Desde que los estudiantes escuchan por primera vez la historia del Big Bang en la escuela, surge una pregunta inevitable: ¿qué había antes de eso? Es una de esas dudas que parecen prohibidas, como si la ciencia no tuviera permiso para tocar ese umbral. Muchos libros de texto lo han evitado durante años, sugiriendo que la propia noción de “antes” pierde sentido cuando el tiempo nace con el Big Bang. Sin embargo, un grupo de físicos no se resigna a esa barrera.
El equipo formado por Eugene A. Lim (King’s College London), Katy Clough (Queen Mary University of London) y Josu Aurrekoetxea (Universidad de Oxford) ha publicado una extensa revisión en la revista Living Reviews in Relativity donde proponen aplicar la relatividad numérica a los grandes misterios cosmológicos. Su propuesta es ambiciosa: usar supercomputadoras para explorar lo que ocurrió antes del Big Bang, si el universo es cíclico, o si vivimos en un multiverso.
¿Por qué no se puede saber qué pasó antes del Big Bang?
La cosmología moderna se basa en las ecuaciones de la relatividad general de Einstein. Estas permiten describir la evolución del universo, pero fallan cuando retrocedemos demasiado en el tiempo, hasta llegar al instante cero: una singularidad con densidad infinita y leyes físicas que dejan de tener sentido.
En condiciones normales, los cosmólogos asumen que el universo es homogéneo (igual en todas partes) e isótropo (igual en todas direcciones). Esto simplifica mucho las ecuaciones y permite hacer predicciones. Pero estas suposiciones no se sostienen en condiciones extremas, como las que habría en el Big Bang o dentro de un agujero negro. “No puedes ir más allá de la farola si no tienes una linterna, simplemente no puedes resolver esas ecuaciones”, señala Lim en el comunicado de FQxI.
La relatividad numérica, una nueva linterna para explorar el pasado
Lo que proponen los autores es emplear una técnica llamada relatividad numérica, un método computacional que permite simular el comportamiento del espacio-tiempo en situaciones extremas. Esta técnica ya se ha usado con éxito para modelar la colisión de agujeros negros y predecir las ondas gravitacionales observadas por LIGO.
En su revisión, los autores explican cómo adaptar estas herramientas al estudio de escenarios cosmológicos. Esto requiere superar numerosos obstáculos técnicos, como elegir condiciones iniciales que no contradigan las ecuaciones de Einstein, definir cómo se representa el tiempo y evitar errores numéricos que estropeen los resultados. La simulación de un universo entero requiere una precisión abrumadora y el uso de supercomputadoras especializadas .
Además, el artículo detalla que la elección del marco matemático o “gauge” (el sistema de coordenadas usado en las simulaciones) puede influir en la interpretación de los resultados. En cosmología, no existe una única forma “correcta” de describir el universo; por eso, los autores insisten en desarrollar criterios más robustos para comparar los datos obtenidos en diferentes modelos.
Universos rebotantes, colisiones cósmicas y cuerdas espaciales
Más allá del Big Bang, la relatividad numérica también podría iluminar otras teorías especulativas que hasta ahora parecían inalcanzables para la ciencia. Una de ellas es la hipótesis de los “universos rebotantes”: modelos cíclicos en los que el cosmos no comienza con un Big Bang, sino que emerge de un colapso anterior, en una secuencia infinita de expansiones y contracciones.
También se menciona la posibilidad de detectar “magulladuras” o huellas en el fondo cósmico de microondas que podrían haber sido causadas por colisiones con otros universos vecinos, si el multiverso existe. Incluso se baraja estudiar las huellas de cuerdas cósmicas, defectos topológicos que podrían haberse formado en los primeros momentos del universo y que dejarían señales específicas en forma de ondas gravitacionales.
Según los autores, “los universos que rebotan son un excelente ejemplo, porque alcanzan zonas de gravedad intensa donde no se puede confiar en las simetrías”. Justamente en esos escenarios la relatividad numérica podría resultar clave para determinar si estas ideas tienen base científica o son solo especulaciones sin fundamento.
¿Puede sobrevivir la inflación en un universo caótico?
Una parte significativa del artículo se dedica a la etapa inflacionaria del universo, ese instante tras el Big Bang en que el cosmos se expandió exponencialmente en una fracción de segundo. Aunque la inflación explica por qué el universo es tan homogéneo, también plantea un problema circular: para que ocurra, es necesario asumir que el universo ya era relativamente uniforme, algo que la propia inflación busca justificar.
La relatividad numérica permite simular condiciones iniciales mucho más complejas, en las que el universo podría empezar siendo altamente caótico, con regiones muy densas y otras casi vacías. Algunos estudios revisados muestran que, incluso en esos escenarios extremos, la inflación puede abrirse paso y acabar dominando el comportamiento del cosmos, aunque no en todos los casos. Esto aporta una forma rigurosa de poner a prueba modelos inflacionarios, especialmente aquellos propuestos desde teorías más fundamentales como la teoría de cuerdas.
Una invitación a unir mundos: cosmología y relatividad numérica
Uno de los objetivos clave del trabajo es tender puentes entre comunidades científicas que raramente colaboran. La relatividad numérica ha sido tradicionalmente usada en el estudio de agujeros negros y ondas gravitacionales, mientras que la cosmología suele usar modelos simplificados y ecuaciones tratables con lápiz y papel.
“Esperamos desarrollar ese solapamiento entre cosmología y relatividad numérica, de modo que los relativistas numéricos puedan aplicar sus técnicas a los problemas cosmológicos, y los cosmólogos que se enfrentan a preguntas irresolubles, puedan recurrir a la relatividad numérica”, comenta Lim.
En otras palabras, el trabajo no solo propone nuevas herramientas, sino que también invita a repensar los límites entre ramas de la física que tradicionalmente han trabajado por separado. Si esta convergencia progresa, podría abrir la puerta a descubrimientos que hoy parecen inalcanzables.
¿No se había hablado ya de universos cíclicos?
La idea de un universo que se expande, colapsa y vuelve a nacer no es nueva. De hecho, el modelo del “universo oscilante” fue propuesto ya en los años 30 por el físico Richard Tolman, y ha reaparecido con distintas variantes a lo largo del siglo XX. Estas versiones imaginaban un cosmos que pasaba por ciclos de expansión y contracción, sin necesidad de un comienzo absoluto.
Sin embargo, todos esos modelos clásicos compartían un problema: dependían de suposiciones muy simplificadas, como un universo perfectamente homogéneo y simétrico. Bajo esas condiciones, las ecuaciones eran manejables, pero no representaban fielmente el caos y la complejidad del universo real, especialmente en momentos extremos como un rebote cósmico.
La novedad del trabajo de Lim y su equipo no está en proponer que el universo pueda rebotar, sino en mostrar que ahora podemos estudiarlo con herramientas científicas avanzadas. Gracias a la relatividad numérica, es posible simular qué ocurre cuando el espacio-tiempo se curva al máximo, sin depender de aproximaciones idealizadas. Esto permite por primera vez evaluar con rigor si ciertos modelos de rebote o universos anteriores al Big Bang podrían ser físicamente viables.
Es decir, lo que antes era una especulación matemática ahora puede convertirse en una hipótesis comprobable mediante simulaciones, algo que cambia por completo el enfoque con el que la ciencia aborda este tipo de escenarios.
Referencias
Cortesía de Muy Interesante
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