Analisis de la Teoria del Big bang (con Inflación)

Bib-Bang con Inflación

-Singularidades

Antes de proponer una teoría a la teoría alternativa del Inicio del Universo actualmente bastante aceptada, conocida como modelo Lambda CDM, vamos a pensar sobre las Singularidades Puntuales que aparecen en las soluciones de la Teoría General de la Relatividad (TRG).

Estas soluciones arrojan datos absurdos. A estos puntos, en Nuestro Universo, las ecuaciones les atribuyen energía y densidad infinita, lo que constituye imposibilidades, tanto para las Singularidades en el interior de los Agujeros Negros, como en la Singularidad del Big Bang.

En Matemáticas tengo entendido que se define el Espacio Matemático Euclidiano en tres dimensiones, como un continuo imaginario e infinito, formado por infinitos puntos (SIN DIMENSION ESPACIAL) infinitamente próximos.

Humildemente entiendo que si los puntos (por definición) no tienen dimensión alguna, (espacial o cualquier otra) entonces no existen, son NADA. Por tanto, la suma de infinitos nadas es NADA. Consecuentemente el Espacio Matemático Euclidiano no podría existir, mucho menos como un continuo.

Según esto, tampoco se puede admitir que en este Espacio Matemático, a cada uno de sus puntos podamos atribuir 3 coordenadas (x,y,z) con respecto a tres ejes ortogonales situados en cualquier otro punto de este espacio. Pues si no existen no pueden tener posición.

Sucede que este Espacio Matemático Continuo, (con sus puntos sin dimensión) es ampliamente usado, no solo en matemáticas como en física y otras ciencias, como excelente herramienta, para representar y trabajar con innúmeras funciones, con resultados casi siempre correctos.

Digo casi siempre, por que justamente en las Singularidades falla. No sé si en otros casos también.

Pienso que, para resolver esta contradicción, el PUNTO MATEMÁTICO tiene que obligatoriamente poseer alguna dimensión, (en este caso espacial). Esta dimensión puede ser tan pequeña como lo necesitemos, adecuada la precisión del problema que estemos tratando.

Entonces, sí que podemos imaginar el Espacio Matemático como la sumatoria de infinitos puntos infinitamente próximos, siendo que cada punto seria individual, tan pequeño y próximo de otros como precisemos para resolver el problema en curso.

Esta libertad de escoger tamaño y proximidad, solo es permitida en este Espacio Matemático Ideal. Como veremos enseguida, esta libertad no se aplica al Espacio Físico Real de Nuestro Universo.

Si el Punto Matemático no tiene dimensión, su dimensión es cero. Cualquier cantidad dividida por cero se dice que es infinito, y por ahí se para… Cabe la pregunta ¿mas que es infinito? Me parece que INFINITO es como el tapete bajo el que barremos la suciedad. (Ignorancia)

Si atribuimos alguna dimensión al concepto de Punto Matemático, por muy pequeña que esta sea, automáticamente eliminamos los infinitos.

Creo que sería extremamente engorroso trabajar con puntos con dimensión (discreta) en todas las representaciones matemáticas, al tener que en ellas usar cantidades enormes de cifras decimales. Seguramente por conveniencia y sin darnos cuenta redondeamos el concepto de punto y lo usamos como sin dimensión. Esta simplificación no tiene mayor importancia en la mayoría de los cálculos, pero no en todos, como es el caso de las Singularidades.

Por otro lado, y con más motivo, este concepto de Punto con Dimensión (discreto) tenemos que incluirlo en el Espacio Real (ahora con sustancia-energía) de Nuestro Universo conocido.

Al fin de cuentas, esto anterior tiene poco de nuevo, pues Planck ya propuso acertadamente que por lo menos la energía no tenía una distribución continua, sino que estaba cuantizada en paquetes discretos (bloques mínimos) que él llamó Cuantos de Acción. Constituye uno de los pilares básicos de la Teoría Cuántica, se conoce como Constante de Planck cuyo valor aproximado es de h=6,6260x10<-36.

Como consecuencia de esta constante “h” se desprende que el Espacio Físico en Nuestro Universo también está cuantizado. En escalas ultra microscópicas estaría formado por bloques discretos separados, estos tendrían la LONGITUD DE PLANCK calculada en función de la velocidad “c” de la luz, la constante “h” de Planck y la constante gravitacional “G”, . El valor así calculado es: l(p)= 1,6162x10<-35 m.

Si todo esto es correcto, creo que automáticamente se eliminan las odiadas Singularidades que en este Espacio Real aparecen en las soluciones de las ecuaciones de la TRG

-Inflación

En el modelo Lambda CDM, para explicar la estructura del Universo, se admite que inmediatamente de iniciarse el Big Bang, se inició una fase de expansión INFLACIONARIA con velocidad exponencial con respecto a “c” durante un corto periodo de tiempo. En algo como 10<-34 segundos, el Universo se expandió hasta un volumen de 10<78, equivalente a una distancia de 10,6 años luz. Entiendo que después de este momento la fase inflacionaria paró bruscamente para continuar una expansión comportada (bastante parecida con la actual).

Esta teoría se propuso para justificar la actual estructura de homogeneidad a gran escala, que se observa actualmente en Nuestro Universo.

Predice que, bastante después, cuando el Universo había envejecido por vuelta de 380.000 años, se había expandido lo suficiente para que el plasma en aquel momento, formado por protones, neutrones, electrones y fotones, llegase a una temperatura aproximadamente de 3000K. Temperatura esta que permitió el acoplamiento de protones y electrones, para formar los primeros átomos de Hidrogeno, enseguida Helio. En estas condiciones los fotones tuvieron libertad para viajar libremente.

Hasta este momento el Universo era opaco, por tanto, nada podemos saber de su contenido anterior mediante observaciones de cualquier tipo de radiación (no podían viajar). Claro que podemos inferir su contenido y estructura aprovechando los conocimientos científicos que ahora disponemos. También actualmente se están proponiendo análisis de las Ondas Gravitacionales que posiblemente se originaran en aquel periodo opaco, gracias a los nuevos observatorios recientemente inaugurados. LIGO, VIRGO…

A esta radiación primigenia, se la conoce como Radiación Cósmica de Fundo de Microondas (RCM)

Se ha medido cuidadosamente con varios detectores en satélites artificiales y como previsto por la ciencia, llega actualmente hasta nosotros con una frecuencia en la faja de Microondas correspondiente a una temperatura de 2,7K, en la emisión del Cuerpo Negro.

Hasta aquí nada nuevo. Pero hay un detalle importante a tener en cuenta. Esta radiación RCM nos llega casi exactamente con la misma frecuencia desde cualquier dirección que la midamos (con diferencias de menos de una parte en 100.000). Después veremos lo que esto implica.

Aunque esta teoría está relativamente aceptada en la actualidad, creo que merece un análisis más detallado.

-Primero: Como decía antes al hablar sobre Singularidades, no consigo admitir que, el Big Bang se iniciara en un Punto sin dimensión. Esto constituye una imposibilidad, ya que, en El, forzosamente habría densidad y energía infinita. Para eso obligatoriamente ahora el Universo tendría que ser infinito, (pues en nuestro entorno no vemos densidad de energía infinita), lo que implica que la velocidad de expansión (Inflación) también tendría que ser infinita, SIN PARAR, para poder expandir hasta el infinito, desde el punto inicial Bib Bang, esto incluye el momento actual, lo que parece que no sucede. Actualmente no vemos la expansión infinita.

Por tanto, lo anterior al Big Bang no pudo ser puntual, Como mínimo debió ser en una pequeña pepita como un átomo primordial.

Aun así, surge otro problema. Si realmente hubo Inflación y esta paró en algún momento anterior (ya que ahora no se observa). Cual fue la causa que propició tan brutal frenazo, o sea de donde vino la energía suficiente para generar la aceleración negativa que neutralizo la velocidad exponencial de la inflación ¿Fue algo como un Big Bang opuesto al primero ¿

Por lo poco que conozco, parece que aquí se introduce un Campo (por tanto, con energía) INFLATRON. Me falta preparo para seguir analizando estas propuestas muy técnicas.

Otro problema que plantean estas teorías es, el porqué, la radiación del Fondo Cósmico de Microondas nos llega casi exactamente con la misma intensidad desde todas las direcciones.

Si el Universo empezó en una pepita primordial extremamente pequeña, entiendo que, con la expansión, sea inflacionaria o no, nunca llegaría a tener densidad totalmente homogénea, siguiendo las leyes físicas admitidas actualmente.

Poner atención en este detalle, que constituye la base de toto el raciocinio.

Entonces, como en el Universo, la temperatura está directamente relacionada con la densidad, esta (temperatura de 3000K) no podría ser totalmente uniforme en todo el Universo Inflacionado cuando este tenía 380000 años. Pienso que esta temperatura se inició en la superficie de este y progresivamente fue avanzando hacia su centro.

Alguien irá contestar este razonamiento diciendo que la DENSIDAD seria homogénea en esta esfera, garantizada por la expansión exponencial durante el periodo de Inflación.

No estoy de acuerdo con esa objeción, desde que la expansión (Inflacionaria o no), se origine en una Singularidad Puntual, o en una pepita cósmica muy diminuta.

Después veremos alguna condición muy especial, que, aunque difícil podría haber sucedido.

Imagine una cuerda elástica bastante larga, con nudos espaciados 10 cm. Si tiramos de sus extremos con suficiente fuerza podemos conseguir separar los nudos hasta 20 cm de distancia entre cualquier par sucesivo de ellos. Una hormiga colocada aleatoriamente en cualquier de los nudos observará que estos se han separado RELATIVAMENTE al suyo (centro, de ella, que considera parado), tanta más distancia cuanto más lejos estaban en el inicio.

Un observador externo verá que, hay un nudo especial en el centro de la cuerda que, ha permanecido ABSOLUTAMENTE parado con respecto al referencial del observador, siendo todos los demás los que se han apartado de él.

Si ahora colocamos bastantes cuerdas en todas las direcciones radiales con sus nudos centrales en el mismo punto (centro de las cuerdas) veremos que, al estirarlas la densidad de nudos, (aunque permanece constante en cada cuerda), disminuye en el sentido del centro hacia fuera, siendo mínima en la superficie esférica que contiene los nudos de los extremos de todas las cuerdas.

Parece que Nuestro Universo no está formado por una única cuerda, por lo menos observamos 3 dimensiones espaciales.

Esto debe suceder independientemente de la velocidad de estiramiento (inclusive si esta es exponencial con respecto a “c” Inflación).

Para mantener una densidad de nudos uniforme en todo el volumen de la esfera al expandirse esta, desde su centro (Singularidad) forzosamente tenemos que admitir que en este proceso deben aparecer nudos nuevos de la Nada. Lo que, en nuestro caso real del Universo, se correspondería a crear energía nueva de la Nada. O sea, nuevo Espacio-Tiempo, si entendemos este como algo sustancial. Con energía.

Esto implicaría que, toda la Materia/Energía de Nuestro Universo actual no estaba contenida en la Singularidad del Big-Bang,(Pepita) siendo una parte de esta, aportada durante el periodo inflacionario. No he leído nada que apoye esta idea. Tal vez fue aportada por el INFLATRON ¿

Si aun así queremos mantener funcionando esta teoría podemos imaginar dos posibilidades alternativas.

--Primera, la velocidad de expansión durante la fase de INFLACIÓN no fue uniforme. De tal forma que en el inicio de esta fue mayor que en su final, ajustada cuidadosamente esta variación, para que la densidad de energía se repartiese de forma idéntica (isotrópica) en todo su volumen.

-- Segunda, la densidad de energía en la PEPITA PRIMORDIAL, no era uniforme, esta densidad estaba en una concentración creciente uniformemente desde el centro hacia el exterior de la PEPITA, de tal forma ajustada para poder llegar al final de la INFLACIÓN, con una concentración idéntica (isotrópica) de densidad, en todo el volumen adquirido al final de esta.

No tengo preparo técnico para descartar estas alternativas, aunque pienso que puede haber otro enfoque totalmente diferente. Personalmente veo estas teorías muy rebuscadas, algo así como con parches o remiendos para ajustarlas a las observaciones actuales de Nuestro Universo.

Dejando de lado estas alternativas especiales.

Por otro lado, como creo que, la temperatura en el Universo se corresponde con la densidad, parece lógico pensar que la temperatura critica de 3000K no sería uniforme en todo el universo cuando este envejeció hasta 380000 años. Imagino que la densidad, iría disminuyendo progresiva y constantemente desde el centro de esta esfera (Singularidad) hasta su superficie. Seria justamente en esta superficie donde primero se enfriaría hasta los 3000K. para después ir avanzando este enfriamiento hasta el centro.

Entiendo que la velocidad de esta radiación CMB, aunque intrínsicamente sea de “c”, su velocidad de avance RELATIVA hacia el centro, estaría limitada por la barrera con que avance el enfriamiento (el espacio se vaya haciendo transparente) desde la superficie hacia este. Esta barrera seria como una onda circular esférica contrayéndose avanzando constantemente hacia el centro primitivo de la Singularidad.

No sé cuál puede ser esta velocidad de enfriamiento, o si coincide con “c”. Creo que no puede ser igual o mayor, porque en ese caso, el espacio crecería a un ritmo mayor que “c” y dejaría rezagada a la radiación CMB. Por tanto, esta nunca conseguiría llegar hasta nosotros.

Entonces si la FCM llega ahora hasta nosotros con la misma frecuencia en cualquier dirección que se mida, nos empuja a pensar que estamos justamente en el punto que fue la Singularidad, (el Big-Bang). Por ser este donde empezó la expansión, inflacionaria o no.

Creo que es demasiada coincidencia que justamente nosotros (Tierra) tengamos ese extraordinario privilegio.

Aun así, si la radiación CMB, para poder ir avanzando tuvo que esperar que el Universo se fuera enfriando progresivamente a los 3000K desde su superficie hacia su centro. Entonces la CMB que está llegando ahora aquí, nos encontraría con la temperatura de 3000K. Lo que no sucede.

Aun así, parece que las últimas mediciones apuntan a pequeñas irregularidades al final de la inflación, que serían las semillas de las actuales galaxias.

Los más entendidos, al llegar a este punto introducen el concepto de MULTIVERSO, o sea con muchos o casi infinitos Big-Bangs, con leyes físicas propias y resultados diferentes. En este escenario el nuestro evolucionó justamente de la forma que observamos. Cada uno de los otros evolucionó su aire.

Esta propuesta automáticamente elimina la teoría de un único Big-Bang

Por todos los inconvenientes expuestos anteriormente, pienso que, debemos pensar en alguna otra solución.

Modelo de Universo sin Big Bang, e Inflación

Llegó el momento, por tanto, de exponer una idea personal muy especulativa, e intuitiva. Infelizmente, sin apoyo alguno de estructura matemática, que le de credibilidad. (por carecer de preparo técnico adecuado).

Imagino un Espacio Matemático Abstracto, absolutamente vacío de cualquier substancia conocida o desconocida. Aun así, pienso que este no sería el NADA, pues, aunque sin substancia es por lo menos algo matemático abstracto, y precisa de alguien para imaginar.

Creo que el NADA no puede existir SOLO, para existir tiene que haber ALGO, entonces para mí el NADA es lo contrario de ALGO. Por así decir es una dupla inseparable. Y el ALGO no puede ser infinito pues no quedaría sitio para el NADA.

En este Espacio Matemático Abstracto Geométrico, imagino una cantidad enorme, pero finita de ELEMENTOS, con alguna sustancia real, ultra súper diminutos, menores o igual que la longitud de Planck.

Configurarían una región amplia, discreta, no puntual. Algo como una nube. Su tamaño no sé, imagino que fuera inmenso.

Los elementos estarían separados y estáticos con respecto al Espacio Matemático, que ahora ya se ha transformado en NADA. Podemos llamarlo así.

Cada uno de estos elementos, posee una energía inmensa pero finita, por ahora, en forma únicamente, de Momento Angular, con sus ejes de giro y sentido de rotación aleatoriamente distribuidos.

Personalmente entiendo la energía, como la capacidad de ALGO influenciar otro ALGO, para eso se precisa que existan por lo menos dos algos y movimiento relativo entre ellos para poder interferir, también depende de la intensidad del movimiento relativo entre ellos, (velocidad) y de sus magnitudes.

La sumatoria de todas estas energías individuales en forma de Momento Angular, resulta equivalente a la energía/materia total del Universo. Esta energía total es constante durante toda la evolución del Universo.

Al ser esta energía finita y la región de inicio discreta evitamos la SINGULARIDAD.

Cuanto mayor sea el número de elementos, menor será la energía individual de cada uno de ellos.

Porque están allí, de donde vinieron, porque vinieron, y cuando, no soy capaz de responder. Es un POSTULADO muy particular mío.

En esta situación de equilibrio, todos estos elementos, aunque con Momento Angular inmenso, como no interfieren entre ellos ni con el NADA que los envuelve, no EVOLUCIONAN, por lo tanto, no existe TIEMPO según el concepto tradicional de este. (Hasta este momento).

En esta condición, podrían estar allí desde y durante toda la eternidad, lo que quiera que esta sea.

En algún momento. No sé por qué motivo, ni cómo, ni desde donde fue originado. Alguno (o muchos, repartidos aleatoriamente) de estos elementos adquiere movimiento de traslación. Enseguida se choca con otro próximo. En este choque parte del Momento Angular se transforma en Momento Lineal. Pero manteniendo la energía total constante en ambos. O sea, la energía inicial en forma de Momento Angular que cada elemento poseía, permanecerá para siempre idéntica durante toda la evolución del elemento, solo que pasando progresivamente de Momento angular para Momento Lineal.

Conforme la sucesión de choques va aumentando tendríamos cada vez más energía total en la Nube en forma de Momento Lineal, compensada exactamente con la perdida de Momento Angular. Como consecuencia el tamaño de la Nube iría aumentando y acelerando la expansión de esta. (Universo).

Esta velocidad de expansión no tiene por qué ser exponencial (Inflación, para garantizar la homogeneidad), ya que la distribución de energía en la Nube Primordial probablemente ya era homogénea, y el inicio de la expansión se realizó en múltiples puntos aleatoriamente distribuidos por toda ella.

Durante su evolución unas veces disminuye el Momento Angular para aumentar en la misma cantidad el Momento lineal, y viceversa. Precisamente por la aleatoriedad de los sucesivos choques.

Enseguida de romper el equilibrio inicial con este primer choque, se produce una reacción en cadena, creciente, exponencial y aleatoria de choques, cada vez más caótica. Da inicio la evolución y expansión del Universo. O sea, el inicio del Tiempo y del Espacio.

Imagino que, en el inicio de la evolución, el ritmo de transferencia de Momento Angular para Lineal seria máximo, y este ritmo iría disminuyendo progresivamente durante la evolución del sistema.

Si la ruptura de la condición inicial de equilibrio, se produjo únicamente en aquel instante por el movimiento de un único elemento, pienso que la geometría de la expansión debe ser parecida a un paraboloide creciente para fuera. (algo así como un embudo difuso).

Ya si el equilibrio inicial se rompe en varios puntos aleatorios en diferentes direcciones, la geometría de expansión debe parecerse más con una esfera.

En este momento podemos decir que ya hay evolución. En el sentido tradicional sería el nacimiento del TIEMPO.

Este modelo sería algo así como el sistema de un Gas Perfecto, pero sin estar confinado en un recipiente o por algún ente externo (Campo).

Su volumen sería mínimo (finito) en el primer instante, con una densidad de energía máxima (finita). A medida que avanza la expansión la densidad de energía disminuye a cambio de aumentar el volumen, pero la energía total del sistema se conserva.

Nada impide que aun en el momento actual de evolución del Universo aun existan elementos CON GIRO digamos parados absolutamente sim (Momento Lineal) como que, durmiendo, a la espera de ser impactados por otros con movimiento relativo a ellos. Estos constituirían como una reserva extra de energía, disponible de es usada, para aumentar la velocidad de expansión (aceleración que ahora se observa).

Esta expansión será acelerada siempre que exista Momento Angular de reserva. Terminará en una velocidad constante de expansión (velocidad de crucero) justamente cuando acabar el Momento angular, o se llegue a un equilibrio en el trasvase de Momento Angular para Momento Lineal, y viceversa

Para que este modelo funcione los choques tienen que ser totalmente elásticos, para que, durante el tiempo finito del choque, la deformación que se produce en los elementos envueltos en este, poder originar una fuerza elástica de reacción, cuya resultante produce aceleración Lineal y Angular en ambos elementos.

Más adelante estudiaremos con detalle varias posibilidades de choques, las deformaciones elásticas que producen, y como consecuencia de estas, el aparecimiento de lo que entendemos como FUERZAS.

Entendemos las FUERZAS como únicamente fruto de las deformaciones elásticas. O sea, la tendencia de cualquier objeto a volver a su estado anterior. En la mayoría de casos, estado de mínima energía.

Todo este sistema en conjunto, personalmente lo identifico como la ENERGIA OSCURA, objeto de intensa busca ahora, por la comunidad científica.

En seguida veremos, un modelo dinámico de su comportamiento. Este creo que explica el mecanismo, por el que puede surgir la materia en su seno, la radiación, y el origen de la Gravedad.

Sigue a continuación un comentario de mi autoría sobre este mismo tema, colocado en una página Web de divulgación científica. Las ideas básicas son las mismas, creo conveniente colocarlo ya que en él se comentan algunos detalles nuevos.

Com respecto a lá Singularidad del. Big-Bang. Creo que no se necesita de esta hipotesis, aunque esté previsto pela TRG. Tanto es que esta falla al intentar descubrir lo que en ella sucede, menos aun lo anterior a esta. En vez de esta Singularidad, personalmente imagino una FASE DEL UNIVERSO (como una nube). No se si finita o infinita, compuesta por casi infinidad de elementos casi infinitamente diminutos pero discretos en tamaño. Estarían separados, ABSOLUTAMENTE parados, sin MOMMENTO LINEAL. Rodeados cada uno de ellos por NADA. Estos tendrían enorme energía en forma de MOMENTO ANGULAR. La sumatoria de toda esta energía Angular es constante, y se corresponde con la materia/energía total y constante de Nuestro Universo actual. En estas condiciones, como no puede existir cualquier influencia entre ellos, no habría cualquier tipo de EVOLUCIUÓN. Por tanto, no habría TIEMPO, (entendiendo este como la medida del ritmo de mudanza). O sea, esta digamos NUBE, en estas condiciones, podría estar allí desde toda la ETERNIDAD, lo que quiera que esta sea. En un cierto momento, no sé cómo, cuándo, ni porque, se produce un movimiento LINEAL, en uno o múltiplos elementos aleatorios de la nube, provocados por alguna causa externa a esta. Inmediatamente empiezan los choques (interferencias entre estos elementos), de una forma progresiva geométrica exponencial, (su ritmo no se). Pero no instantánea (INFLACIÓN). Cada choque supone que, uno de los elementos adquiere más, MOMENTO LINEAL a cambio del otro perder el equivalente, en MOMENTO ANGULAR, y ganar también algún momento lineal. Este proceso continuado en el TIEMPO fatalmente conduce a la expansión DE LA NUBE INICIAL. En tanto existir elementos con MOMENTO ANGULAR y choques, el trasvase de Momento Angular para Momento Lineal representa liberación de energía EXTRA que contribuye a una expansión acelerada del Universo, (Energía Oscura). Seria como el combustible almacenado en el tanque de un coche. Si esto es correcto. La expansión acelerada del Universo terminara por convertirse en una expansión constante, en el momento en que acabe este trasvase. O sea, cuando exista un equilibrio entre trasvase de Momento Angular para LINEAL, y viceversa, entre todos los elementos. Entiendo esta Nube en estas condiciones (tipo un Gas perfecto) como el Espacio Tiempo Geométrico de la TRG. Falta ahora analizar, como en estas condiciones surgirían agrupamientos de estos elementos, para formar los farrapos precursores de la materia, y la radiación.