A veces, las grandes revoluciones científicas no nacen de encontrar nuevos elementos, sino de quitar los que sobran. En cosmología, una de las áreas más abstractas y especulativas de la física, esto puede parecer un acto de audacia. ¿Y si el universo no necesitó una rápida expansión inflacionaria ni partículas hipotéticas para existir tal como lo conocemos? Esta es la provocadora propuesta de un nuevo trabajo liderado desde el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona.
En un estudio publicado en Physical Review Research, científicos de España e Italia plantean una teoría alternativa al modelo inflacionario clásico, eliminando de la ecuación al llamado inflatón, una partícula nunca observada. En su lugar, muestran que las fluctuaciones cuánticas del espacio-tiempo —específicamente, las ondas gravitacionales— podrían ser suficientes para explicar cómo surgió la estructura del cosmos.
El modelo inflacionario bajo revisión
En la teoría dominante, el universo pasó por un período de inflación extremadamente rápido justo después del Big Bang. Este proceso explicaría la homogeneidad del universo, su estructura a gran escala y otros detalles observacionales. Sin embargo, este modelo depende de múltiples supuestos y parámetros ajustables, como el tipo de campo inflacionario y su potencial energético. El propio paper lo deja claro: “no ha habido ningún argumento teórico definitivo que conduzca a un único candidato para el inflatón”.
Este exceso de libertad en el modelo inflacionario permite adaptarse a los datos, pero pone en duda su capacidad de predicción real. ¿Está el modelo describiendo lo que ocurrió realmente o simplemente ajustándose a lo observado? Para los autores del nuevo estudio, esto representa un punto débil que debe resolverse si se quiere avanzar hacia una teoría más sólida del origen del universo.
Una nueva propuesta sin inflatón
El artículo propone un escenario donde la inflación se produce sin necesidad de un campo escalar inflacionario. En lugar de ello, el universo comienza en un estado conocido como espacio de De Sitter, una solución bien conocida de la relatividad general que ya se utiliza para describir la expansión acelerada actual, asociada a la energía oscura.
Lo innovador es que en este contexto, las ondas gravitacionales surgen de forma natural a partir de fluctuaciones del vacío cuántico. Estas perturbaciones, normalmente consideradas secundarias, serían suficientes para generar las fluctuaciones de densidad que dieron origen a galaxias, estrellas y planetas. Como señalan los autores, “las perturbaciones escalares surgen como un efecto de segundo orden a partir de las perturbaciones tensoriales”.
Este mecanismo permite que las estructuras del universo emerjan sin necesidad de campos o partículas no observadas, y de manera completamente compatible con la física cuántica y la relatividad general. Además, es un modelo verificable a través de futuras observaciones de ondas gravitacionales, lo que refuerza su potencial científico.
Gravitones, ondas y un universo simple pero profundo
Uno de los elementos más fascinantes de este trabajo es su visión del espacio de De Sitter como un estado coherente cuántico formado por gravitones. En este escenario, la autointeracción de estos gravitones y su acoplamiento con otras partículas relativistas produce un proceso de decaimiento cuántico. Así se pasa de un universo en expansión a una fase dominada por radiación, algo que permite cerrar elegantemente la etapa inflacionaria sin requerir un mecanismo de “recalentamiento” posterior.
Según el artículo, “la descomposición del espacio de De Sitter en un universo dominado por radiación actúa como una transición fuera del equilibrio que proporciona las condiciones adecuadas para la aparición de partículas del modelo estándar”. Esto no solo explica la presencia de materia en nuestro universo, sino que lo hace sin añadir elementos externos o especulativos.
Además, el modelo predice un espectro de fluctuaciones escalares casi invariante en escala, en línea con las observaciones del fondo cósmico de microondas. Los autores señalan que, si se tiene en cuenta la incertidumbre cuántica en cualquier espacio de De Sitter, esto basta para explicar la inclinación espectral observada, es decir, una ligera preferencia por las fluctuaciones a gran escala.
Una puerta a la comprobación empírica
Uno de los aspectos más valiosos de esta propuesta es su apertura a la verificación experimental. El modelo predice una relación específica entre las fluctuaciones escalares y tensoriales. En particular, estima una relación tensor-escalar (r) de aproximadamente 0.0006, lo que lo sitúa justo en el umbral de detección de los experimentos de próxima generación sobre el fondo cósmico de microondas.
Esto significa que, si se detectan ciertas características en la distribución de las anisotropías del fondo cósmico —como patrones de polarización B o desviaciones no gaussianas concretas— se podría confirmar o refutar esta hipótesis. Esa posibilidad de contrastación empírica marca una diferencia clave frente a otras propuestas más especulativas.
Por si fuera poco, este enfoque también abre líneas futuras de investigación sobre el papel de los vectores y tensores en el segundo orden de perturbación, así como sobre la naturaleza cuántica del espacio-tiempo en escalas ultramicroscópicas. Los propios autores anuncian que estos aspectos serán analizados en trabajos posteriores.
De Barcelona al cosmos
Esta teoría alternativa no surge en un rincón cualquiera. El trabajo está liderado por Raúl Jiménez, investigador ICREA en la Universidad de Barcelona, junto a expertos de la Universidad de Padua, la Universidad de Pisa y el Gran Sasso Science Institute. Se trata de un esfuerzo colaborativo europeo, con fuerte protagonismo español, que desafía uno de los pilares más establecidos de la cosmología moderna.
Como indica el propio artículo, “el paradigma inflacionario ha llevado a una búsqueda entre teorías de partículas fundamentales para encontrar un campo escalar inflatón. Hasta ahora, no se ha identificado ningún candidato único y definitivo”. Esta nueva propuesta, en cambio, prescinde completamente de esa necesidad.
Más allá de los detalles técnicos, el impacto de este trabajo está en su planteamiento: una cosmología sin inflatón, sin parámetros arbitrarios y sin ingredientes no observados, pero que aún así da cuenta de la estructura y evolución del universo. Una cosmología más austera, pero también más elegante y potencialmente más cercana a la realidad.
Referencias
- Daniele Bertacca, Raúl Jiménez, Sabino Matarrese y Angelo Ricciardone. Inflation without an inflaton. Physical Review Research. Vol. 7, L032010 (2025). DOI: 10.1103/vfny-pgc2.
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