Al principio, hubo… bueno, tal vez no hubo principio. Quizás nuestro universo siempre ha existido, y una nueva teoría de la gravedad cuántica revela cómo podría funcionar.

“La realidad tiene tantas cosas que la mayoría de la gente asociaría con la ciencia ficción o incluso con la fantasía”, dijo Bruno Bento, físico que estudia la naturaleza del tiempo en la Universidad de Liverpool en el Reino Unido.

En su trabajo, empleó una nueva teoría de la gravedad cuántica, llamada teoría de conjuntos causales, en la que el espacio y el tiempo se descomponen en fragmentos discretos de espacio-tiempo.

En algún nivel, hay una unidad fundamental de espacio-tiempo, según esta teoría. Bento y sus colaboradores utilizaron este enfoque de conjunto causal para explorar el comienzo del universo. Descubrieron que es posible que el universo no haya tenido un comienzo, que siempre haya existido en el pasado infinito y solo recientemente evolucionó hacia lo que llamamos el Big Bang.

Un cuanto de gravedad La gravedad cuántica es quizás el problema más frustrante al que se enfrenta la física moderna. Tenemos dos teorías del universo extraordinariamente efectivas: la física cuántica y la relatividad general.

La física cuántica ha producido una descripción exitosa de tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (electromagnetismo, la fuerza débil y la fuerza fuerte) a escalas microscópicas. La relatividad general, por otro lado, es la descripción más poderosa y completa de la gravedad jamás ideada.

Pero a pesar de todos sus puntos fuertes, la relatividad general está incompleta. En al menos dos lugares específicos del universo, las matemáticas de la relatividad general simplemente fallan y no producen resultados confiables: en los centros de los agujeros negros y al comienzo del universo.

Estas regiones se llaman “singularidades”, que son puntos en el espacio-tiempo donde nuestras leyes físicas actuales se desmoronan, y son señales de advertencia matemáticas de que la teoría de la relatividad general se está tropezando. Dentro de estas dos singularidades, la gravedad se vuelve increíblemente fuerte en escalas de longitud muy pequeñas.

Como tal, para resolver los misterios de las singularidades, los físicos necesitan una descripción microscópica de la gravedad fuerte, también llamada teoría cuántica de la gravedad. Hay muchos contendientes por ahí, incluida la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles. Y hay otro enfoque que reescribe por completo nuestra comprensión del espacio y el tiempo.

Teoría causal de conjuntos En todas las teorías actuales de la física, el espacio y el tiempo son continuos. Forman un tejido suave que subyace a toda la realidad. En tal espacio-tiempo continuo, dos puntos pueden estar lo más cerca posible entre sí en el espacio, y dos eventos pueden ocurrir lo más cerca posible entre sí en el tiempo. “La realidad tiene tantas cosas que la mayoría de la gente asociaría con la ciencia ficción o incluso con la fantasía”. Bruno Bento Pero otro enfoque, llamado teoría causal de conjuntos, vuelve a imaginar el espacio-tiempo como una serie de fragmentos discretos, o “átomos” de espacio-tiempo.

Esta teoría pondría límites estrictos sobre qué tan cerca pueden estar los eventos en el espacio y el tiempo, ya que no pueden estar más cerca que el tamaño del “átomo”. Por ejemplo, si está mirando su pantalla leyendo esto, todo parece fluido y continuo.

Pero si mirara la misma pantalla a través de una lupa, podría ver los píxeles que dividen el espacio y descubriría que es imposible acercar dos imágenes en su pantalla más que un solo píxel. Esta teoría de la física entusiasmó a Bento.

“Me emocionó encontrar esta teoría, que no solo trata de ser lo más fundamental posible, ya que es un enfoque de la gravedad cuántica y, de hecho, replantea la noción del espacio-tiempo en sí mismo, sino que también otorga un papel central al tiempo y lo que representa físicamente. significa que el tiempo pase, qué tan físico es realmente tu pasado y si el futuro ya existe o no”, dijo Bento a WordsSideKick.com.

Comienzo del tiempo La teoría causal de conjuntos tiene implicaciones importantes para la naturaleza del tiempo. “Una gran parte de la filosofía del conjunto causal es que el paso del tiempo es algo físico, que no debe atribuirse a algún tipo de ilusión emergente o a algo que sucede dentro de nuestro cerebro que nos hace pensar que el tiempo pasa; este fallecimiento es, en sí mismo, una manifestación de la teoría física”, dijo Bento. “Entonces, en la teoría del conjunto causal, un conjunto causal crecerá un ‘átomo’ a la vez y se hará más y más grande”.

El enfoque del conjunto causal elimina claramente el problema de la singularidad del Big Bang porque, en la teoría, las singularidades no pueden existir. Es imposible que la materia se comprima en puntos infinitamente pequeños; no pueden ser más pequeños que el tamaño de un átomo de espacio-tiempo. Entonces, sin una singularidad del Big Bang, ¿cómo sería el comienzo de nuestro universo?

Ahí es donde Bento y su colaborador, Stav Zalel, un estudiante de posgrado en el Imperial College de Londres, retomaron el hilo, explorando lo que la teoría de conjuntos causales tiene que decir sobre los momentos iniciales del universo. Su trabajo aparece en un artículo publicado el 24 de septiembre en la base de datos de preimpresión arXiv. (El artículo aún no se ha publicado en una revista científica revisada por pares).

El documento examinó “si debe existir un comienzo en el enfoque del conjunto causal”, dijo Bento. “En la formulación y dinámica del conjunto causal original, hablando clásicamente, un conjunto causal crece de la nada en el universo que vemos hoy.

En nuestro trabajo, en cambio, no habría un Big Bang como comienzo, ya que el conjunto causal sería infinito hasta el pasado, por lo que siempre hay algo antes”. Su trabajo implica que el universo puede no haber tenido comienzo, que simplemente ha existido siempre.

Lo que percibimos como el Big Bang puede haber sido solo un momento particular en la evolución de este conjunto causal siempre existente, no un verdadero comienzo. Sin embargo, todavía queda mucho trabajo por hacer. Todavía no está claro si este enfoque causal sin principio puede permitir teorías físicas con las que podamos trabajar para describir la compleja evolución del universo durante el Big Bang.

“Todavía se puede preguntar si este [enfoque de conjunto causal] se puede interpretar de una manera ‘razonable’, o qué significa físicamente esa dinámica en un sentido más amplio, pero demostramos que un marco es posible”, dijo Bento. “Entonces, al menos matemáticamente, esto se puede hacer”.