La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

¿Predominará eternamente la materia sobre la radiación?

Posted by Carlos en abril 30, 2007

Desde que se descubrió que el Universo estaba en expansión y no era estático, hay dos grandes preguntas que la física intenta responder: ¿cómo comenzó el Universo? y ¿cómo acabará? Con respecto a lo segundo, las respuestas teóricas se agrupan básicamente en dos grupos: las que proponen un Universo cerrado que eventualmente colapsará, y las que proponen un Universo abierto que se expandirá sin fin. La evidencia experimental apunta a esta última, una vez que parece que la densidad de materia no alcanza el valor crítico que cerraría el Universo, y más aún después de que el gran error de Einstein pueda convertirse en su gran acierto, toda vez que parece que la constante cosmológica -o energía del vacío- no es nula, y la expansión es acelerada. En este escenario, la visión tradicional era que la materia decaería progresivamente, convirtiendo el Universo en un mar de radiación que iría haciéndose más tenue a medida que continuase la expansión.

Expansión acelerada del Universo
Credit: NASA

La visión anterior puede cambiar -no a peor, ya que difícilmente el futuro lejano podría ser más tenebroso, pero tampoco a mucho mejor- precisamente a raíz del efecto que la constante cosmológica puede tener. Al menos esto es lo que apunta un trabajo de Lawrence Krauss y Robert Scherrer, de la Vanderbilt University, titulado

y que ha sido aceptado en Physical Review D. La idea básica es la siguiente: la materia decaerá en radiación, pero la expansión acelerada del Universo atenuará y dispersará esta radiación, de manera que la densidad de materia seguirá siendo dominante (aunque lógicamente, tanto la densidad de radiación, como la de materia tenderán a cero). De manera más cuantitativa, Krauss y Scherrer consideran H, el parámetro de Hubble dependiente del tiempo, que describe la expansión cósmica. De acuerdo con las ecuaciones de Friedmann, si el Universo tiene geometría plana, entonces

H=\left(\frac{8\pi G\rho}{3}\right)^{1/2}

donde rho es la densidad de energía. A medida que el Universo se expande, la densidad de energía irá aproximándose a un valor límite, la densidad de energía del vacío. El recíproco del parámetro de Hubble critico (usando el valor límite de la densidad de energía del vacío) es un valor que Kraus y Scherrer llaman “tiempo de no-retorno”, y que tiene un valor de tL=1.7·1010 años. La relevancia de este valor es el siguiente: los autores deducen que asintóticamente la relación entre la densidad de radiación y la densidad de materia es

r=\frac{\rho_R}{\rho_M}=\frac{t_\Lambda}{\tau-t_\Lambda}

donde tau es la vida media de la materia. Se puede ver entonces que si tau es al menos el doble de este valor de no retorno, entonces r<1, i.e., la densidad de materia será siempre mayor que la densidad de radiación. Según los datos experimentales disponibles, tau>5.2·1010 años, lo que supone el triple de tL.

El resultado está bastante ajustado, por lo que nuevos datos más precisos sobre la vida media de la materia, o sobre el ritmo de expansión del Universo pueden hacer que todo cambie (por ejemplo, podría ser que la constante cosmológica no fuera constante, y decreciera con el tiempo). En cualquier caso, se trataría de una victoria pírrica de la materia sobre la radiación. A medida que el Universo se expanda aceleradamente, cada vez habrá más energía que traspasará el horizonte de eventos del Universo observable, con lo que la vida será insostenible a largo plazo, salvo que consigamos alterar la geometría del Universo. Si alguien tiene tiempo, he ahí un buen objetivo práctico en el que pensar…

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