La publicación del mes del Archivo TalkOrigins: mayo de 2001

Eso es cierto. En la propuesta de túnel de Vilenkin —"creación cuántica de universos a partir de la nada"— el término "nada" no se refiere a un vacío espaciotiempo vacío, sino más bien a un estado cuántico del universo en el que "espacio" y "tiempo" no tienen un significado bien definido (y solo son conceptos clásicos aproximados).

En caso de que estés interesado, aquí hay algunos breves resúmenes de mis (limitados y sesgados) conocimientos y opiniones sobre las principales propuestas acerca de los orígenes del universo, en ningún orden en particular. Debo decir desde el principio que prácticamente todas ellas, en el mejor de los casos, son aproximaciones semiclásicas de la gravedad cuántica completa; algunas de ellas (como la inflación eterna) provienen de la gravedad clásica. También debo decir que probablemente distorsionaré mucho de esto (especialmente la cosmología cuántica). :) (Si algún experto como Steve Carlip todavía lee este grupo, por favor participa.)

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[1] COSMOLOGÍA CUÁNTICA

En este enfoque, la gente intenta evitar la necesidad de construir una teoría de gravedad cuántica recurriendo a aproximaciones. En una de ellas, en lugar de cuantizar la gravedad y buscar soluciones a esas ecuaciones, toman algunas soluciones clásicas muy simétricas —como las soluciones FLRW homogéneas que usan los cosmólogos— y cuantizan _esas_, ya que solo tienen un número finito de grados de libertad que necesitan ser cuantizados (a veces solo uno, como el radio del universo). Esta es la "aproximación de mini-superspace". Luego se hacen aproximaciones adicionales de punto de silla similares a la aproximación WKB tradicional en mecánica cuántica. Véase:

http://math.ucr.edu/home/baez/week6.html

Estas suposiciones son peligrosas. Por un lado, haces la asunción muy discutible de que puedes ignorar los detalles de cómo se cuantiza la gravedad. Por otro lado, si es una aproximación válida, podría permitirnos derivar conclusiones sólidas sobre el universo temprano que deberían ser verdaderas independientemente de los detalles de la teoría cuántica de la gravedad que acabe resultando.

No sé mucho sobre el estado actual de la cosmología cuántica, pero me encontré con esta revisión de Barvinsky (que se concentra más en problemas técnicos y conceptuales que en predicciones):

http://arXiv.org/abs/gr-qc/0101046

Una introducción más conceptual por Wiltshire es:

http://arXiv.org/abs/gr-qc/0101003

Uno de los principales problemas para la ciencia no es solo determinar cuáles son las leyes de la física, sino también cuáles eran las condiciones iniciales del universo. En un escenario de Big Bang, el espaciotiempo tiene un límite: la singularidad, y como no hay nada antes de ella, tenemos que añadir datos iniciales en el límite. Usando las leyes de la física, podemos predecir la evolución del universo, pero si no sabemos cómo comenzó, podemos evolucionar la solución hacia el futuro. ¿Existieron muchas condiciones iniciales que podrían haber llevado a lo que vemos hoy?

La mayoría de los enfoques principales sobre cosmología cuántica responden de forma sorprendente que estos problemas no son independientes: las leyes de la física dictan las condiciones iniciales. Si eso es cierto, no tenemos que preocuparnos por "por qué el universo comenzó como lo hizo" como un problema separado de "por qué las leyes de la física son como son".

La cosmología cuántica tiene mucho trabajo, pero dos de sus propuestas más conocidas dentro de la aproximación de mini-superspace son la propuesta sin frontera de Hartle-Hawking y la propuesta de túnel de Vilenkin. Son dos intentos muy distintos de resolver las aproximaciones para la "función de onda del universo" y comprender los orígenes del universo. Las discutiré por separado.

Recientemente me he encontrado con algún trabajo que me entusiasma; Bojowald ha tomado esta aproximación y la aplicó a uno de los candidatos actuales más destacados para una teoría de gravedad cuántica, la gravedad cuántica de lazos. La gravedad cuántica de lazos es más reciente y menos establecida que los enfoques tradicionales de integral de trayectoria que se han utilizado en la cosmología cuántica estándar, pero en mi opinión es actualmente el enfoque más prometedor para una relatividad general cuántica plenamente desarrollada. (La teoría de cuerdas es el otro candidato principal a la gravedad cuántica, pero modifica la relatividad general en su límite clásico.) Básicamente, creo que es más concreta y menos confusa que muchos de los cálculos más antiguos de cosmología cuántica (aunque la teoría en la que se basa aún puede tener defectos; el veredicto aún no está emitido).

http://arXiv.org/abs/gr-qc/0102069 http://arXiv.org/abs/gr-qc/0104072 http://math.ucr.edu/home/baez/week167.html

El primer artículo predice que no hubo una singularidad del Big Bang y que antes del Big Bang hubo un Big Crunch de un universo precedente. El segundo artículo predice que la solución también termina eliminando condiciones iniciales (aunque lo hace de manera muy distinta a las propuestas sin frontera o de túnel). El segundo artículo también intenta justificar por qué este cálculo debería ser más fiable que las propuestas NBP y de túnel. Concluye:

"A diferencia de todas las otras propuestas para condiciones de frontera en cosmología cuántica, nuestras condiciones iniciales dinámicas no se eligen para cumplir una intuición previa sobre la `creación' de un universo sino para derivarse de la ecuación de evolución que, a su vez, deriva de la geometría cuántica, un candidato para una teoría completa de gravedad cuántica. Por tanto, una sola ecuación proporciona tanto la ley dinámica como las condiciones iniciales ... Así, en contraste con la situación clásica, donde una singularidad conduce a impredecibilidad, en la geometría cuántica el régimen de la singularidad clásica fija ambigüedades en la función de onda de un universo."

Pero todo esto sigue siendo muy nuevo y tentativo, y la gente todavía no sabe si la aproximación o la teoría son válidas.

[2] LA PROPUESTA SIN FRONTERA

La propuesta sin frontera de Hartle-Hawking (http://prola.aps.org/abstract/PRD/v28/i12/p2960_1) intenta evitar este problema eliminando el límite. Al pasar del tiempo real al tiempo imaginario y por lo tanto del espaciotiempo lorentziano al euclídeo —más precisamente, trabajando en una aproximación que se asume dominada por espaciotiempos euclídeos— encuentran que pueden escribir una función de onda que no tiene frontera en el espaciotiempo euclídeo. La singularidad no existe en la solución de tiempo imaginario, solo en tiempo real. (Al menos, creo que aún existe en tiempo real. Es más exacto decir que, como la propuesta de Vilenkin, el espaciotiempo clásico no tiene sentido en el Big Bang, de modo que no hay una "singularidad" en el sentido de poseer una geometría espaciotemporal singular en la relatividad general.)

El punto es que ya no necesitamos especificar datos iniciales; la solución euclídea puede determinarse sin ello y luego los "datos iniciales" en tiempo real se determinan a partir de eso: los datos iniciales de tiempo real no son una cosa separada que deba introducirse a mano, sino parte de la solución. (También ocurren todo tipo de fenómenos extraños en el tiempo imaginario; en cierto modo, el Big Bang y el Big Crunch son la misma cosa.)

Acudir al tiempo imaginario probablemente parece bastante extraño, por decir lo menos, pero hay precedentes: los físicos lo hacen todo el tiempo en la teoría de campos cuánticos, parece necesario para que los cálculos cierren. (De lo contrario, las integrales no están bien definidas.) Por otro lado, matemáticamente es legítimo hacerlo; el teorema de Osterwalder-Schrader dice que es posible hacer todos los cálculos en tiempo imaginario, hacerlos allí y luego devolver las respuestas al tiempo real de una forma única. Pero la teoría de campos cuánticos se basa en espaciotiempos de fondo plano, no en el caso de la gravedad.

Ahora, este teorema puede extenderse a situaciones con espaciotiempos curvos y dinámicos (como en la relatividad general) —véase http://arXiv.org/abs/quant-ph/9904094—, pero es bastante delicado. Hawking ha sido un partidario principal de la gravedad cuántica euclídea. Pero ese enfoque ha ido perdiendo apoyo, por lo que puedo ver. Si recuerdo bien, la evidencia numérica sugería que la teoría tendría una transición de fase de primer orden en lugar de la transición de segundo orden necesaria, o algo así.

Además, algunos modelos toy en dos dimensiones sugieren que la gravedad cuántica euclídea y lorentziana son fundamentalmente diferentes (http://arXiv.org/abs/hep-th/9912267). Curiosamente, la forma en que difieren es que la teoría euclídea permite que se ramifiquen "universos bebés", mientras que la teoría lorentziana no. Esto no significa que la teoría euclídea sea incorrecta; solo que no podemos fingir que la elección entre lorentziano o euclídeo no importa. También es interesante notar que en estos modelos, la presencia de esos "universos bebés" parece provocar una enfermedad en la teoría euclídea, haciéndola dominada por geometrías de "polímero ramificado" degeneradas que arruinan el límite clásico (creo que esta es esencialmente la cuestión de la transición de fase que mencioné).

(En realidad, ha habido una cantidad considerable de trabajo sobre "universos bebés", "tercera cuantización" y "cambio de topología espacial" que probablemente sea relevante para esta lista de alternativas que estoy haciendo, pero no sé mucho al respecto.)

De todos modos, por cualquier motivo, la gravedad cuántica euclídea no se toma tan en serio como antes, por lo que esto arroja la NBP bajo una luz distinta. Pero aún así puede ser válida dentro del contexto semiclasico de la cosmología cuántica. (También, como dije antes, el trabajo de Bojowald en el marco Lorenztiano también elimina la necesidad de datos iniciales, aunque no de una manera tan exótica.)

Más sobre la función de onda de Hartle-Hawking:

http://math.ucr.edu/home/baez/week138.html

[3] LA PROPUESTA DE TÚNEL

La propuesta de Vilenkin (http://prola.aps.org/abstract/PRD/v27/i12/p2848_1, http://prola.aps.org/abstract/PRD/v30/i2/p509_1) es la que inició la idea completa de "creación cuántica de universos a partir de la nada". (Bueno, Tryon, Fomin y otros lo precedieron pero no obtuvieron mucha popularidad duradera.) Tiene al universo saliendo de túnel del estado cero de un modo algo análogo al túnel cuántico ordinario a través de un potencial. Como la NBP y la cosmología cuántica de lazos de Bojowald, la solución elimina la necesidad de condiciones iniciales, aunque no lo hace mediante la eliminación de la frontera en tiempo imaginario. (Sin embargo, no entiendo bien cómo logra hacer eso.) También carece de una singularidad del Big Bang; el "Big Bang" es un evento de túnel hacia el espaciotiempo clásico.

No sé mucho sobre ella ni sobre su estado actual, pero puedes leer la comparación propia (probablemente sesgada) de Vilenkin con otras propuestas (como la NBP) en:

http://arXiv.org/abs/gr-qc/9812027

(También menciona una solución de Linde que parece ser similar a la NBP de Hartle-Hawking en principio, pero con la rotación del tiempo euclídeo realizada de forma opuesta.)

Para ser justo, aquí hay un argumento de Bousso y Hawking: http://arXiv.org/abs/gr-qc/9608009, y la réplica de Garriga y Vilenkin, http://arXiv.org/abs/gr-qc/9609067. Hawking y Vilenkin han estado cuestionando las teorías del otro (hay más ejemplos que los citados). Realmente no tengo fundamento para juzgar quién tiene razón en este asunto.

No entiendo del todo cómo se relaciona el modelo de Vilenkin con los problemas de gravedad cuántica euclídea que mencioné respecto a la NBP. Vilenkin enfatiza que, a diferencia de su propia propuesta, la NBP tiene una suma de integral de trayectoria sobre todos los espaciotiempos _euclídeos_ (compactos). Vilenkin dice "... para hallar la función de onda semiclásica bajo la barrera, uno debe continuar analíticamente hacia la integración sobre el espacio euclídeo... entonces la integral de trayectoria está dominada por la solución euclídea de las ecuaciones clásicas de campo". Haz con eso lo que quieras.

[4] INFLACIÓN ETERNA

Esto adopta un enfoque bastante diferente para describir los orígenes de nuestro universo. Creo que la idea se debe originalmente a Linde. En la teoría inflacionaria, debido a la "desintegración del vacío falso", el universo puede expandirse rápidamente a una tasa exponencial. Esto ayuda a explicar algunos rompecabezas en la cosmología estándar. Sin embargo, una implicación es que ese proceso de desintegración puede y debe ocurrir de forma aleatoria, continua y eterna. Conduce a una imagen de un "mar" de universos de burbuja o "de bolsillo" en inflación de todos los tamaños y edades; viviríamos dentro de una de esas burbujas.

Observa que esto es diferente de la verdadera creación de "universos bebés" en la gravedad cuántica, donde el espacio realmente se separa y cambia de topología; más bien, en la inflación eterna, lo que pensamos como "nuestro universo" es en realidad una región de tipo "burbuja" dentro del universo mayor real, con características físicas distintas que el "mar" circundante.

(Por otra parte, ha habido conversación sobre que universos bebés reales podrían inflarse _dentro_ de nuestro universo de "burbuja", ocultos tras horizontes de sucesos, pero esta es una predicción mucho menos robusta: depende de que la gravedad cuántica permita la creación de universos bebés, y probablemente no ocurra espontáneamente si eso es posible. La menciono como un aparte; la discusión de la inflación eterna es independiente de ello.)

Esta idea de inflación eterna es una bendición con dos caras. Puede ser capaz de proporcionar una descripción de los orígenes de nuestro universo: el "Big Bang" no fue realmente una singularidad, sino el evento en que el vacío falso se desintegró al azar y produjo la inflación de una nueva burbuja dentro del espaciotiempo. De hecho, si la inflación es correcta, la inflación eterna parece ser una consecuencia casi necesaria y, por ello, debemos tomar seriamente este escenario.

_Sin embargo_, también tiene una desventaja: no da ninguna explicación de los orígenes del universo real que contiene todas esas burbujas. Se puede argumentar que esto no es gran cosa si el objetivo es describir lo que observamos, porque lo que ocurre en el "mar" mayor es bastante irrelevante para lo que sucede dentro de nuestra burbuja. Pero muchos lo encontrarán insatisfactorio porque no cuenta toda la historia. De hecho, sugiere que no podemos saber todo: la inflación probablemente borra toda la información anterior a la nucleación de la burbuja, por lo que no podemos tener evidencia observacional de cómo era el universo del "mar" antes de nuestro evento de Big Bang.

Esto sería un golpe serio para quienes están interesados en el universo del "mar" mayor y cómo llegó a ser, pero no es una pérdida _total_. La gravedad cuántica puede predecir qué sucedería en esas circunstancias. El problema es que nunca podríamos tener _evidencia observacional_ que respalde esa predicción. En apariencia eso suena fatal para una teoría científica, pero como afirma Guth (en un trabajo que cito más abajo),

"Se cree que los universos de bolsillo distintos del nuestro son completamente inobservables, así que uno puede preguntarse si tiene algún sentido científico hablar de ellos. Yo sostengo que sí es una ciencia válida, porque estamos persiguiendo las consecuencias de una teoría para la que ya tenemos otra evidencia. Por supuesto, la teoría de inflación debe descansar en la evidencia que observamos, pero una vez que estamos convencidos por estas observaciones, entonces creo que también debemos creer sus otras implicaciones, incluso si implican afirmaciones que no pueden someterse a prueba de forma directa."

En resumen, si pudiéramos encontrar otras pruebas de la gravedad cuántica que nos hicieran confiar bastante en una teoría concreta, deberíamos estar inclinados a creer lo que esa teoría debería decirnos sobre lo que ocurrió en el "mar", aunque no podamos observar lo que allí pasó. Aun así, no es una situación ideal para la ciencia. Pero la ciencia nunca afirmó que podríamos tener evidencia experimental de todo lo que sucedió en nuestro universo.

También vale la pena mencionar que muchos esperaban que la inflación eterna eliminara la necesidad de un comienzo del universo (lo cual es problemático de justificar si no se recurre a cosas como la creación espontánea mediante túnel). La imagen es la de un universo que siempre ha existido, con nuevos universos de bolsillo nucleándose mediante efectos cuánticos de vez en cuando y con nosotros viviendo en uno de ellos.

Sin embargo, Borde y Vilenkin han demostrado que la inflación eterna quizá debería llamarse "inflación eternamente futura", ya que parece seguir siendo necesaria una singularidad inicial: el "mar" tenía una verdadera singularidad del Big Bang, aunque _nuestro_ Big Bang no era una verdadera singularidad. Por otro lado, no creo que esto sea un resultado realmente fuerte, porque es un argumento clásico. (Creo que la gente esperaba que los campos inflacionarios permitieran eludir algunos de los resultados de singularidad _clásica_ de la relatividad general —probablemente evitando las condiciones de energía— pero no lo hacen.) No sabemos si la gravedad cuántica elimina las singularidades. Guth parece pensar que probablemente no, pero creo que el asunto está menos cerrado, especialmente a la luz de trabajos preliminares como los de Bojowald.

Todas estas cuestiones se resumen en la excelente exposición de Guth,

http://arXiv.org/abs/astro-ph/0101507

Lo importante aquí es notar que la inflación eterna pudo haber ocurrido en casi cualquier escenario, con independencia de qué teoría de gravedad cuántica sea correcta, o de si pueden ocurrir singularidades del Big Bang, etc. Es en gran medida independiente de todas las demás propuestas que menciono (aunque es posible que algunas las descarten ese tipo de inflación).

[5] COSMOLOGÍA DE LA TEORÍA DE CUERDAS / M-THEORY

La teoría de cuerdas (y su "sucesora", la teoría M) es lo que muchos dirían que es el candidato principal a una teoría verdadera de gravedad cuántica. No creo que la teoría tenga una imagen acordada de los orígenes de nuestro universo, aunque estoy seguro de que hay millones de especulaciones circulando. (La teoría de cuerdas es muy flexible: una virtud porque puede explicar muchas cosas, una maldición porque puede explicar demasiadas salvo que los datos y una mejor comprensión de la dinámica constriñan las posibilidades.) Banks ofrece una discusión (http://arXiv.org/abs/hep-th/9911067) de la cosmología cuántica de la teoría M, pero la teoría no parece estar suficientemente desarrollada como para hacer predicciones sobre los orígenes del universo. (Nadie sabe hoy qué es exactamente la teoría M.)

Algunas predicciones antiguas de la teoría de cuerdas (de Brandenberger y Vafa) dicen que el universo comenzó con todas sus dimensiones enrolladas, y luego tres de ellas se desenrollaron y se expandieron. Sin embargo, eso no explica realmente el Big Bang, solo lo que sucedió después.

Aquí tienes un estudio de la cosmología de cuerdas por Brandenberger:

http://arXiv.org/abs/hep-th/0103156

La propuesta más concreta (y quizá más popular, aunque debatida fervientemente) de cosmología de cuerdas que he visto (aunque seguramente no la posición oficial de la comunidad de cuerdas, por lo que aparece por separado) que intenta dar cuenta del Big Bang es la cosmología pre-Big Bang. También existe el reciente universo ekpirótico, pero es tan nuevo y especulativo que nadie sabe si es plausible o prosperará.

Brandenberger también menciona otras cosmologías alternativas de cuerdas, como la cosmología de la teoría M heterótica (http://arXiv.org/abs/hep-th/0003256), enfoques de gas de branas y escenarios de brana-mundo. No diré nada de ellos porque nunca he leído nada sobre ellos.

[6] COSMOLOGÍA PRE-BIG BANG

Este escenario, debido a Veneziano y Gasperini, asume que el universo fue originalmente frío, simple y vacío y plano, y evolucionó de forma natural hacia un estado muy curvado culminando en un "Big Bang" sin singularidad que conduce a nuestro universo actual. (Esto es diferente de la creación cuántica de universos, donde los universos surgen de la "nada" o el estado cero; en cambio, un estado de vacío inicialmente plano empieza a "enrollarse" y producir materia debido a efectos cuánticos y crea un Big Bang.)

Pienso que este escenario tiene un universo eterno que pasa "eternamente" alcanzando la transición de Big Bang, pero quizá estoy entendiendo mal las cosas. Suena extraño que un universo pase una cantidad infinita de tiempo antes de que de repente ocurra este gran cambio (el Big Bang), pero eso no es más raro —ni menos posible— que una reversión temporal de un universo que tiene un gran cambio (el Big Bang) y luego se expande eternamente. Tienes un pasado infinito, sucede algo en algún punto y tienes un futuro infinito (o no). Cuanto más atrás en el pasado, el universo parece más vacío y más plano; cuanto más lejos en el futuro, más parece el universo la predicción clásica de cual sea el destino de nuestro universo (posiblemente una expansión eterna, pero quizá colapso).

Creo que hay algunos problemas fenomenológicos con el escenario PBB (¿puede explicar correctamente las observaciones?); si pueden resolverse se desconoce actualmente. También, la gente se ha objetado a la condición de "trivialidad asintótica del pasado" (es decir, el universo se vuelve más plano y más simple a medida que retrocedes en el tiempo hacia antes del Big Bang); es probablemente la suposición más simple, pero eso no significa que haya ocurrido realmente: sigue siendo una suposición.

Sin embargo, el escenario PBB es quizá uno de los enfoques más _conservadores_ de la cosmología de cuerdas, con las suposiciones más mínimas.

Algunas referencias:

http://www.to.infn.it/~gasperin/ http://arXiv.org/abs/hep-th/0002094

(Por cierto, ignora las habituales afirmaciones triunfalistas de la teoría de cuerdas en ese artículo de que "el único candidato para una síntesis coherente de la relatividad general (RG) y la mecánica cuántica (MQ) es la supercuerda" —muchos, si no la mayoría, de los teóricos de cuerdas tienen una visión parcial y anticuada del estado de la gravedad cuántica. Hay sin duda otros candidatos que parecen prometedores, como la gravedad cuántica de lazos—, aunque aún falta ver cuál es más precisa.)

[7] MISCELÁNEA

¡Hay muchísimas ideas! Solo mencioné algunas de las más conocidas (o al menos las que he oído). Aquí tienes un par más especulativas.

[7a] Selección natural cosmológica.

Smolin ha propuesto (http://arXiv.org/abs/gr-qc/9404011; _The Life of the Cosmos_) la "selección natural cosmológica", en la que los Big Bang son resultado de universos que se forman a partir de la creación de singularidades de agujeros negros en "universos" previos.

Esta propuesta actualmente no tiene una base teórica real: es casi pura especulación, pero es una forma interesante de evitar el principio antrópico. ¿Por qué los constantes fundamentales del universo son como son? Smolin sugiere que es porque evolucionan con el tiempo, y si los universos son productos de agujeros negros, deberían evolucionar de una manera que produzca muchos agujeros negros —y así, quizá, para producir estrellas y vida.

Incluso si esta idea en particular es incorrecta, la idea de la "autoorganización" dinámica puede persistir en otras teorías —como la teoría de cuerdas— para explicar cómo el universo llegó a ser como es, aunque no sepamos mucho sobre cómo (o si) el universo comenzó.

Cambiando de tema: hace poco apareció una nueva propuesta, el "universo ekpirótico" (http://arXiv.org/abs/hep-th/0103239), inspirada en la imagen de "mundo brana" de Randall-Sundrum (http://arXiv.org/abs/hep-th/9810155, http://arXiv.org/abs/hep-ph/9905221, http://arXiv.org/abs/hep-th/9906064) —o más bien su incorporación posterior dentro de la teoría M heterótica por Horava y Witten (http://arXiv.org/abs/hep-th/9510209, http://arXiv.org/abs/hep-th/9603142, http://arXiv.org/abs/hep-th/9711197, http://arXiv.org/abs/hep-th/9803235).

En la imagen R-S, nuestro universo de 4 dimensiones es una "brana" (o superficie) que vive dentro de un espaciotiempo de mayor dimensionalidad. (Más bien, toda la materia y los campos de gauge están atrapados en esta brana; lo único que puede salir de la brana es la gravedad. Esto es natural dentro de la física de branas D de la teoría de cuerdas.) Esto difiere de la teoría de cuerdas tradicional, en la que no estamos confinados a ninguna superficie de menor dimensión del espaciotiempo de mayor dimensión: nuestro universo aparece como 4D no porque estemos atrapados en una subsuperficie de 4D, sino porque algunas de las dimensiones espaciales están "enrolladas" pequeñas (compactificadas). No entraré en los detalles del panorama Horava-Witten en el que el escenario ekpirótico se fundamenta más directamente, porque no lo entiendo.

Los mundos brana son una alternativa a la compactificación para explicar por qué solo vemos cuatro dimensiones. Pero debe notarse que el escenario de mundos brana puede acomodarse fácilmente dentro de la teoría de cuerdas (donde se está desarrollando la mayor parte del trabajo sobre branas); basta con suponer que menos dimensiones están compactificadas, y se invoca R-S/H-W para explicar por qué no vemos las demás dimensiones no compactificadas.

En el universo ekpirótico, el espaciotiempo (ignorando las dimensiones compactificadas) es de 5 dimensiones y está delimitado por ambos lados por un par de branas planas de 4 dimensiones. Lo que percibimos como nuestro universo es una de esas branas; la otra está "oculta" porque nada puede viajar entre las branas más allá de los efectos gravitatorios, así que no la podemos ver directamente. (Esto ha conducido a cierta discusión sobre "universos sombra" en los medios.) Esta brana oculta es estándar en los modelos R-S; se usa para resolver el problema de la jerarquía y otros asuntos.

La teoría ekpirótica introduce una tercera brana de 4 dimensiones —para simplificar, lo creo; podría haber más— entre las branas fronterizas, que puede moverse "en el volumen" (en el espaciotiempo completo de "5 dimensiones"). (Alternativamente, quizá se puede prescindir de ella; es posible que una brana de volumen se "despegue" de la brana oculta.) Finalmente, choca con nuestra brana, fusionándose con ella y desencadenando (lo que percibimos en nuestro universo como) un "Big Bang".

Para mí, el escenario ekpirótico suena algo artificial: no sabemos que nuestro universo deba parecerse a esto; nada en la teoría de cuerdas sugiere que esta condición inicial deba ser probable. (Aunque si fuese así, el escenario descrito puede ocurrir si la teoría de cuerdas es correcta.) En este punto es solo una "prueba de concepto", intentando mostrar que otros alternativos son posibles.

Además, un trabajo que apareció no mucho después de esta propuesta original (http://arXiv.org/abs/hep-th/0104073) afirma que el escenario ekpirótico tiene graves problemas de ajuste fino. De modo que podría ser solo una de las numerosas ideas ingeniosas de vida corta que parecen interesantes ahora porque no ha habido tiempo para refutarlas completamente.

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En resumen: la mayoría de las propuestas sobre el origen del universo o eliminan la singularidad del Big Bang como "el origen del universo", o la hacen irrelevante. En general, o bien había algo antes del universo y (por una razón u otra) los efectos de la gravedad cuántica comenzaron a dominar y produjeron un "Big Bang", y/o los efectos cuánticos en el "Big Bang" hacen que la expresión "antes del Big Bang" no tenga realmente sentido (supone nociones clásicas de espacio y tiempo). O posiblemente había algo antes del Big Bang, y los efectos espaciales de la gravedad cuántica pura no eran los responsables del Big Bang; pudo haber sido un evento de inflación o una colisión de branas o algo, y lo que ocurrió en el universo antes de eso puede no tener relevancia para hacer predicciones sobre el universo observacional.

Las propuestas varían en su uso del conocimiento de la gravedad cuántica, desde la inflación (poca o ninguna) hasta la cosmología cuántica estándar (algo), pasando por la cosmología cuántica de lazos (intensa) y la teoría de cuerdas (depende de dónde trazas la línea entre "gravedad cuántica" y "todo lo demás" en una teoría de campo unificada, pero diría "algo" a "intenso"). Yo diría que no podemos afirmar de modo definitivo nada sobre los orígenes del "verdadero" universo —esto es, modelos donde nuestro universo es solo un subconjunto de otra cosa, así como los que lo ponen como todo— sin una teoría sólida de gravedad cuántica, aunque no sea necesario para dar cuenta del "universo observacional" y de lo que percibimos como el Big Bang.

La mayoría de estas propuestas parece bastante exótica, pero no es sorprendente; cuando mezclas la incertidumbre cuántica con nociones de espacio, tiempo y causalidad, es probable que ocurran cosas altamente contraintuitivas. Debe señalarse que la mayoría de ellas no fueron "inventadas" ad hoc para poseer las propiedades que tienen (como eliminar la necesidad de datos iniciales, eliminar la singularidad, o lo que sea); son consecuencias de extensiones naturales y a menudo conservadoras de la física conocida (aunque frecuentemente dentro de aproximaciones inciertas).

También debe señalarse, sin embargo, que hay una probabilidad bastante buena de que la evidencia observacional directa de lo que, si es que algo, ocurrió antes del Big Bang sea muy difícil o fundamentalmente imposible de obtener, al menos en el futuro cercano. (Puede llegar evidencia indirecta, pero no estaré conteniendo la respiración por evidencia directa.)

Ahora, sobre algo no relacionado con la física para talk.origins —seguro que esto es donde los teístas esperan intervenir apuntando a un "fracaso de la ciencia"— así que solo diré esto:

(1) Como Guth, no considero que sea un fracaso de la ciencia que no podamos observar algo, siempre y cuando podamos predecir que no deberíamos poder observarlo y siempre que nuestras teorías tengan otras predicciones verificadas. No hay ningún requisito en la ciencia ni en la naturaleza de que los experimentos humanos sean capaces de revelar todo sobre el universo, o de que las mentes humanas sean capaces de entender las leyes de la física, o de encontrarlas si son comprensibles. (Ni tampoco esto implica que la religión _pueda_ ofrecer estas cosas.) Si podemos comprender el universo y obtener evidencia sobre sus orígenes, es posible que simplemente seamos afortunados de vivir en un universo en el que las leyes lo permitan.

(2) Es una falsa dicotomía pensar que si una teoría científica dada no puede explicar algo o verificarse, entonces eso implica que una explicación teísta es más probable. La suposición por defecto no es "si la ciencia no puede explicarlo, [insertar religión aquí] lo explica". La suposición por defecto es "no sabemos cómo ocurrió", y debes aportar evidencia *en favor* de algo (y con suerte, pero no necesariamente, también *en contra* de alternativas competidoras) para que tenga mérito.

Ejemplo: contempla la historia repleta de cosas inexplicadas para las que inicialmente se propusieron soluciones teístas, p. ej., el clima, el origen de la vida, la formación de la Tierra, la naturaleza de los objetos astronómicos y "los cielos", etc. Las explicaciones teístas han tendido finalmente a no perdurar como cuentas de los fenómenos observados, incluso cuando no había explicación de competencia (científica o de otro tipo) durante cientos o miles de años. La mayoría de ellas han sido reemplazadas por explicaciones científicas, y aunque no todas lo hayan sido, eso no significa en modo alguno que las explicaciones teístas restantes sean probablemente correctas.

Esto se relaciona con un error común creacionista de que los "evolucionistas sin Dios" adhieren a sus teorías por algún deseo de "evitar a Dios". Además del hecho de que la mayoría de los "evolucionistas" (y posiblemente la mayoría de los cosmólogos) son probablemente cristianos, creo que si preguntas a la mayoría de los ateos, dirían que sus creencias científicas son independientes de sus creencias religiosas.

Es decir, incluso si cada teoría científica conocida fuera repentinamente falsada mañana, eso no significaría que los científicos ateos se volvieran religiosamente creyentes, porque su ateísmo tiene que ver con una *ausencia* de evidencia específica del teísmo más que con la *presencia* de una explicación científica competitiva; falsar una explicación científica no produce repentinamente nueva evidencia favorable a una explicación teísta. En ausencia de evidencia científica o teísta, el ateo volvería a la suposición por defecto de "no sé", en lugar de cambiar a una explicación teísta. Se necesitaría evidencia nueva específica a favor de una explicación teísta —y una explicación concreta y predictiva en particular— no una fórmula genérica de "los dioses crearon el universo" —para hacer eso.