
Parece que el remoto futuro se asemeja al remoto pasado. La geometría conforme domina el universo por los extremos temporales.”
Añadiendo: “Sin barreras de tiempo ni espacio, sólo puede evolucionar de una geometría conforme a otra. Y aquí llega el quid del modelo cosmológico conforme de Penrose.”
“El modelo cosmológico conforme de Penrose propone que existe una región espaciotemporal previa al Big Bang, que es el remoto futuro de una fase anterior del universo y existe también un universo más allá de nuestro remoto futuro, que se convertirá en el nuevo Big Bang de una nueva etapa. El concepto de universo como conjunto perduraría como la extensión de una variedad conforme constituida por una sucesión ilimitada de etapas o eones.
Cada elemento del conjunto de eones se manifestaría como nuestro actual universo-eón en expansión. El futuro remoto en cada eón enlaza suavemente con el remoto pasado del siguiente gracias a la geometría conforme. El estiramiento conforme en cada big bang enfría su elevadísima temperatura en el futuro y hace finita su densidad. El aplastamiento conforme en el futuro remoto transforma los valores nulos de la temperatura y la densidad en valores finitos, manteniendo inalterada la actividad física de un universo sin masa efectiva por tratarse de una simple re-escala conforme.”
“La diferencia entre las geometrías conforme de los extremos temporales queda establecida por la interacción gravitatoria que, en estas drásticas condiciones, es pura gravedad cuántica.”
“De este modo, la gravedad cuántica debe ser susceptible al tipo de singularidad (agujeros negros o Big Bang). La gravedad cuántica es la interacción dominante en la geometría conforme que caracteriza los estadios universales remotos, pero debe de contener una asimetría temporal, descrita por la nulidad del tensor de la curvatura de Weyl que origina la Segunda Ley en cada big bang.
EL detalle de la física de cada big bang está completamente determinado por lo que ocurre en el remoto futuro del eón anterior y esto conlleva posibles consecuencias observacionales. El extraordinario orden del Big Bang es una consecuencia de la Segunda Ley y de la geometría conforme del futuro remoto del anterior eón.”
En defensa de esta magnífica teoría hay que destacar la magistral forma de evitar la singularidad del Big Bang por la aplicación de la geometría conforme, que se distingue por su disminución de complejidad con respecto a los modelos cosmológicos basados en la gravitación cuántica de bucles de Ashtekar y Bojowald con su tiempo discreto, etc. Estaríamos ante una teoría basada en argumentos más clásicos que hunde sus raíces en un perfeccionamiento o desarrollo de la teoría einsteniana de la gravitación.
La teoría, en mi opinión, podría desarrollarse aún más para dar explicación al valor tan extraordinariamente bajo de la constante cosmológica no desechando la solución que el mismo Penrose apunta en la página 149 de su obra: “Llegados a este punto, parece sugerirse una posibilidad. ¿Podría ser que nuestros F+ y B- sean uno y lo mismo? Quizá, como una variedad conforme, nuestro universo simplemente “se enrolla”, de modo que lo que está más allá de F+ es simplemente nuestro propio universo que parte de nuevo de su origen Big Bang, estirado conformemente como B-, según la propuesta de Tod. La economía de esta idea tiene ciertamente su atractivo, pero creo que podría haber serias dificultades de consistencia que, para mí, hacen implausible esta sugerencia.”
Y en el Apéndice B: “Imaginemos que volvemos al uso de la g^-métrica original cuando entramos en Cv. Entonces (aparte del “corrimiento” inicial en X), la imagen que nos proporcionarían nuestras ecuaciones clásicas para la evolución del espacio-tiempo Cv, sería un modelo de universo en colapso, que se contrae de una forma exponencial invertida, desde el infinito hacia adentro, y que se parece mucho a una inversión en el tiempo de lo que se imagina para el futuro remoto de nuestro universo.”
Sugiero que deberíamos buscar el origen más remoto del universo en una ampliación del vacío cuántico en el sentido de admitir las energías negativas y los tiempos negativos (inversión del tiempo), con lo que el principio de incertidumbre de Heisenberg haría posible igual que para la aparición de pares materiales (partícula-antipartícula) las correspondientes a partículas de energía negativa (en ese caos o vacío primordial anterior al Big Bang). Ese tiempo y energía negativos harían plausible una suerte de entrelazamiento cuántico primordial entre nuestro universo positivo en el que vivimos y otro negativo, en el que la geometría conforme descrita por Penrose en los extremos del tiempo permitiría que el ciclo temporal construido y sus cambios de escala, al cabo de una serie de ciclos o eones, originara el universo en el que nos encontramos. Una sugerencia, un tanto metafísica que merece la pena considerar, que también permitiría la anulación de los casi infinitos valores de la constante cosmológica, si queremos deducirla a partir del campo cuántico del vacío.
Para el físico del CERN Dragan Slavkov Hajdukovic debe existir un mecanismo que puede convertir la materia en antimateria (o viceversa), que se traduciría en la posibilidad de un universo cíclico sucesivamente dominado por la materia y la antimateria.
En un reciente estudio publicado en “Astrophysics and Space Science”, Hajdukovic describe el “mecanismo” que, en primer lugar, debe permitir la creación de pares partícula-antipartícula del vacío cuántico. Y es que los pares virtuales partícula-antipartícula llegarían a ser reales gracias al mecanismo de Schwinger basado en un campo eléctrico muy fuerte, por encima de un valor crítico.
También se basa en la hipótesis de que la materia y la antimateria se repelen entre sí. Hajdukovic imagina la existencia de una repulsión de materia-antimateria que es significativa sólo a corta distancia, “en concreto, dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro, o menor que el radio de Schwarzschild”. Inmediatamente después del mecanismo de Schwinger gravitacional se producen pares partícula-antipartícula, y la fuerza de repulsión que causa un agujero negro repele violentamente el tipo de partículas contrario. El resultado sería la conversión de casi toda la materia en antimateria (o viceversa) en un tiempo muy corto dependiente del tamaño del agujero negro.
Los cálculos de Hajdukovic muestran que la cantidad de materia que puede convertirse en antimateria (y viceversa) puede ser en un segundo de hasta 10 elevado a 128 Kg, que es de varios órdenes de magnitud mayor que la masa total del universo. O sea, toda la materia del universo podría convertirse en antimateria en una fracción del tiempo de Planck.
(Puede leerse la totalidad del artículo en PHYSORG)
Avances en la explicación de la aceleración del universo sin usar energía oscura, aparecen en un importante trabajo debido al profesor Ramón López Alemán. Puede leerse aquí.
Algo tan conocido años antes de la famosa fórmula einsteniana de equivalencia entre la masa y la energía, E=m*c al cuadrado, como la dualidad onda-corpúsculo, por obra y gracia del prestigio intelectual de Albert Einstein o la tremenda fuerza de una explosión nuclear, provoca un hito en la ciencia del todo inmerecido por su poca novedad, siendo como es una reedición de lo anterior. Diríamos que el mérito habría que buscarlo entre el grupo de físicos y químicos que hicieron posible la comprensión de ese extraordinario fenómeno que es el de la naturaleza dual de la luz como onda y corpúsculo a la vez. Y decimos que hay una estrecha conexión, más bien una identificación entre los pares de conceptos onda-corpúsculo y energía-materia por lo siguiente. La energía, cuya mejor identificación es la radiación, está unida estrechamente a la noción de onda. Todo corpúsculo, por otra parte, posee las propiedades más evidentes de eso que llamamos materia. No hace falta, pues, especular más sobre el tema. Eso sí, cupo a Einstein cuantificar (formular) la equivalencia o relación entre unas y otras.
La dualidad onda-corpúsculo es básica en mecánica cuántica, puesto que la onda es consustancial a la radiación (sin detrimento, no obstante, de la onda que acompaña a toda partícula en su movimiento) y el corpúsculo es sinónimo de materia. Así en la cuántica se dice que la onda se “resuelve” (la onda de probabilidad), se materializa o pasa a ser “determinista” al quedar “elegida” una de las posibilidades (interpretación de Copenhague), algo a sí como la entrada en la “realidad” de la energía, gracias a su “corpuscularidad” o materialidad.
Observamos, pues, que hay un trasfondo “filosófico” totalmente dispar entre energía-radiación-onda y materia-corpúsculo. Esta última está unida a lo que en términos humanos o para nuestra mente llamamos “realidad”. La onda-radiación-energía define sólo posibilidades, probabilidades: es “algo” indeterminado.
La dualidad onda-corpúsculo, tan difícil de asimilar en principio por nuestra mente, no obstante, induce menos a error que la famosa fórmula anterior de Einstein de equivalencia entre masa y energía. La luz podía conducirse (comportarse) como onda o como corpúsculo, pero no eran equivalentes los conceptos, pues sus propiedades eran muy diferentes (además, uno excluía al otro). Sin embargo, la pretendida equivalencia entre masa y energía einsteniana no es tal. La archiconocida fórmula (E=mc2) simplemente indica cómo se relacionan ambas, en ningún modo es una equivalencia, puesto que presuponer la misma es cometer un error tan tosco que incide directamente en lo que llamamos “realidad”. Dicha equivalencia significaría una identificación entre determinación (realidad, materia) e indeterminación (posibilidad, probabilidad, energía).
Materia y energía son “sustancialmente” distintas. El tensor energía-momento de Einstein junta en una misma magnitud la energía y la materia, lo que puede ser indiferente en cuanto a su aplicación en relatividad general, pero no en otros ámbitos en los cuales dichos conceptos poseen papeles radicalmente distintos.
Por ejemplo, existe un problema cosmológico en la teoría estándar que reside en el concepto de expansión cósmica. Dicha expansión viene dada por la relación de Hubble, v=Hd, ahora bien, esa expansión o dilatación del espacio debe tener un límite a distancias no cosmológicas, pues si hubiese una dilatación, también, del “metro” con el que medimos, nunca hubiese podido medirse, ni siquiera percibirse esa dilatación o expansión cósmica, ya que “relativamente” las distancias cósmicas y no cósmicas conservarían sus proporciones a lo largo del tiempo. Indudablemente nuestro metro “de medir” no sufre este proceso de dilatación. ¿Y qué es nuestro metro de medir sino las distancias o proporciones de la materia que nos rodea (dimensiones del protón, del electrón, es decir, de la propia materia)?… Así que la materia debe conservar sus dimensiones o constantes físicas a lo largo del tiempo, sin participar en dicha expansión cósmica. La materia, pues, unida íntimamente a “nuestra realidad” posee características constantes con el tiempo. La radiación, la energía, el mismo espacio (cosmológico) sufre la dilatación de la expansión cósmica. Por ello la radiación que proviene de todo el espacio por su “dilatación” tiene una tendencia al corrimiento hacia ell rojo.
La gravitación, unida a la relatividad einsteniana, está inmersa, al igual que la métrica del espaciotiempo, en esa dilatación cósmica; ¡podría, por ello, la constante de gravitación verse involucrada en un proceso de cambio con el tiempo!… Pero esa sería otra cuestión distinta a la que nos ocupa en este artículo.
¿Puede sernos interesantes todas estas ideas para encontrar un vínculo o conexión entre la “teoría de la materia”, a la que identifico con la física cuántica, propiciatoria de la “realidad” como interrelación entre el mundo submicroscópico y el macroscópico, y la gravitación o teoría, a nuestro juicio, de la radiación-energía?
La gravitación ejerce su dominio desde lo más pequeño a lo más grande, por su “control” sobre la métrica del mismo espaciotiempo, o de las dimensiones “marco”. La cuántica domina particularmente sobre lo pequeño, lo microscópico, lo subatómico.
¿No será la expansión cósmica “la expresión” o manifestación de la teoría que conecta las anteriores ambas teorías gravitatoria y cuántica?
La expansión de Hubble en cierta forma se opone a la gravitación. Es un proceso de expansión no de contracción (gravitación). Ahora bien, la contracción-gravitación abarca la gama completa desde lo más ínfimo hasta lo mayor, lo cósmico. Sin embargo, el ámbito de la expansión de Hubble tiene el límite por abajo en la cuántica, en la materia cotidiana que nos rodea… Ésta no se ve afectada por la misma… Así que la expansión actúa sobre el espaciotiempo-energía-radiación pero no sobre la materia (cuántica). ¡La expansión dilata el “espacio” entre “ciertos objetos”, que son los más “definidos”, aquellos “dominados” por la cuántica, la pura materia, dejando “incólumes” los mismos!… Así que la expansión de Hubble -unida, si se confirma sin ningún género de dudas, a la aceleración de la misma en una especie de “quintaesencia”- sería la clave para la conexión entre la teoría cuántica y la gravitatoria. En nuestra opinión, la expansión de Hubble, junto con la denominada “energía oscura” no sería asimilable a la constante cosmológica de Einstein que aparece en su relatividad general, sino más bien a otra “fuerza” contraria a la misma gravitación (una especie de “quintaesencia”) que tiene la particularidad de que aplicada a la “pura materia” (la definida en los términos anteriores, relacionada íntimamente con la física cuántica) es capaz de “anular” la influencia ejercida por la gravitación en dimensiones cosmológicas, de forma tan perfecta que desaparece todo atisbo de gravitación en la métrica del espaciotiempo, originando un universo plano en todo momento, a lo largo de la historia completa del universo (no sería necesaria la inflación). En otras palabras, gravitación y mundo cuántico estarían “unificados” en lo que podríamos llamar una especialísima “quintaesencia”, cuyo efecto más evidentes es la expansión cósmica.
