Nuevo ARTÍCULO sugiere que el BIG BANG NO fue el COMIENZO después de TODO 

¿Qué pasaría si el Big Bang no fuera el comienzo de todas las cosas, sino el rebote de un colapso gravitacional colosal? 

Enrique Gaztanaga: El Big Bang se describe a menudo como el nacimiento explosivo del universo: un momento singular en el que el espacio, el tiempo y la materia surgieron. Pero ¿y si este no fuera el principio en absoluto? ¿Y si nuestro universo emergiera de algo más, algo más familiar y radical a la vez? 
 
En un nuevo artículo publicado en Physical Review D, mis colegas y yo proponemos una alternativa sorprendente. Nuestros cálculos sugieren que el Big Bang no fue el comienzo de todo, sino el resultado de un colapso gravitacional que formó un agujero negro muy masivo, seguido de un rebote en su interior. 
 
Esta idea, que llamamos el universo del agujero negro, ofrece una visión radicalmente diferente de los orígenes cósmicos, aunque se basa completamente en la física y las observaciones conocidas. 
 
El modelo cosmológico estándar actual, basado en el Big Bang y la inflación cósmica (la idea de que el universo primitivo aumentó rápidamente de tamaño), ha tenido un éxito notable a la hora de explicar la estructura y la evolución del universo. Pero tiene un precio: deja sin respuesta algunas de las preguntas más fundamentales. 
 
Para empezar, el modelo del Big Bang comienza con una singularidad: un punto de densidad infinita donde las leyes de la física se descomponen. Esto no es solo un fallo técnico; es un profundo problema teórico que sugiere que no comprendemos en absoluto el origen. 
 
Para explicar la estructura a gran escala del universo, los físicos introdujeron una breve fase de rápida expansión en el universo primitivo llamada inflación cósmica, impulsada por un campo desconocido con propiedades extrañas. Posteriormente, para explicar la expansión acelerada que observamos hoy, añadieron otro componente “misterioso”: la energía oscura. 
 
En resumen, el modelo estándar de cosmología funciona bien, pero solo introduciendo nuevos ingredientes que nunca hemos observado directamente. Mientras tanto, las preguntas más básicas siguen abiertas: ¿de dónde surgió todo? ¿Por qué empezó así? ¿Y por qué el universo es tan plano, liso y grande? 
 
Nuevo modelo. 
 
Nuestro nuevo modelo aborda estas preguntas desde una perspectiva diferente: mirando hacia dentro en lugar de hacia fuera. En lugar de partir de un universo en expansión e intentar rastrear su origen, consideramos qué ocurre cuando una acumulación excesiva de materia colapsa bajo la gravedad. 
 
Este es un proceso conocido: las estrellas colapsan en agujeros negros, que se encuentran entre los objetos mejor comprendidos de la física. Pero lo que ocurre dentro de un agujero negro, más allá del horizonte de sucesos, del cual nada puede escapar, sigue siendo un misterio. 
 
En 1965, el físico británico Roger Penrose demostró que, en condiciones muy generales, el colapso gravitacional debe conducir a una singularidad. Este resultado, ampliado por el difunto físico británico Stephen Hawking y otros, sustenta la idea de que las singularidades, como la del Big Bang, son inevitables. 
 
La idea contribuyó a que Penrose ganara una parte del Premio Nobel de Física de 2020 e inspiró el éxito de ventas mundial de Hawking, “Breve Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros”. Pero hay una salvedad: estos “teoremas de singularidad” se basan en la “física clásica”, que describe los objetos macroscópicos ordinarios. Si incluimos los efectos de la mecánica cuántica, que rige el diminuto microcosmos de átomos y partículas, como es necesario en densidades extremas, la situación podría cambiar. 
 
En nuestro nuevo artículo, demostramos que el colapso gravitacional no tiene por qué terminar en una singularidad. Encontramos una solución analítica exacta: un resultado matemático sin aproximaciones. Nuestros cálculos muestran que, a medida que nos acercamos a la singularidad potencial, el tamaño del universo cambia en función (hiperbólica) del tiempo cósmico. 
 
Esta sencilla solución matemática describe cómo una nube de materia en colapso puede alcanzar un estado de alta densidad y luego rebotar, expandiéndose hacia una nueva fase de expansión. 
 
Pero ¿por qué los teoremas de Penrose prohíben tales resultados? Todo se debe a una regla llamada principio de exclusión cuántica, que establece que dos partículas idénticas, conocidas como fermiones, no pueden ocupar el mismo estado cuántico (como el momento angular o “espín”). 

Y demostramos que esta regla impide que las partículas en la materia que colapsa se compriman indefinidamente. Como resultado, el colapso se detiene y se revierte. El rebote no solo es posible, sino que es inevitable bajo las condiciones adecuadas. 
 
Fundamentalmente, este rebote ocurre completamente dentro del marco de la relatividad general, que se aplica a grandes escalas, como estrellas y galaxias, combinada con los principios básicos de la mecánica cuántica, sin campos exóticos, dimensiones adicionales o física especulativa requerida. 
 
Lo que emerge al otro lado del rebote es un universo notablemente parecido al nuestro. Aún más sorprendente es que el rebote produce de forma natural las dos fases separadas de expansión acelerada (inflación y energía oscura), impulsadas no por campos hipotéticos, sino por la física del rebote en sí. 
 
Predicciones comprobables 
 
Una de las fortalezas de este modelo es que hace predicciones comprobables. Predice una cantidad pequeña pero no cero de curvatura espacial positiva, lo que significa que el universo no es exactamente plano, sino ligeramente curvado, como la superficie de la Tierra. 
 
Esto es simplemente un vestigio de la pequeña sobredensidad inicial que desencadenó el colapso. Si observaciones futuras, como la misión Euclid en curso, confirman una pequeña curvatura positiva, sería un fuerte indicio de que nuestro universo surgió efectivamente de dicho rebote. También permite predecir la tasa de expansión del universo actual, algo que ya se ha verificado. 
 
Este modelo va más allá de resolver problemas técnicos de la cosmología estándar. También podría arrojar nueva luz sobre otros misterios profundos en nuestra comprensión del universo primitivo, como el origen de los agujeros negros supermasivos, la naturaleza de la materia oscura o la formación y evolución jerárquica de las galaxias. 
 
Estas preguntas serán exploradas por futuras misiones espaciales como Arrakihs, que estudiará características difusas como los halos estelares (una estructura esférica de estrellas y cúmulos globulares que rodean las galaxias) y las galaxias satélite (galaxias más pequeñas que orbitan a otras más grandes), que son difíciles de detectar con telescopios tradicionales desde la Tierra y nos ayudarán a comprender la materia oscura y la evolución de las galaxias. 
 
Estos fenómenos también podrían estar relacionados con objetos compactos relictos, como los agujeros negros, que se formaron durante la fase de colapso y sobrevivieron al rebote. 
 
El universo de agujeros negros también ofrece una nueva perspectiva sobre nuestro lugar en el cosmos. En este contexto, todo nuestro universo observable se encuentra dentro de un agujero negro formado en un universo “progenitor” mayor. 
 
No somos especiales, al igual que la Tierra no lo era en la cosmovisión geocéntrica que llevó a Galileo (el astrónomo que sugirió que la Tierra gira alrededor del Sol en los siglos XVI y XVII) a ser puesto bajo arresto domiciliario. 
 
No presenciamos el nacimiento de todo de la nada, sino la continuación de un ciclo cósmico, moldeado por la gravedad, la mecánica cuántica y las profundas interconexiones entre ellas.