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¿Cómo era el Universo antes del Big Bang?


El profesor Avi Loeb del Centro de astrofísica Harvard-Smithsonian y sus colegas propusieron un nuevo criterio científico para la teoría de la inflación cósmica, la teoría que postula que nuestro Universo se expandió dramáticamente en tamaño en una fracción fugaz de un segundo después del Big Bang.

La teoría del Big Bang (Gran explosión​) es la idea predominante para los períodos conocidos más antiguos del universo y su posterior evolución a gran escala. Esta teoría afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y temperatura y luego se expandió.

La inflación cósmica
Aunque es bien conocido que en la teoría de la inflación cósmica quedan muchos problemas por resolver, entre ellos algunos misterios importantes sobre la estructura y la evolución del Universo, otras teorías muy diferentes también pueden explicar estos misterios.

En algunas de estas teorías, el estado del Universo que precede al Big Bang, el llamado Universo primordial, se contrae en lugar de expandirse, y el Big Bang era parte de un Big Bounce (Gran Rebote).

El Gran Rebote es una teoría o modelo científico relacionado con la formación del Universo conocido. Se deriva del modelo cíclico o Universo oscilante interpretación del Big Bang donde el evento cosmológico primero fue el resultado del colapso de un universo anterior.

Según algunos teóricos del Universo oscilante, el Big Bang fue simplemente el comienzo de un período de expansión, al que siguió un período de contracción. Desde este punto de vista, se podría hablar de un "Big Crunch", seguido de un Big Bang, o, más sencillamente, un Gran Rebote. Esto sugiere que podríamos estar viviendo en el primero de todos los universos, pero es posible que estemos viviendo en el universo número dos mil millones (o cualquiera de una secuencia infinita de universos).

La falsabilidad
Para ayudar a decidir entre la inflación cósmica y estas otras ideas, el problema de la falsabilidad, es decir, si una teoría puede probarse para demostrar que es potencialmente falsa, ha surgido inevitablemente.

"La falsabilidad debe ser un sello distintivo de cualquier teoría científica", dijo el profesor Avi Loeb.

En filosofía de la ciencia, la falsabilidad o refutabilidad es la capacidad de una teoría o hipótesis de ser sometida a potenciales pruebas que la contradigan.

Según el falsacionismo, toda proposición científica debe ser susceptible de ser falsada o refutada, siendo la falsabilidad la regla de inferencia en lógica proposicional del método hipotético-deductivo experimental. Según este criterio, se distingue el ámbito de lo que es ciencia de cualquier otro conocimiento que no lo sea: es el denominado criterio de demarcación de Karl Popper.

"La situación actual de la inflación es que... es una idea tan flexible que no se puede falsificar experimentalmente. No importa qué valor mida la gente para algún atributo observable, siempre hay algunos modelos de inflación que pueden explicarlo".

El estudio
El profesor Loeb y sus colegas aplicaron una idea que denominaron "reloj estándar primordial" a las teorías no inflacionarias, y presentaron un método que se puede usar para falsificar experimentalmente la inflación.

En un esfuerzo por encontrar alguna característica que pueda separar la inflación de otras teorías, los investigadores comenzaron por identificar la propiedad definitoria de las diversas teorías: la evolución del tamaño del Universo primordial.

Las señales generadas por el reloj estándar primordial pueden servir para tal propósito. Ese reloj es cualquier tipo de partícula elemental pesada en el Universo primordial. Dichas partículas deberían existir en cualquier teoría cosmológica y sus posiciones deberían oscilar en una frecuencia regular, de manera muy similar al "tictac" del péndulo de un reloj.

El Universo primordial no era completamente uniforme. Hubo pequeñas irregularidades en la densidad en escalas minúsculas que se convirtieron en las "semillas de la estructura" a gran escala observada en el Universo de hoy. Esta es la principal fuente de información en la que se basan los físicos para aprender sobre lo que sucedió antes del Big Bang.

Los "tictac" del reloj estándar generaron señales que se imprimieron en la estructura de esas irregularidades.

Los relojes estándar, en diferentes teorías del Universo primordial, predicen diferentes patrones de señales, porque las historias evolutivas del Universo son diferentes.

El equipo calculó el aspecto de estas señales de reloj estándar en las teorías no inflacionarias y sugirió cómo se deben buscar en las observaciones astrofísicas.

"Si se encontrara un patrón de señales que representara un Universo en contracción, falsificaría toda la teoría de la inflación", dijo el coautor, el Dr. Zhong-Zhi Xianyu, miembro postdoctoral del Grupo de Teoría de Alta Energía en el Departamento de Física de la Universidad de Harvard.

El éxito de esta idea radica en la experimentación.

"Estas señales serán muy sutiles de detectar, por lo que es posible que tengamos que buscar en muchos lugares diferentes", dijo uno de los coautores, el Dr. Xingang Chen, profesor titular del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian.

"La radiación de fondo de microondas cósmica es uno de esos lugares, y la distribución de galaxias es otro".

"Ya hemos comenzado a buscar estas señales y, ya hay algunos candidatos interesantes, pero necesitamos más datos", concluyen diciendo los investigadores.

Referencia del documento científico:
Xingang Chen et al. Huellas únicas de alternativas a la inflación en el espectro de poder primordial. Fis. Rev. Lett. 122, 121301 - Publicado el 28 de marzo de 2019; doi: 10.1103 / PhysRevLett.122.121301

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