Nuevas conjeturas de la teoría de cuerdas podrían redefinir el origen del cosmos, cuestionar la inflación y sugerir que el universo, tal como lo conocemos, tiene los días contados
Las nuevas conjeturas del Swampland en la teoría de cuerdas replantean el origen y destino del universo, cuestionando la inflación cósmica y sugiriendo límites para la energía oscura.
Nuevas conjeturas de la teoría de cuerdas podrían redefinir el origen del cosmos, cuestionar la inflación y sugerir que el universo, tal como lo conocemos, tiene los días contados. Fuente: Midjourney / Eugenio Fdz. - Universo de papel rasgado
Por Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
9.01.2025
¿Qué pasaría si el universo que conocemos fuera solo una etapa efímera en un proceso mucho más amplio y complejo? Es una pregunta que lleva siglos rondando a filósofos y científicos. Hoy en día, la física teórica, apoyada por herramientas como la teoría de cuerdas, está explorando respuestas que desafían lo que creíamos saber sobre el cosmos. En este contexto, el trabajo reciente del físico Cumrun Vafa, presentado en la Conferencia Lemaitre de 2024, aporta nuevas perspectivas revolucionarias.
El paper (sin revisión por pares aún) titulado "On the Origin and Fate of Our Universe" ("Sobre el origen y el destino de nuestro universo") analiza cómo las restricciones propuestas por la teoría de cuerdas, conocidas como las conjeturas del Swampland, pueden reconfigurar nuestra comprensión del universo. Estas ideas no solo cuestionan la inflación cósmica como modelo del universo temprano, sino que sugieren límites importantes para su estabilidad a largo plazo.
Conjeturas fundamentales del Swampland
La teoría de cuerdas ha proporcionado un marco prometedor para unir la gravedad con las demás fuerzas fundamentales. Sin embargo, no todos los modelos derivados de ella son válidos dentro de lo que se conoce como "teorías consistentes de gravedad cuántica". A esto se refiere el Swampland, un conjunto de principios que restringen cuáles son los escenarios cosmológicos posibles.
El término Swampland, traducido literalmente como "tierra del pantano", se utiliza en física teórica para describir el conjunto de teorías o modelos que no son consistentes con una descripción completa de la gravedad cuántica. Es decir, estos modelos pueden parecer válidos desde el punto de vista matemático, pero no son físicamente realizables dentro del marco de una teoría de cuerdas bien definida.
Uno de los pilares del Swampland es la "conjetura de la distancia", que establece que a medida que ciertas magnitudes en el espacio de campos se extienden, emergen partículas ligeras que alteran radicalmente las propiedades físicas del sistema. Esto tiene consecuencias directas en la energía oscura y en la expansión acelerada del universo, ya que sugiere que solo ciertos tipos de potenciales positivos son compatibles con la gravedad cuántica. Según Vafa, la energía oscura observada no puede ser estable a largo plazo si estas conjeturas son correctas.
Otra idea clave es la conjetura dS (de Sitter), que propone que no existen vacíos de energía oscura estables o metaestables en un marco consistente de gravedad cuántica. Esto implica que cualquier configuración de energía oscura positiva sería inherentemente inestable, y con el tiempo decaería, lo que llevaría al universo a una fase diferente o incluso a un colapso. Este planteamiento contrasta radicalmente con el modelo cosmológico estándar, conocido como modelo ΛCDM, el cual asume la existencia de una constante cosmológica positiva (Λ) que impulsa la expansión acelerada del universo de manera indefinida. Según la conjetura de de Sitter, el estado actual del universo sería simplemente transitorio, y la energía oscura podría estar en camino hacia una transformación que marcaría el fin de la expansión acelerada.
Una visión del cosmos lleno de galaxias en expansión, reflejando la complejidad del universo y los posibles escenarios planteados por las conjeturas del Swampland. Fuente: Midjourney / Eugenio Fdz.La censura transplanckiana y sus implicaciones
La TransPlanckian Censorship Conjecture (TCC), o "Conjetura de Censura Transplanckiana" en su traducción literal, refuerza aún más las limitaciones impuestas por el Swampland. Según esta conjetura, ningún modo cuántico con una longitud de onda menor que la escala de Planck debería ampliarse más allá del horizonte cósmico durante la inflación. Esto significa que los modelos inflacionarios estándar, al permitir esta ampliación, serían incompatibles con una teoría de gravedad cuántica consistente.
Por otra parte, la TCC impone restricciones muy precisas sobre los potenciales que pueden describir el universo temprano. Según los cálculos presentados en el paper, el valor del potencial durante la inflación estaría limitado a niveles extremadamente bajos, lo que convierte a los modelos inflacionarios en una opción altamente improbable. Tal como señala Vafa, "la censura transplanckiana predice que los campos inflacionarios requerirían un ajuste extremadamente fino para cumplir con las observaciones actuales".
Esto plantea una cuestión crucial: ¿qué alternativas podrían reemplazar al modelo inflacionario? Si bien la inflación ha sido una herramienta exitosa para explicar problemas como la homogeneidad y la estructura del universo, las restricciones impuestas por el Swampland abren la puerta a teorías completamente nuevas, aún por explorar.
La pregunta es: ¿qué alternativas podrían reemplazar al modelo inflacionario? Fuente: Midjourney / Eugenio Fdz.Alternativas al modelo inflacionario
Una de las alternativas más prometedoras está inspirada en la teoría de cuerdas. Según Vafa, el universo temprano podría haber pasado por una fase topológica en lugar de inflacionaria. En esta fase, las propiedades del espacio-tiempo no seguirían las reglas convencionales, y el universo tal como lo conocemos emergería de una transición desde este estado topológico.
Este enfoque no solo resuelve problemas como el horizonte y la homogeneidad, sino que también predice características observables consistentes con los datos actuales. Por ejemplo, la "tilt roja" del espectro de perturbaciones escalares podría explicarse como una consecuencia natural de esta transición. Además, estas teorías sugieren que el universo primitivo no habría sido local, lo que significa que las regiones actualmente desconectadas podrían haber compartido información antes de que surgiera nuestro espacio-tiempo habitual.
A pesar de sus ventajas, estas propuestas aún se enfrentan a serias dificultades. La falta de un marco experimental directo para comprobarlas deja muchas preguntas abiertas, pero los avances en cosmología teórica y observacional podrían ofrecer pistas en los próximos años.
La cuenta atrás del fin del universo podría haber comenzado. Fuente: ChatGPT / Eugenio Fdz.El destino del universo según el Swampland
Uno de los aspectos más impactantes del trabajo de Vafa es su análisis sobre el destino del universo. Si las conjeturas del Swampland son correctas, la energía oscura no puede ser constante. Esto significa que el universo podría no expandirse indefinidamente, sino alcanzar un punto de inestabilidad que con el tiempo lo lleve a colapsar o transformarse.
Según el modelo de la TCC, el tiempo máximo de vida del universo sería de aproximadamente dos billones de años, un límite sorprendentemente corto en términos cósmicos. Esto implica que estamos viviendo en una etapa relativamente cercana al "final" del universo tal como lo conocemos. Según el análisis del paper, la medición de la expansión acelerada puede interpretarse como un indicio de que estamos viviendo en una etapa transitoria del universo. Si el cosmos está destinado a un fin relativamente próximo, ¿qué implicaciones tiene esto para nuestra comprensión del tiempo y la existencia?
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Referencias
Cumrun Vafa, "On the Origin and Fate of Our Universe" , https://arxiv.org/abs/2501.00966
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Fuente:
