¿Cómo sabemos lo que ocurrió durante el Big Bang?

Question

Todos los datos que tenemos sobre el Big Bang provienen del fondo cósmico de microondas (CMB) que se creó unos 380.000 años después del Big Bang. A partir de ahí hemos podido calcular cómo era el Universo antes de la creación del CMB aplicando las leyes de la física, hasta el La era de Planck en el que nuestro modelo simplemente ya no funciona.

Entonces, ¿cómo sabemos (algunas cosas sobre) lo que ocurrió durante/antes de la era de Planck? ¿Cómo sabemos que el Universo empezó siendo un punto infinitesimal y no una región del espacio muy pequeña, pero no infinitesimalmente pequeña? Si todo lo que sabemos, incluido esto, se calculó hacia atrás a partir del CMB y nuestros cálculos dejan de funcionar en la era de Planck, ¿cómo dedujimos esto?

Answer 1

Este parece ser un error común sobre el Big Bang.

En la actualidad, nuestras teorías sólo pueden sugerir lo que ocurrió DESPUÉS del "bang". No podemos formular lo que ocurrió EN la singularidad con nuestros conocimientos actuales de física.

En una pequeña zona alrededor de una singularidad del espaciotiempo, la gravedad cuántica adquiere importancia y, por el momento, no tenemos ni idea de cómo tratar las singularidades relativistas generales (por ejemplo, los agujeros negros).

Cuando los físicos hablan del Big Bang, casi siempre se refieren a la dinámica DESPUÉS de la singularidad.

Cuando los físicos discuten lo que ocurrió durante la era de Planck o en una singularidad, se trata de conjeturas (muy) fundamentadas dentro de los límites de la teoría actual (al igual que físicos teóricos como Hawking han llegado a teorías convincentes sobre algunas propiedades de los agujeros negros).

Espero que le sirva de ayuda.

Answer 2

Conocemos parte de la física que ocurrió con el universo primitivo hasta periodos de tiempo cercanos al big bang. El momento real del big bang no se conoce, al menos empíricamente. Ese momento no ocurrió puntualmente, sino que fue un proceso en el que surgió el espaciotiempo del universo observable. Probablemente se trató de un acontecimiento de nucleación de burbujas similar al propuesto por Coleman y de Luccia. Un campo cuántico en un vacío de alta energía atraviesa una barrera y emerge como una "burbuja de espaciotiempo". Se cree que ésta y otras variantes relacionadas están implicadas en los primeros momentos de la cosmología observable.

Este proceso de tunelización convierte una región del espaciotiempo, que es un espaciotiempo de Sitter o anti-de Sitter, de uno con una constante cosmológica muy grande a uno con una muy pequeña. Esto es similar a la desintegración radiactiva y la brecha energética entre las dos vacuolas genera partículas y radiación. El espaciotiempo de Sitter se infla rápidamente debido a una constante cosmológica grande y se asocia con el periodo inflacionario. Los datos de las naves espaciales WMAP y Planck han encontrado distribuciones anisotrópicas en la radiación CMB. La anisotropía temprana del universo dejó huellas en el período mucho más tardío en el que terminó la fase dominada por la radiación $380,000$ años en la evolución del universo

Existen otras formas más recientes de cosmología inflacionista con inflación caótica, en la que la burbuja surge de un espaciotiempo de Sitter "eternamente inflado" y no es más que una de un número infinito de cosmologías. Es curiosamente similar en cierto modo a la antigua teoría Hoyle-Bondi de la creación continua en una cosmología de estado estacionario. Lo que observamos como big bang es sólo uno de un número infinito de "sucesos de creación".

Después de este periodo de tiempo, las predicciones con el número de quarks, donde más de tres familias aumentarían la capacidad calorífica efectiva del plasma de quarks primitivo, se ajustan a sólo tres familias. Otras predicciones, como la producción de deuterones y helio en los tres primeros minutos del universo, también están respaldadas por los datos.

Existen entonces formas de observar momentos anteriores al evento CMB o al final del periodo dominado por la radiación. Se cree que la radiación en el CMB es en sí misma un detector propio, como el que guarda huellas de ondas gravitatorias producidas durante la inflación. Los modos B son huellas dactilares de ondas gravitatorias, y en 2014 el BICEP-2 anunció su descubrimiento. Sin embargo, la preocupación posterior por la polarización EM del polvo galáctico ha reducido la certeza experimental por debajo de 5-sigma, por lo que, en efecto, la búsqueda sigue en marcha.