El Universo mismo puede ser antinatural

Comenzó con un enorme estallido El Universo está ahí, esperando a que lo descubras La región de formación de estrellas Sh 2 - 106 presenta un interesante conjunto de fenómenos, muchos de los cuales apuntan a ajustes finos de algún tipo. Crédito de la imagen: ESA and NASA Por Ethan Siegel, para Forbes Julio 05 de 2017 Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, no son necesariamente las de Forbes Cuando se trata del universo físico, esperamos que las cosas que obedecen las mismas leyes fundamentales se desplieguen en modas similares y sean comparables hoy día. De la misma manera, si obedecen reglas muy diferentes, esperamos que sean diferentes el uno del otro hoy. Si los aspectos del Universo que deben ser muy diferentes resultan ser similares, lo llamamos un "problema de coincidencia". Si los aspectos que esperamos sean similares resulten ser muy diferentes, lo llamamos un "problema de jerarquía". En general, estos problemas de ajuste son rompecabezas que tienen una explicación natural de por qué estas coincidencias o jerarquías existen, o tenemos que enfrentar la solución más insatisfactoria que podríamos pedir: el Universo es simplemente antinatural Concepción logarítmica de escala del artista del universo observable. ¿Podría esta imagen ser finamente sintonizado, o hay una explicación física para lo que parece ser inexplicable valores particulares? Crédito de la imagen: Wikipedia user Pablo Carlos Budassi Hay muchos ejemplos de estos problemas de ajuste en el Universo, incluyendo los hechos que: [●]El Universo tiene cantidades similares de materia oscura y energía oscura hoy, que es un problema de coincidencia. [●]El hecho de que las masas de las partículas fundamentales son ~ 10^17-10^23 órdenes de magnitud inferiores a la masa de Planck, lo que es un problema de jerarquía. [●]El hecho de que la curvatura espacial del Universo es indistinguible de 0, lo que es un problema de coincidencia. [●]El hecho de que las interacciones fuertes no presenten una infracción CP, mientras que las débiles lo hacen, es un problema de jerarquía en el que una tasa particular se suprime por un factor de mil millones o más de lo esperado. [●]Y el hecho de que la fracción de masa de neutrinos, la fracción de masa de materia normal y la fracción de masa de materia oscura están todos dentro de 2 órdenes de magnitud, otro problema de coincidencia. Es cierto que todos estos son simplemente hechos sobre el Universo. La cuestión, cuando se trata de la naturalidad, es si estos hechos tienen explicaciones o no. Mirando hacia el Universo lejano, podemos medir algunas de sus propiedades, incluyendo la tasa de expansión actual (el parámetro de Hubble) y la edad del Universo. Cuando multiplicamos esos dos números juntos, obtenemos un número adimensional que equivale a casi exactamente 1. Esa es una extraña coincidencia ... ¿o hay una explicación física para ello? Crédito de la imagen: ESA, NASA, K. Sharon (Tel Aviv University) and E. Ofek (Caltech) Es posible que estos hechos simplemente representen la forma en que el Universo es, y que no hay ninguna explicación física que lo subyace. Que las leyes, las propiedades y las constantes del Universo son simplemente lo que son, y no hay ninguna razón más profunda para ello que eso. Esto es posible, por supuesto, y nunca hay forma de descartar esto. Por otra parte, es el equivalente de renunciar a la ciencia. Aceptar que esta es la forma en que el Universo es, sin más explicación, significa un cese a las investigaciones, y un fin al intento que la ciencia puede hacer: llegar a una explicación física para el Universo físico. ¿Por qué las densidades actuales de energía oscura, materia oscura, materia normal, neutrinos y fotones caen dentro de cuatro órdenes de magnitud? En diez veces la edad del Universo, esto ni siquiera será cercano a la verdad, lo que sugiere una explicación física para esta coincidencia cósmica. Crédito de la imagen: NASA, ESA, and A. Feild (STScI) La otra opción ― que puede o no ser exitosa ― es buscar una causa para lo que parece ser un universo perfectamente afinado. Y sólo para ser claros, una causa, en este contexto, significa un conjunto de dinámicas físicas que obligan al Universo a ser de esta manera particular. Para los ejemplos anteriores: [●]Tal vez hay un mecanismo que fuerza la energía oscura a asumir el valor que tiene; [●]Tal vez hay un fenómeno de física de mayor energía que protege a las masas de las partículas del Modelo Estándar hasta sus valores de baja energía; [●]Tal vez hay un mecanismo para estirar la curvatura del Universo asintóticamente a cero; [●]Tal vez hay una nueva simetría que suprime la violación CP; [●]Y tal vez la física que da lugar a las masas de neutrinos y la materia oscura se acopla a la densidad de materia normal. Lo bueno de esta última suposición ―que hay dinámica que gobierna estas aparentes coincidencias y jerarquías― es que podemos construir modelos para probarlos. Las partículas del Modelo Estándar y sus contrapartes supersimétricas. Este intento de resolver el problema de la jerarquía para las masas de partículas predice un espectro completamente nuevo de partículas, ninguna de las cuales ha sido detectada. Los científicos que no han sido hombres blancos americanos han sido fundamentales en el desarrollo del Modelo Estándar y sus extensiones. Crédito de la imagen: Claire David Aquí es donde vienen ideas como supersimetría, inflación cósmica, la simetría Peccei-Quinn (y axiones, un candidato de materia oscura), y el mecanismo de see-saw para las masas de neutrinos. Usted mira el Universo, usted ve que es una cierta manera, y más bien que apenas acepta "éste es cómo es," usted pide, "qué pudo haber causado el Universo terminar de esta manera?" A continuación, puede probar qué tan bien sus ideas se alinean con el Universo que tenemos en otros aspectos y buscar nuevas predicciones comprobables que surjan. Fue la consideración de una serie de escenarios finamente afinados que llevaron a Alan Guth a concebir la inflación cósmica, la principal teoría del origen del Universo. Crédito de la imagen: Alan Guth’s 1979 notebook Aunque al menos una de estas ideas ha sido tremendamente exitosa - la inflación cósmica - no siempre es una línea fructífera de investigación. Algunas ideas a las que se puede llegar son teóricamente interesantes, pero no funcionan cuando se ponen a prueba. No se han descubierto partículas supersimétricas; No se encuentran axiones en las cavidades de microondas; Los experimentos de desintegración doble-beta sin neutro sin evidencia que proporcionaran evidencia para un mecanismo de see-saw no han visto tales decaimientos. Mirar un sistema finamente afinado y preguntar por qué está sintonizado de esa manera puede conducir a posibilidades interesantes, pero nada es seguro hasta que lo enfrente con el Universo en sí. Más a menudo que no, como bien puede imaginar, el Universo sacude su cabeza "no" y se niega a renunciar a sus secretos. Las fluctuaciones del espacio-tiempo en sí a escala cuántica se estiran a través del Universo durante la inflación, dando lugar a imperfecciones tanto en la densidad como en las ondas gravitatorias. Crédito de la imagen: E. Siegel, with images derived from ESA/Planck and the DoE/NASA/ NSF interagency task force on CMB research Pero la inflación es particularmente interesante cuando se trata de la cuestión de la curvatura espacial. Originalmente hubo tres problemas de ajuste que sirvieron de motivación para ello: 1. El hecho de que el Universo fue la misma temperatura exacta en todas las direcciones al 99,99% + de precisión, a pesar de que las regiones distantes no tienen tiempo para intercambiar información. (El problema del horizonte.) 2. El hecho de que el Universo se observó que tenía una curvatura espacial cero (menos del 0.25% hoy en día), a pesar de la amplia variedad de posibilidades que conducirían a un Universo habitable hoy en día. (El problema de la planeidad.) 3. Y el hecho de que no existían partículas de reliquias de alta energía que un Universo arbitrariamente caliente y denso llevaría inevitablemente a. (El monopolo, o reliquia, problema.) La forma en que funciona la inflación es que se necesita un pequeño parche del Universo donde las condiciones son las adecuadas para que la inflación comience, y luego se extiende de manera exponencial ese espacio a través del Universo. Se necesita una pequeña región conectada y se extiende sus propiedades sobre una región mucho más grande que el Universo observable de hoy. Para cuando la inflación termina y da lugar al Big Bang caliente, es indistinguible de plano. La inflación hace que el espacio se expanda exponencialmente, lo que puede resultar rápidamente en cualquier espacio curvo preexistente que aparezca plano. Crédito de la imagen: E. Siegel (L); Ned Wright’s cosmology tutorial (R) Pero la misma física que da lugar a las fluctuaciones de densidad en el Universo, que crean las semillas de la estructura cósmica a gran escala que vemos hoy, también debería dar lugar a fluctuaciones en la curvatura espacial del Universo. A medida que nuestras mediciones de la densidad del Universo mejoran y mejor, a quizás cinco dígitos significativos en lugar de 2 o 3, debemos ver que existe, de hecho, una curvatura no nula al espacio. Si es positivo o negativo, y si es 0,01% o 0,001% (o algo parecido) debe ser dependiente de las fluctuaciones cuánticas; No debe haber un ajuste fino para este valor. Las fluctuaciones cuánticas que ocurren durante la inflación se extienden realmente a través del Universo, pero también causan fluctuaciones en la densidad de energía total, dejándonos con una cantidad no cero de curvatura espacial que queda en el Universo de hoy. Crédito de la imagen: E. Siegel / Beyond the Galaxy Por supuesto, tal vez la naturaleza nos sorprenderá de nuevo. Tal vez no descubriremos ninguna curvatura espacial hasta el punto en que podamos medir. Tal vez descubriremos reliquias masivas de alta energía que no deberían existir después de todo. O tal vez nunca hubo inflación cósmica, y las sugerencias que el Universo nos dio fueron simplemente las propiedades con las que nació. El Universo no está obligado a tener una explicación de las propiedades que observamos; Aún puede resultar ser anormalmente sintonizado. Pero mientras tengamos esperanza y nuevas ideas, todavía no estamos listos para rendirnos. El Universo puede ser antinatural, pero mientras tengamos la posibilidad de que la dinámica pueda explicar lo que tenemos, hay algo que vale la pena investigar. ―――――――――――――――――――――― With a little help from Google Translate for Business