MODELO COSMOLOGICO DE SUPERCUERDAS-5
La Cosmología y las formas de Calabi-Yau
Para simplificar el asunto, Brandenberger y Vafa imaginaron que todas las dimensiones espaciales eran circulares. De hecho, mientras las dimensiones circulares sean lo suficientemente grandes como para curvarse sobre sí mismas más allá del alcance de nuestra capacidad actual de observación, una forma circular es coherente con el Universo que observamos. Pero para las dimensiones que continúen teniendo un tamaño pequeño, es más realista una teoría en la que tomen una forma arrollada dentro de un espacio más intrincado de Calabi-Yau.
Por supuesto, la pregunta clave es: ¿en qué espacio de Calabi-Yau? ¿Cómo se determina este espacio particular? Nadie ha sido capaz de responder a estas preguntas. Sin embargo, combinando los drásticos resultados de cambio topológico con estas ideas cosmológicas, podemos proponer un marco para responder a las preguntas. Gracias a las transiciones de plegado cónico con rasgado del espacio, sabemos ahora que cualquier forma de Calabi-Yau puede evolucionar convirtiéndose en cualquier otra. Así, podemos imaginarnos que, en los agitados y calientes momentos posteriores al big bang, la componente arrollada de Calabi-Yau del espacio sigue siendo pequeña, pero realiza una danza frenética en la que su estructura se escinde y se recompone una y otra vez, llevándonos rápidamente a través de una larga secuencia de formas diferentes de Calabi-Yau. Cuando el Universo se enfría y tres de las dimensiones espaciales se hacen grandes, las transiciones de una forma de Calabi-Yau a otra se vuelven más lentas, estabilizándose finalmente las dimensiones adicionales en una forma de Calabi-Yau que, pensando con optimismo, da lugar a las características físicas que observamos en el mundo que nos rodea.
El desafío al que se enfrentan los físicos es comprender con detalle la evolución de la componente espacial de Calabi-Yau para que su forma actual se pueda predecir desde supuestos teóricos. Con la posibilidad, recién descubierta, de que una forma de Calabi-Yau pueda cambiar de manera uniforme para convertirse en otra, vemos que la cuestión de elegir una forma de Calabi-Yau entre las muchas que se barajan, puede realmente reducirse a un problema cosmológico.
Y, ¿antes del comienzo?
Por no disponer de las ecuaciones exactas de la teoría de cuerdas, Brandenberger y Vafa se vieron obligados a hacer numerosas aproximaciones y suposiciones en sus estudios cosmológicos. Como decía Vafa recientemente:
"Nuestro trabajo revela un nuevo procedimiento con el cual la teoría de cuerdas nos permite empezar a expresar algunos problemas persistentes según el planteamiento estándar de la Cosmología. Vemos, por ejemplo, que el concepto de peculiaridad inicial se puede evitar completamente utilizando la teoría de cuerdas. Pero, dadas las dificultades existentes para efectuar unos cálculos totalmente fiables en situaciones tan extremas y con nuestros conocimientos actuales de teoría de cuerdas, nuestro trabajo sólo ofrece un primer vistazo a la Cosmología de cuerdas, y está muy lejos de poder decir la última palabra."
Desde la publicación de este trabajo, los físicos han estado realizando continuos progresos para incrementar los conocimientos relativos a la Cosmología de cuerdas, situándose en cabeza, entre otros, Gabriele Veneziano y su colaborador Maurizio Gasperini de la Universidad de Turín. Gasperini y Veneziano aportaron una fascinante versión propia de la Cosmología de cuerdas, que comparte ciertas características con la teoría que hemos explicado anteriormente, pero también difiere de ésta en varios aspectos significativos.
Al igual que en el trabajo de Brandenberger y Vafa, también se basan en el hecho de que la teoría de cuerdas contempla una longitud mínima con el fin de evitar la temperatura y la densidad energética infinitas que surgen en la teoría cosmológica estándar y en la teoría cosmológica que hablaba del hinchamiento. Pero, en vez de llegar a la conclusión de que esto significa que el Universo comienza como una nuez extremadamente caliente y del tamaño de la longitud de Planck, Gasperini y Veneziano sugieren que puede haber toda una prehistoria del Universo -que comenzaría mucho antes de lo que hemos llamado hasta ahora el instante cero en el tiempo- que llevaría hasta el embrión cósmico planckiano.
En el llamado escenario del pre big bang, el Universo partió de un estado muy diferente del punto de partida que se fija en el marco del big bang. Los trabajos de Gasperini y Veneziano sugieren que el Universo, en vez de estar tremendamente caliente y estrechamente enrollado en un punto diminuto del espacio, comenzó como algo frío y, en esencia, infinito en su extensión espacial. Las ecuaciones de la teoría de cuerdas indican que -en cierto modo como en la fase de hinchamiento descrita por Guth- una inestabilidad irrumpió de golpe, haciendo que cada punto del Universo se apartara rápidamente de los demás.
Gasperini y Veneziano demostraron que esto hacía que el espacio se volviera cada vez más curvo y daba como resultado un aumento drástico de la temperatura y de la densidad energética. Después de algún tiempo, una región milimétrica bidimensional del espacio que se encontrara dentro de esta amplia extensión podría parecer igual que la mancha de enorme calor y densidad que emerge de la expansión con hinchamiento de Guth. Entonces, mediante la expansión estándar de la Cosmología ordinaria del big bang, esta mancha podía llegar a representar la totalidad del Universo que ahora nos resulta familiar. Además, debido a que la época pre big bang tiene su propia expansión con hinchamiento, la solución de Guth al problema del horizonte se construye automáticamente en el escenario cosmológico del pre big bang. Como ha dicho Veneziano: «La teoría de cuerdas nos ofrece en bandeja de plata una versión de la Cosmología del hinchamiento».
El estudio de la Cosmología de las supercuerdas se está convirtiendo rápidamente en un campo de investigación activo y fértil. El escenario del pre big bang, por ejemplo, ha generado ya una cantidad significativa de debates fructíferos, pero está aún lejos de llegar a aclarar qué papel desempeñará en el marco cosmológico que emergerá finalmente de la teoría de cuerdas. La consecución de esos conocimientos cosmológicos dependerá crucialmente, sin duda, de la capacidad de los físicos para enfrentarse con todos los aspectos de la segunda revolución de las supercuerdas.
Por ejemplo, ¿cuáles son las consecuencias cosmológicas de la existencia de branas fundamentales en dimensiones más altas? ¿Cómo cambian las propiedades cosmológicas que hemos explicado, si resulta que la teoría de cuerdas tiene una constante de acoplamiento cuyo valor nos sitúa más cerca del centro en vez de llevarnos a alguna de las zonas peninsulares? Es decir, ¿cuál es el impacto de una teoría M plenamente desarrollada en los primeros momentos del Universo? Estas cuestiones fundamentales se están estudiando ahora vigorosamente. Una idea importante ha emergido ya.
CONTINUARÁ
© JAVIER DE LUCAS