Casi todo el mundo está familiarizado con el Big Bang:la noción de que un Un universo denso explotó en el que conocemos hoy. Pero, ¿qué sabemos de lo que vino antes?

En la búsqueda para resolver varios acertijos descubiertos en la condición inicial del Big Bang, Los científicos han desarrollado una serie de teorías para describir el universo primordial, el más exitoso de los cuales, conocido como inflación cósmica, describe cómo el universo se expandió dramáticamente en tamaño en una fugaz fracción de segundo justo antes del Big Bang.

Pero a pesar de lo exitosa que ha sido la teoría inflacionaria, Las controversias han dado lugar a debates activos a lo largo de los años.

Algunos investigadores han desarrollado teorías muy diferentes para explicar los mismos resultados experimentales que han apoyado la teoría inflacionaria hasta ahora. En algunas de estas teorías, el universo primordial se estaba contrayendo en lugar de expandirse, y el Big Bang fue, por tanto, parte de un Big Bounce.

Algunos investigadores, incluido Avi Loeb, el Frank B. Baird, Profesor Jr. de Ciencias y presidente del Departamento de Astronomía:han expresado inquietudes sobre la teoría, lo que sugiere que su adaptabilidad aparentemente infinita hace que sea casi imposible de probar.

"La situación actual de la inflación es que es una idea tan flexible ... no se puede falsificar experimentalmente, Loeb dijo. siempre hay algunos modelos de inflación que pueden explicarlo ". Por lo tanto, Los experimentos solo pueden ayudar a precisar algunos detalles del modelo dentro del marco de la teoría inflacionaria, pero no puede probar la validez del marco en sí. Sin embargo, la falsabilidad debería ser un sello distintivo de cualquier teoría científica.

Ahí es donde entra Xingang Chen.

Profesor titular de astronomía, Chen y sus colaboradores durante muchos años han estado desarrollando la idea de usar algo que él llamó un "reloj estándar primordial" como una sonda del universo primordial. Junto con Loeb y Zhong-Zhi Xianyu, investigador postdoctoral en el Departamento de Física, Chen aplicó esta idea a las teorías no inflacionarias después de enterarse de un intenso debate en 2017 que cuestionó si las teorías inflacionarias hacen alguna predicción. En un artículo publicado como sugerencia del editor en Cartas de revisión física , el equipo presentó un método que puede usarse para falsificar experimentalmente la teoría inflacionaria.

En un esfuerzo por encontrar alguna característica que pueda separar la inflación de otras teorías, el equipo comenzó identificando la propiedad definitoria de las diversas teorías:la historia evolutiva del tamaño del universo primordial. "Por ejemplo, durante la inflación, por definición, el tamaño del universo crece exponencialmente, ", Dijo Xianyu." En algunas teorías alternativas, el tamaño del universo se contrae, en algunos muy lentamente y en otros muy rápido.

"Los observables convencionales que la gente ha propuesto hasta ahora tienen problemas para distinguir las diferentes teorías porque estos observables no están directamente relacionados con esta propiedad, ", continuó." Así que queríamos encontrar cuáles son los observables que se pueden vincular a esa propiedad definitoria ".

Las señales generadas por el reloj estándar primordial pueden servir para este propósito.

Ese reloj, Chen dijo:es cualquier tipo de partícula elemental masivamente pesada en el universo energético primordial. Tales partículas deberían existir en cualquier teoría, y oscilan a una frecuencia regular, muy parecido al balanceo del péndulo de un reloj.

El universo primordial no era del todo uniforme. Las fluctuaciones cuánticas se convirtieron en las semillas de la estructura a gran escala del universo actual y una fuente clave de información en la que confían los físicos para aprender sobre lo que sucedió antes del Big Bang. La teoría esbozada por Chen sugiere que los tics del reloj estándar generaron señales que se imprimieron en la estructura de esas fluctuaciones. Y debido a que los relojes estándar en diferentes universos primordiales dejarían diferentes patrones de señales, Chen dijo:pueden determinar qué teoría del universo primordial es más precisa.

"Si imaginamos que toda la información que hemos aprendido hasta ahora sobre lo que sucedió antes del Big Bang está en un rollo de fotogramas de película, luego, el reloj estándar nos dice cómo se deben reproducir estos fotogramas, "Explicó Chen." Sin ninguna información de reloj, no sabemos si la película debe reproducirse hacia adelante o hacia atrás, rápido o lento, al igual que no estamos seguros de si el universo primordial se estaba inflando o contrayendo, y qué tan rápido lo hizo. Aquí es donde radica el problema. El reloj estándar ponía marcas de tiempo en cada uno de estos fotogramas cuando la película se rodó antes del Big Bang, y nos dice de qué trata esta película ".

El equipo calculó cómo deberían verse estas señales de reloj estándar en las teorías no inflacionarias, y sugirió cómo buscarlos en observaciones astrofísicas. "Si se encontrara un patrón de señales que representa un universo en contracción, "Xianyu dijo, "falsificaría toda la teoría inflacionaria, independientemente de los modelos detallados que se construyan ".

El éxito de esta idea radica en la experimentación. "Estas señales serán muy sutiles de detectar, ", Dijo Chen." Nuestra propuesta es que debería haber algún tipo de campos masivos que hayan generado estas huellas y calculamos sus patrones, pero no sabemos qué tan grande es la amplitud general de estas señales. Puede ser que sean muy tenues y muy difíciles de detectar, eso significa que tendremos que buscar en muchos lugares diferentes.

"La radiación cósmica de fondo de microondas es un lugar, ", continuó." La distribución de las galaxias es otra. Ya hemos comenzado a buscar estas señales y ya hay algunos candidatos interesantes, pero aún necesitamos más datos ".

Esta historia se publica por cortesía de Harvard Gazette, Periódico oficial de la Universidad de Harvard. Para noticias universitarias adicionales, visite Harvard.edu.