¿Por qué es tan grande el universo?
La imagen superior, titulada "Agujeros Negros: Monstruos en el Espacio. Concepto Artístico", ilustra un agujero negro supermasivo con una masa de millones a miles de millones de veces la de nuestro Sol. Los agujeros negros supermasivos son objetos enormemente densos enterrados en el corazón de las galaxias. Imagen de la NASA/JPL-Caltech.
Explorar esta pregunta y otros misterios cosmológicos se ha convertido en la misión de los investigadores de Astronomía.
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Abril de 2025
POR NICK WILSON
Traducción de Profesora Lizvette Villafaña
y Rosalba Maria Torres
Confrontar los misterios del universo que intrigaron a Albert Einstein y a otros prominentes físicos teóricos durante generaciones es la misión de un equipo de estudiantes que trabajan con el profesor de física Ben Shlaer.
Shlaer trabaja con varios equipos de estudiantes y exalumnos en investigaciones sobre las incógnitas del espacio y el tiempo y cuestiones abstractas en torno a la cosmología del universo en sus inicios y su relación con el big bang, los agujeros negros y la expansión del universo.
Se están planteando cuestionamientos fundamentales sobre el universo: ¿Por qué es tan grande el universo? ¿Comenzó el universo con tan solo un big bang, de la nada? ¿O fue un rebote que implica un ciclo de expansión y colapso después de que el universo surgiera de un universo anterior que colapsó hasta hacerse extremadamente denso? ¿Pueden explicarse estos misterios según el modelo de reversión del tiempo, que prevé una expansión y un colapso continuo del universo?
“Las preguntas a las que intentamos dar respuesta se siguen planteando en este campo”, dijo Josiah Hauck, estudiante de física en su cuarto año. “Siempre me han interesado la cosmología y los agujeros negros, y ese punto en el que la física parece no aplicar, por así decirlo, y se requiere de un nivel de comprensión más profundo para encontrar respuestas.Es muy emocionante. Como investigador universitario de pregrado, nuestro estudio es una gran oportunidad, aunque pueda ser difícil de conceptualizar. Quiero desarrollar las habilidades para poder abordar un problema desde un enfoque más teórico”.
Otro estudiante investigador, Aaron Whorl, dijo que ha disfrutado del reto de los estudios, que pueden requerir de un tipo de pensamiento diferente
"Este no es un trabajo típico universitario de pregrado. Con frecuencia se hace en la escuela de posgrado y otros niveles superiores de investigación. Esta investigación pone a prueba una parte diferente del cerebro que hay que utilizar.
~Aaron Whorl,
Cal Poly investigador estudiante de física
“Este no es un trabajo típico universitario de pregrado. Con frecuencia se hace en la escuela de posgrado y otros niveles superiores de investigación”, dijo Whorl. “Esta investigación pone a prueba una parte diferente del cerebro que hay que utilizar. Empezó con mucho estudio por cuenta propia. Y el Dr. Shlaer nos enviaba artículos de revistas académicas para aprender acerca de este campo”.
Con el apoyo proporcionado por Ross and Sue Benitez Space Exploration Fund y Physics Department Student-Faculty Research Fund, Whorl participó en la investigación a tiempo completo con Shlaer el verano pasado.
En una junta de equipo que tuvo lugar en el otoño, los estudiantes y Shlaer colaboraron en la elaboración de un pizarrón lleno de fórmulas, probando teorías y cálculos que intentan demostrar y refutar modelos para responder a preguntas de cosmología.
“No existe una comprensión natural de las condiciones iniciales del universo”, afirma Shlaer. “Toda la física que hemos desarrollado es en realidad una teoría sobre cómo predecir lo que ocurre a partir de ciertas condiciones iniciales. Al permitir que el tiempo, tal y como lo percibe la gravedad, no vaya siempre en aumento, sino que disminuya y luego aumente, se imita la posibilidad de un universo en colapso que luego vuelve a expandirse. Pero el mecanismo que hace que el universo se expanda, y que se produzca el big bang, es que el propio tiempo es lo que se está revirtiendo”.
ARRIBA: Ilustración sobre la expansión acelerada del universo de Goddard Space Flight Center, el laboratorio de Imágenes Conceptuales de la NASA
Shlaer tiene previsto publicar tres artículos en revistas académicas para contribuir a la comunidad científica en los próximos meses.
En uno de ellos, en el cual participan tres estudiantes de física (Hauck, Whorl y Sanjay Sreejith), se abordan cuestiones sobre si un modelo de reversión de tiempo puede explicar la energía oscura, o la misteriosa fuerza que causa la expansión acelerada, observada en nuestro universo, de una forma más natural que otras teorías.
El trabajo de Shlaer también anticipa otras dos publicaciones en las que participarán graduados recientes de Cal Poly. Una de ellas propone lo que podría llamarse una explicación del big bang; otro equipo está utilizando este modelo para investigar la estructura interior de los agujeros negros. Estos, no son realmente agujeros, sino concentraciones masivas de materia tan densamente empaquetada que la gravedad justo debajo de su superficie, el horizonte de sucesos, es lo bastante fuerte como para impedir que escape incluso la luz.
Los equipos de Shlaer aplican un modelo de “relatividad general no-singular”, una modificación de la gravedad que no tiene singularidades, o el punto en el tiempo en el que la gravedad es tan intensa que rompe el espacio-tiempo de forma catastrófica y la densidad de la materia se vuelve infinita.
ARRIBA: Shlaer (izquierda) y Sanjay Sreejith. ABAJO A LA DERECHA: Josiah Hauck (izquierda) y Aaron Whorl. Foto de Alexis Kovacevic.
Sreejith, interesado en la teoría de cuerdas (un concepto teórico en el que las partículas físicas con puntas son sustituidas por objetos unidimensionales llamados cuerdas), tomó la clase de Introducción a la Investigación Física de Shlaer el año pasado y se sintió atraído por este alucinante campo de estudio.
“No pensaba específicamente en hacer este tipo de investigación, pero fui a hablar con el Dr. Shlaer y me involucré”, dijo Sreejith, estudiante de tercer año de doble licenciatura en física y matemáticas. “Llevamos trabajando sin descanso en estos estudios desde entonces”.
Whorl dijo que sería un honor publicar artículos en revistas científicas siendo estudiante universitario de pregrado.
Shlaer añadió: “Gracias a Marrujo Foundation, esperamos terminar estos tres proyectos con el año académico, presentando tres manuscritos a revistas para su publicación antes de que termine el año académico (aproximadamente uno por trimestre). Estoy encantado de que nuestros estudiantes tengan la oportunidad de participar en esta labor de investigación de alto nivel siendo estudiantes de pregrado”.
Investigación apoyada por: Marrujo Foundation, Ross and Sue Benitez Space Exploration Fund, Physics Department Student-Faculty Research Fund.
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