Universo sin tiempo: Colapso y expansión

4 Sep

Inauguro mi blog con una entrada sobre Física. Sí, ya sé que es un totum revolutum muy raro, pero me apetece y punto.

Y lo hago nada menos que con una teoría cosmológica. Casi nada. Pero “como no sabía que era imposible, lo hice”, que dijo aquél.

Los físicos actuales han aceptado de forma general la hipótesis (bastante fea) de la “energía oscura” como una suerte de energía que tiene el vacío (densidad negativa de energía) y que tiende a expandir el espaciotiempo. Sería lo mismo que la Constante Cosmológica que introdujo Einstein en sus ecuaciones de Relatividad General para equilibrar la atracción gravitatoria (y que luego calificaría como su “peor error”), pero con un valor que no solo equilibra sino que excede a la atracción gravitatoria universal, provocando esa aceleración de la expansión que se ha observado recientemente. Basándose en estas observaciones, se vaticina que el Universo acabará desgarrado (Big Rip) al no poder frenarse nunca por no haber logrado alcanzar la densidad crítica (que se estima en 10−31 gr/m³, es decir, unos pocos átomos por m³). No es que no tengamos esa densidad crítica, es que según las mediciones no llegamos ni al 1% de ella.

Entendiendo la entropía como una medida de la homogeneidad de la distribución de energía en un sistema (ya que las diferencias de energía son las que pueden producir trabajo útil), de forma que cuantas menos diferencias de energía haya en un sistema, mayor es su entropía. La entropía siempre crece, o al menos eso dicta el 2º Principio de la Termodinámica que funciona perfectamente en nuestro universo observable (del cual se nos escapan los agujeros negros). Como la Entropía es inversa de la temperatura, es de cajón que la temperatura actual del Universo (menos de 3 ºK) esté mucho más cerca del 0 absoluto (0 ºK) que la del Big Bang (1032  ºK).

La única forma de que algo no tenga principio ni fin (puntos en los que la teoría del Big Bang se encuentra con serios apuros matemáticos e incluso conceptuales que trato en un post adicional) es que sea cíclico, circular, cerrado. Si no, se hallarían sin respuesta cuestiones como ¿qué inició la expansión, qué energía descomunal logró vencer las inimaginables fuerzas de atracción gravitatoria? Y lo del campo inflatón que todo lo expandió y alisó el universo, está muy bien para describir un proceso, pero el origen de su energía nunca se ha explicado convincentemente. Al final siempre aparece Dios, que viene a ser como el comodín que para todo vale.

Así pues, ¿cómo podría revertirse el proceso hacia otro Big Bang pasando por un Big Crunch (BCBB) con los datos experimentales de que disponemos actualmente? Pues creo que lo primero que hay que eliminar es la hipótesis de la homogeneidad en cosmología que nos lleva a soluciones tipo Big Rip o Big Crunch para todo el universo en su conjunto. Yo creo que ambas soluciones se dan de forma simultánea en el universo: mientras hay zonas colapsando hacia agujeros negros, absorbiendo más y más masa, ampliando el volumen ocupado por la singularidad, aumentando su horizonte de sucesos, el resto del espacio se va desgarrando hacia ellos, experimentando el Big Rip que he citado que concuerda con nuestras observaciones.

Creo que nadie ha manejado está hipótesis de que la expansión acelerada que observamos en la parte observable (valga la redundancia) podría experimentar esa aceleración en relación a nosotros “tirada” por el colapso multicentral de una red homogénea y masiva (del orden del 85 % de la masa del Universo-lo que ahora se llama “materia oscura”) de agujeros negros. No habría necesidad de introducir esa hipótesis moderna de corte esotérico que es la energía oscura. Así, el Universo estaría colapsando de nuevo hacia una nueva singularidad primigenia pero no de forma global sino local (multilocal, sería más correcto). Posteriormente los agujeros negros supermasivos acabarían absorbiéndose unos a otros hasta el redoble final, que sería de nuevo el comienzo de todo. El proceso que alimentaría de energía para lograr vencer las tremendas compresiones gravitatorias de este estado es una incógnita, pero al igual que la masa de un agujero negro debe de permanecer estable gracias a algún proceso de repulsión entre quarks, o algo parecido, cuando se rebase el límite de ese proceso estabilizante, el resultado será una liberación enorme de energía, del mismo modo que el comienzo de la fusión del carbono alimenta la explosión de una supernova.

Así, nosotros viviríamos en la parte del universo que se va expandiendo más y más (aumentando la entropía más y más, enfriándose más y más) mientras el proceso inverso ( la contracción cada vez  mayor, el calentamiento cada vez mayor, su absorción de entropía cada vez más intensa, su acumulación cada vez mayor de trabajo disponible) se daría en los agujeros negros (cada vez más numerosos y masivos) que se fundirían en el redoble final: la singularidad primigenia entendida como el agujero negro más colosal posible, fusión de todos los existentes. La curvatura de nuestro universo sería hiperbólica  mientras la del “universo oscuro” estaría en geometría cerrada de forma que el Universo global fuera completamente plano.

Sería un proceso parecido al de ascenso y descenso de un chorro de agua: al ascender lo hace de forma colimada y más o menos ordenada, pero al sucumbir a la gravedad, se acentúa cualquier fluctuación inicial y se produce un descenso desordenado y multicentral. También en una visión metafórica, sería algo parecido a lo que le ocurre a la superficie jabonosa de una bañera cuando abrimos un desagüe alimentado por múltiples agujeros, es decir, que aunque el destino es que la bañera se vacíe, si fuésemos un insecto flotando sobre el jabón observaríamos cómo todo nuestro universo plano se estira hacia todas direcciones (desagües, que no podríamos observar). La conclusión del insecto es que todo se aleja de todo, luego la superficie se expande, cuando la realidad es muy otra. No encuentro la analogía adecuada (tal vez no la haya) pero creo que se me entiende.

Además, esta relación espacio normal-agujeros negros es compatible con la definición de radiación de Hawking dado que esta radiación se origina porque en el interior de un agujero negro (donde no rigen nuestras leyes de la física) está en contacto fronterizo con espacio convencional (en el que sí rigen). Esta radiación es de menor intensidad cuanto mayor es el agujero negro, por lo cual es lógico que cuando ya no quede espacio convencional con el que tener frontera (momento del BCBB de la teoría que aquí expongo) no se emitiría radiación alguna.

Con esta teoría, la Constante Cosmológica y la energía oscura son innecesarias. La entropía marcaría la flecha del tiempo en nuestro universo observable, mientras los agujeros negros actuarían como sumideros de materia-energía y entropía, de forma que de forma global el Universo tuviera entropía constante (o nula) y careciera por tanto de tiempo, siendo éste un concepto sólo aplicable “localmente” a nuestro universo observable. El universo global (incluyendo ambas caras) sería estático y euclídeo en cuanto a carente de variable tiempo y curvatura.

No sé cómo expresarlo ni conceptualizarlo mentalmente pero el universo carecería de tiempo. Esto es inimaginable, pero seguro que se puede matematizar. En lugar de MÁS dimensiones (como proponen las teorías de cuerdas o la famosa Teoría M), lo que aquí propongo son MENOS dimensiones, sólo las 3 espaciales.
Bastaría con deducir una nueva métrica (diferente de la métrica FLRW) como solución a las ecuaciones de Relatividad General eliminando la hipótesis de homogeneidad.

En grandes líneas, la historia del universo de acuerdo con esta especulación sería de la siguiente forma:

-Etapa de explosión: partiendo de un estado muy denso (pero no infinitamente denso) gracias a la liberación de energía fruto de algún proceso desconocido hasta hora pero que operaría a escalas cercanas a la de Planck, el universo se expandiría explosivamente. Duración muy breve.

-Etapa de expansión decreciente: la fuente de energía deja de proporcionar energía nueva al sistema y la gravedad se opone a la inercia expansiva inicial.

-Etapa de comienzo del colapso: alrededor de unos 200 millones de años después del inicio, comienzan a formarse las primeras estrellas y por ende los primeros agujeros negros. El espacio empieza a contraerse dentro de esos agujeros negros y el espacio fuera de esos agujeros negros comienza a estirarse, de forma que la expansión general remanente se suma en estas regiones para empezar a experimentar una expansión sostenida.

-Etapa de aceleración del desgarro: según van aumentando el número y tamaño de los agujeros negros, el espacio entre ellos va experimentando una expansión crecientemente acelerada.

-Etapa incial: cuando los agujeros negros logran absorber cerca del 100% de la masa del universo, dejan de ser estables y liberan alguna clase de proceso explosivo que nos devuelve a la etapa de explosión.

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Una respuesta to “Universo sin tiempo: Colapso y expansión”

  1. dynnamicus 2015/09/11 a 2:26 #

    Azote, un par de apuntes a tu artículo. La constante expansiva de Einstein es bastante modesta, o tímida, de hecho en el modelo que propuso junto con de Sitter la velocidad de la expansión cósmica disminuye con el tiempo y termina siendo cero. Además, el movimiento de expansión de las galaxias es lento o al menos no es vertiginoso, prueba de ello son las galaxias que se atraen como la Vía y Andrómeda, pero hay varias más.

    Tus reflexiones sobre la entropía, las temperaturas y el potencial de energía no acabo de entenderlas, me parecen un tanto apresuradas. Por ejemplo, la superconducción magnética necesita un sistema de helio ultrafío que trabaja en torno a 4 grados K, el LHC trabaja así para conseguir energías de 13 TeV, esto quiere decir que trabajar con temperaturas cercanas al cero absoluto neutraliza la entropía, el frío favorece el desequilibrio al contrario de lo que argumentas. La temperatura del universo, en torno a los 3 grados K, es una temperatura promedio, hay zonas del universo donde las temperaturas son altas y otras donde son ultrafrías.

    El origen de la energía, como tantas cosas en la física, no se explica adecuadamente por nuestra tendencia a usar valores promedio, pero la naturaleza es más compleja y nos da sorpresas. La metrología es una rama de la física que se encarga de las medidas de los fenómenos físicos: la constante de la luz, la constante de la gravedad, etc. Pues bien, los metrólogos suelen llevarse sorpresas al comprobar que esas constantes cambian, no se desvían mucho respecto de los valores estándar, pero lo hacen.

    Coincido contigo sobre la relación materia oscura- agujero negro, me parece plausible. Eso sí, no tenemos una tipología adecuada para describir a los agujeros, supongo que hay varios tipos de agujeros, unos se desvanecen en el polvo cósmico y otros efectúan saltos dimensionales, etc. Mantengo mis reservas sobre tu explicación de la energía oscura, pero no tengo una opinión cierta sobre esta cuestión.

    Suerte con el blog. Saludos.

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