Modelo cíclico
Un modelo cíclico es cualquiera de los modelos teóricos cosmológicos en los que la historia del universo describe una cadena interminable del ciclos auto-sostenibles, por ejemplo, una cadena de Big Bangs y Big Crunchs.
Descripción general
En la década de 1930, los físicos teóricos, en particular, Albert Einstein, consideró la posibilidad de un modelo cíclico para el universo como una alternativa a la del Big Bang. Sin embargo, el trabajo de Richard Tolman reveló que estos primeros intentos fracasaron debido al problema que la entropía encumbra, que según la mecánica estadística, ésta aumenta debido a la segunda ley de la termodinámica.[1] Esto implica que en sucesivos ciclos el universo crece más y más en cada ciclo. Y extrapolando hacia atrás en el tiempo, los ciclos antes de convertirse en el presente ciclo eran menores y más cortos, y en un punto hubo un ciclo iniciado por un Big Bang, no pudiendo eliminarlo de la teoría cíclica. Esta situación siguió siendo desconcertante para muchos, hasta las primeras décadas del siglo XXI cuando la recién descubierta energía oscura sembró una nueva esperanza para la cosmología cíclica. Una posible solución a este problema podría encontrarse en la materia oscura.[2]
Un nuevo modelo cíclico es el modelo basado en la cosmología de branas sobre la formación del universo, derivado del anterior modelo ecpirótico. Se propuso en 2001 por Paul Steinhardt de la Universidad de Princeton y Neil Turok de la Universidad de Cambridge. La teoría describe un universo emergiendo hacia la existencia no sólo una vez, sino en repetidas ocasiones a través del tiempo. La teoría podría explicar por qué una misteriosa forma repulsiva de energía conocida como la "constante cosmológica" está acelerando la expansión del universo, que es de varios órdenes de magnitud menor que la predicha por el modelo estándar del Big Bang.
Se propuso en 2007 un modelo cíclico diferente basándose en la noción de la energía fantasma por Lauris Baum y Paul Frampton de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.
El modelo Steinhardt–Turok
En este modelo cíclico basado en la cosmología de branas, rival del modelo inflacionario, dos láminas tridimensionales o 3-branas colisionan periódicamente. Según esta teoría la parte visible del universo de cuatro dimensiones representa una de esas branas, quedando la otra brana oculta a todas las fuerzas de la naturaleza excepto la gravedad. Cada ciclo consiste en que cada una de las branas dentro de un espacio-tiempo tetradimensional y separadas por una dimensión espacial muy corta y seis enrolladas chocan con cierta periodicidad creando condiciones parecidas a las del big bang del modelo inflacionario.
Según la teoría, después de millones de años, al aproximarse el final de cada ciclo la materia y la radiación se diluyen a casi cero debido a una expansión acelerada del universo alisando las dos branas pero con pequeños rizos o fluctuaciones cuánticas aún presentes que imprimirán en el próximo choque con no uniformidades que crearán grumos o cúmulos que generarán estrellas y galaxias.
Este modelo tiene la ventaja sobre el modelo inflacionario en que cada colisión no es el comienzo del universo y resuelve el problema del horizonte, monopolos magnéticos y de planitud de otra forma más lenta, debido a que antes del choque ya las membranas y su fuerza entre ellas (energía oscura) imprimirían características de antemano en el próximo ciclo dándole su homogeneidad (isotropía) y su geometría euclidiana (plana) como en nuestro universo.
Este nuevo modelo evade el efecto de la entropía que se observaba en el modelo de Tolman pero no evade la probabilidad de que las fluctuaciones cuánticas irrumpan un ciclo, doblando una brana sobre la otra, atascando el modelo. Esto provocaría que no se sigan los ciclos indefinidamente. Aunque se propone que estos ciclos pueden ser indefinidos mientras que la solución sea un atractor. Además, al igual que la inflación cósmica, es sabido que mientras el carácter general de las fuerzas (como en el modelo ecpirótico, o como la fuerza entre branas) requiere de fluctuaciones del vacío, ahí todavía no hay un candidato entre la física de partículas. Aún la teoría es altamente especulativa y aún no se comprende exactamente lo que sucede al colisionar dos branas. Incluso la misma teoría M es todavía controversial entre los físicos.
Notas
- Tolman, Richard C., Relativity, Thermodynamics and Cosmology, Oxford: Clarendon Press, 1934 ISBN 0486653838.
- RBA Editores (2018). Atlas del cosmos.. El origen del universo. National Geographic - RBA Coleccionables. p. 64. ISBN 978-84-473-9173-8. OCLC 1055861297. Consultado el 26 de junio de 2020.