Evolución del universo

1999/11/01 Agirregabiria, Juan M. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

Entre los problemas fundamentales de la cosmología actual, destaca la homogeneidad e isotropía del Universo. Las observaciones astronómicas demuestran que todos los puntos de nuestro Universo y todas las direcciones son equivalentes a gran escala. Puede pensarse que esto es así desde el principio porque el Universo era un isótropo, pero ojalá, independientemente de las condiciones iniciales, encontráramos un mecanismo físico adecuado para hacerle retorcer el isótropo. Parece que sería más sencillo y natural que el mecanismo que elegía las condiciones iniciales de una manera muy particular.

En los últimos años se han utilizado modelos con inflación en la teoría estándar del Universo para explicar la isotropía. En estos modelos, por razones físicas, el tamaño del Universo aumentó en un período de tiempo muy rápido. Estudiamos en nuestro grupo modelos concretos inhomogéneos y anisótropos del universo para ver si la inflación, y la isotropía que ello conlleva, se produce en la mayoría de las condiciones iniciales.

Hace unos cinco años, el físico veneciano, que trabaja en el CERN, propuso otro mecanismo para explicar el problema de la isotropía: Cosmología Preestelar. Como es muy conocido, parece inevitable que el Universo haya nacido en Gran Explosión en la Relatividad General de Einstein. Pero es posible que en la teoría cuántica de la gravitación, que aún no conocemos, no existan. Aprovechando las simetrías que aparecen en la teoría de las supercuerdas, Veneciano propuso una nueva era del Universo antes de que se produjera una alternativa cuántica al clásico Gran Explosión. Si allí se convirtió en isótropo, en la época actual las condiciones iniciales fueron necesariamente isótropas. Para analizar esta idea, entre nuestros temas están los modelos cosmológicos precisos de la teoría de los supercuerdas de pequeña energía.

Hemos dicho arriba que el Universo es homogéneo e isótropo a gran escala. En esta gran escala de la cosmología, las galaxias son como gotas de agua o rayos de polvo. Está claro, por otra parte, que si la escala no es tan grande, el Universo no es homogéneo e isótropo: estar cerca de una estrella o galaxia y perderse en el espacio intergaláctico no es lo mismo. Al modelar una estrella en la Relatividad General se supone que está sola en el Universo y, por otro lado, se rechaza la influencia de estrellas y galaxias aisladas en la cosmología. En 1945, Einstein, junto con Straus, se encargó de encontrar una relación adecuada entre estos dos puntos de vista extremos. También analizamos en nuestro grupo cómo se sitúan las inhomogeneidades de menor rango de galaxias (o estrellas) en un universo homogéneo.

Aunque la teoría de la gravitación (clásica) concreta es la Relatividad General, en muchos casos la Gravitación Universal de Newton sigue siendo adecuada en la actualidad. Dado que ambas teorías son útiles, puede ser interesante analizar cómo cambia la descripción de ciertos fenómenos al desplazarse. En este ámbito, nos centramos en el equilibrio de las partículas cargadas, investigando en la Relatividad General cuáles son alternativas a las sencillas condiciones de equilibrio de la teoría de Newton.

Por último, analizamos la aparición y propiedades del caos determinista en la Relatividad General. En la definición típica del caos, la diferencia entre dos sistemas similares, inicialmente prácticamente inseparables, aumenta exponencialmente a medida que avanza el tiempo, pero la naturaleza básica de la Relatividad General hace que no siempre sea fácil conocer el tiempo que se debe dedicar a definir el caos en la citada teoría. Por tanto, se requieren técnicas especiales de definición y medición del caos en cosmología y Relatividad General. Una de ellas es la primera que nosotros hemos utilizado en este campo: la dispersión caótica. En él aparecen aspectos del caos que no dependen de la definición del tiempo.