Puede haber grietas en el espacio-tiempo, pero los telescopios de la humanidad no pueden verlas.
Las grietas, si existen, son antiguas, restos de un tiempo poco después del Big Bang, cuando el universo acababa de pasar de un estado más cálido y extraño al más frío y familiar que vemos hoy. Ese gran enfriamiento, lo que los físicos llaman una "transición de fase", comenzó antes en algunos lugares que en otros, según la teoría. Las burbujas del universo más frío se formaron y se extendieron, floreciendo en el espacio hasta que se encontraron con otras burbujas. Finalmente, todo el espacio hizo la transición y el viejo universo desapareció.
Pero ese viejo estado de alta energía podría haber vivido en las fronteras entre las burbujas, grietas en la estructura del espacio-tiempo donde esas regiones de enfriamiento se unieron y no encajaron perfectamente. Algunos físicos pensaron que aún podríamos ver evidencia de esas grietas o defectos, conocidos como "cadenas cósmicas", en el fondo cósmico de microondas (CMB), el calor que quedaba de la aparición violenta del universo. Pero de acuerdo con un nuevo documento, esa evidencia simplemente sería demasiado débil para que cualquier telescopio pueda detectar el ruido.
Las cuerdas cósmicas son objetos difíciles de imaginar, dijo Oscar Hernández, físico de la Universidad McGill en Montreal y coautor del artículo. Pero tienen análogos en nuestro mundo.
"¿Has caminado sobre un lago congelado? ¿Has notado grietas en el hielo congelado del lago? Todavía es bastante sólido. No hay nada que temer, pero hay grietas", dijo Hernández a Live Science.
Esas grietas se forman a través de un proceso de transición de fase similar al de las cadenas cósmicas.
"El hielo es agua que ha pasado por una transición de fase", dijo. "Las moléculas de agua eran libres de moverse como un fluido, y de repente, en algún lugar, comienzan a formarse en un cristal ... Comienza a enlosarse en mosaicos, que son hexágonos. Ahora, imagine tener azulejos que son perfectos hexágonos y mosaicos con eso. Si alguien en el otro extremo del lago comienza a mosaico nuevamente, "esencialmente no hay posibilidad de que sus mosaicos se alineen".
Los lugares de encuentro imperfectos en la superficie de un lago congelado forman largas grietas. En el tejido donde el espacio y el tiempo se cruzan, forman cadenas cósmicas, si la física subyacente es correcta.
En el espacio, los investigadores creen que hay campos que determinan el comportamiento de las fuerzas y partículas fundamentales. Las transiciones de la primera fase del universo trajeron estos campos a la existencia.
"Podría haber un campo relacionado con alguna partícula que, en cierto sentido, tiene que 'elegir una dirección para congelarse y enfriarse'". Y dado que el universo es realmente grande, podría elegir diferentes direcciones en diferentes partes del universo ", dijo. "Ahora, si este campo obedece a ciertas condiciones ... entonces, cuando el universo se haya enfriado, habrá líneas de discontinuidad, habrá líneas de energía que no pueden enfriarse".
Hoy, esos puntos de encuentro aparecerían como líneas de energía infinitamente delgadas a través del espacio.
Encontrar esas cadenas cósmicas sería un gran problema porque serían otra evidencia de que la física es más grande y más complicada de lo que permite el modelo actual, dijo Hernández.
En este momento, la teoría más avanzada de la física de partículas que los investigadores creen que se ha probado de manera concluyente se conoce como el Modelo Estándar. Incluye los quarks y electrones que forman los átomos, así como partículas más exóticas como el bosón de Higgs y los neutrinos.
Sin embargo, la mayoría de los físicos creen que el modelo estándar está incompleto. Como Live Science ha informado anteriormente, hay todo tipo de ideas sobre cómo expandirse, desde partículas supersimétricas (es decir, el "stau slepton") hasta la teoría de supercuerdas: la idea de que todas las partículas y fuerzas pueden explicarse como vibraciones de pequeños , "cadenas" multidimensionales (Nota: las "cadenas" de la teoría de las supercuerdas no son el mismo tipo de cosas que las "cadenas" cósmicas. Hay pocas metáforas disponibles y, a veces, los físicos en diferentes campos reutilizan una).
"Muchas extensiones del Modelo Estándar que a la gente realmente le gusta, como muchas teorías de supercuerdas y otras, naturalmente conducen a cadenas cósmicas después de que se produce la inflación", dijo Hernández. "Entonces, lo que tenemos es un objeto predicho por muchos modelos, por lo que si no existen, todos estos modelos se descartan. Y si existen, oh Dios mío, la gente está feliz".
Desde 2017, ha habido una gran cantidad de interés en tratar de detectar cadenas en el CMB, Hernández y su coautor escribieron en su artículo, publicado el 18 de noviembre en la base de datos arXiv y aún no revisado por pares.
Hernández, junto con Razvan Ciuca del Marianopolis College en Westmount, Quebec, había argumentado en el pasado que una red neuronal convolucional, un poderoso tipo de software de búsqueda de patrones, sería la mejor herramienta para detectar evidencia de las cadenas en CMB.
Suponiendo un mapa perfecto y sin ruido del CMB, escribieron en un documento separado de 2017, una computadora que ejecuta ese tipo de red neuronal debería poder encontrar cadenas cósmicas incluso si sus niveles de energía (o "tensión") son notablemente bajos.
Pero revisando el tema en este nuevo artículo de 2019, mostraron que, en realidad, es casi imposible proporcionar datos CMB lo suficientemente limpios para que la red neuronal detecte estas posibles cadenas. Otras fuentes de microondas más brillantes oscurecen el CMB y son difíciles de desenredar por completo. Incluso los mejores instrumentos de microondas son imperfectos, con resolución limitada y fluctuaciones aleatorias en su precisión de grabación de un píxel al siguiente. Descubrieron que todos esos factores y más se suman a un nivel de pérdida de información que ningún método actual o planificado para registrar y analizar el CMB podrá superar, escribieron. Este método de caza de cuerdas cósmicas es un callejón sin salida.
Sin embargo, eso no significa que todo esté perdido, escribieron.
Un nuevo método para cazar cuerdas cósmicas se basa en mediciones de la expansión del universo en todas las direcciones a través de las partes antiguas del universo. Este método, llamado mapeo de intensidad de 21 centímetros, no se basa en estudiar los movimientos de galaxias individuales o en imágenes precisas del CMB, dijo Hernández. En cambio, se basa en mediciones de la velocidad a la que los átomos de hidrógeno se alejan de la Tierra, en promedio, en todas las partes del espacio profundo.
Los mejores observatorios para el mapeo de 21 cm (llamado así porque el hidrógeno emite energía electromagnética con una longitud de onda de 21 cm) aún no están en línea. Pero cuando llegan, escribieron los autores, hay esperanza de evidencia más clara de cadenas cósmicas en sus datos. Y luego, dijo Hernández, la caza puede comenzar de nuevo.
