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En un principio el Universo era homogéneo e isotrópico, es decir, uniforme en todas partes e igual en todas direcciones. Hoy, aunque a grandes escalas sigue siendo así, a escala local el panorama es distinto: hay cúmulos de galaxias, estrellas y planetas, es decir, ha perdido la homogeneidad y la isotropía.

¿Cómo se da esa transición? ¿Cómo pasó el Universo de un estado que es esencialmente uniforme a uno sin tales simetrías? Daniel Sudarsky Saionz, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN), lleva 10 años indagando, junto con sus colegas, algunas posibles respuestas. Y su propuesta es clara: crear una nueva veta en la física que permita comprender las inconsistencias sobre el origen de la estructura del Universo.

“Durante esta década hemos dicho que las cosas tal y como se hacen de manera usual no es totalmente correcta. Nuestra investigación ya ha empezado a tener impacto en colegas de países como Francia, Estados Unidos e India, por ejemplo”, comentó el investigador a Noticias IFUNAM a propósito de su ponencia “Gravitación, cuántica y el origen de las inhomogeneidades cosmológicas primordiales: el caso para una nueva física”, que presentó el 14 de marzo en el IFUNAM.

En algún tiempo se pensaba que la inflación (o expansión) cósmica habría generado un Universo con tales asimetrías, pero el escenario inflacionario estándar (que explica el origen de toda la estructura cósmica) no analiza ni explica a detalle la transición que sufre el Universo de un estado a otro. De manera que queda mucha incertidumbre sobre esta desviación de la simetría.

Para explicarla, los cosmólogos han mantenido un largo debate que incluye propuestas teóricas relacionadas con problemas interpretativos de la mecánica cuántica, sin embargo tampoco han podido ofrecer una solución satisfactoria al problema.

La imagen muestra las marcas que dejaron las inhomogeneidades primordiales en el fondo de radiación cósmica.

Para Sudarsky Saionz y su equipo, sin embargo, el campo de posibilidades aún no se agota. “Si la física y las ideas establecidas no pueden explicar cómo se rompe esta simetría, introduzcamos una nueva física”, dijo el investigador durante la ponencia.

Su propuesta intenta explicar la transición hacia la inhomogeneidad del Universo mediante un colapso dinámico de la función de onda autoinducido a través de un mecanismo posiblemente ligado a la gravedad cuántica.

En mecánica cuántica, este colapso se refiere a una variación abrupta en el estado de un sistema tras aplicar un proceso de medición. Desde esta área, la medición afecta al sistema; lo que acontece en el Universo tendría explicaciones ligadas a un observador que mide y mira.

“Esta es la versión que uno encuentra en la mayoría de los libros, pero existe un grupo minoritario de científicos para los cuales esto, como teoría física, no es satisfactoria. ¿Cómo es que las cosas evolucionan de manera distinta dependiendo de si yo lo mire o no?”, se cuestiona Sudarsky.

El enfoque propuesto por el investigador del ICN y su equipo retoma el trabajo del físico matemático Roger Penrose y de otros investigadores, quienes consideran modificaciones a la teoría cuántica que incluyen un colapso autónomo en el que no participan observadores.

"La manera en la que tratamos el enfoque de Penrose es asumir que en una determinada etapa en la evolución cósmica hay un salto auto inducido", explican en un reciente artículo. De esta manera establecen diversos esquemas de colapso, todos inducidos por un efecto gravitacional que rompe la simetría del estado vacío. De ahí, proponen que la mecánica cuántica estándar debe ser modificada cuando se toma en cuenta la gravedad.

Lo interesante del trabajo de Sudarsky Saionz es que sus hipótesis de esquemas de colapso no se quedan en ecuaciones sino que los analizan y desarrollan de modo que estos puedan ser comparados con datos observacionales. Debido a que hay datos que muestran las anisotropías e inhomogeneidades, el investigador puede utilizarlos para poner a prueba sus esquemas de colapso y entender de mejor forma cuál de ellos pudo haber causado la asimetría en el Cosmos.

“Todavía no se conoce cuál es la dinámica exacta que produce esto (colapso), pero por otro lado sabemos que todas las demás teorías de fuerzas en la naturaleza (electromagnética, débil, nuclear) cuando las juntamos con la mecánica cuántica se producen teorías razonables, pero con la gravitación es distinto. Aquí hay algo nuevo y podría ser un lugar natural donde podría surgir nueva física”, añadió el investigador.