¿Cómo sabemos qué sucedió durante el Big Bang?

Todos los datos que tenemos sobre el Big Bang provienen del fondo cósmico de microondas (CMB) que se creó unos 380.000 años después del Big Bang. A partir de ahí hemos podido calcular cómo era el Universo antes de la creación del CMB aplicando las leyes de la física, hasta la era de Planck , en la que nuestro modelo simplemente ya no funciona.

Entonces, ¿cómo sabemos (algunas cosas sobre) lo que sucedió durante/antes de la era de Planck? ¿Cómo sabemos que el Universo comenzó como un punto infinitesimal y una región del espacio no muy pequeña, pero no infinitesimalmente pequeña? Si todo lo que sabemos, incluido esto, se calculó al revés desde el CMB y nuestros cálculos dejan de funcionar en la era de Planck, ¿cómo deducimos esto?

¿Puede vincular a su fuente para estas afirmaciones, por ejemplo, que sabemos que el universo comenzó como un punto?
En realidad, no puedo recordar dónde tomé eso por primera vez, pero una simple búsqueda en Google encuentra muchas fuentes que afirman esto, como why-sci.com/big-bang , big-bang-theory.com , este libro : play.google.com/store/books/…
Creo que es una deducción lógica del hecho de que ocurrió una explosión hacia el exterior increíblemente violenta, y que esa explosión y el hecho de que la materia parece haberse originado en el mismo punto resultan ambos de un mismo evento. Por supuesto, podría estar equivocado, pero una teoría que afirma que toda la materia se juntó y luego se aceleró a la velocidad de la luz sin razón aparente no es mejor. Sin embargo, no creo que tengamos ninguna evidencia directa de esto. Es un poco como asumir que la tierra es redonda simplemente sobre la base del hecho de que ha demostrado que se curva.
Bueno, científicos como Lemaitre pudieron calcular la singularidad a partir de las ecuaciones de la relatividad general de Einstein... aunque supongo que @lemon dice que eso realmente no cuenta. Sin embargo, aparte de eso, he leído algunos de los libros de Hawking y él usa el tiempo imaginario para calcular su propuesta de "sin límites". Cuando lo vuelve a convertir al tiempo normal (es decir, algo que podemos usar en el mundo real), la singularidad reaparece.
@Neil Como cosmólogo, estoy de acuerdo en que tal teoría que afirma que la materia estuvo en el mismo punto y luego explotó hacia afuera a la velocidad de la luz no tiene sentido y probablemente sea incorrecta. Afortunadamente, eso no se parece en nada a la teoría real del Big Bang. ¡Uf! Realmente esquivamos una bala en eso.
Mucho de esto es teórico y proviene de todos los campos de la física. El CMB y la distribución y dinámica de galaxias y cúmulos en el universo ofrecen la evidencia experimental primaria
También tenga en cuenta que nuestras teorías solo pueden sugerir lo que sucedió DESPUÉS del Big Bang.
Considero que el Big Bang no es válido y viola la física básica. No hay necesidad de tal cosa para la creación de materia.
Annonymus, estoy tratando de pensar en la mejor manera de responder a esto. Hasta que pueda encontrar una respuesta buena y digna de una publicación, permítanme mencionar algunas cosas que podrían aclarar las cosas mientras tanto. La vieja teoría del big bang es la que decía que el universo era una singularidad al principio. La evidencia observacional fue que la tasa de expansión y los movimientos de las galaxias se remontan a una singularidad (singularidad de curvatura, no singularidad de agujero negro. Diferencia importante) unos 380000 años antes de que se emitiera el CMB...
Fue el CMB el que proporcionó uno de los problemas a la vieja teoría del Big Bang. Y para resolver eso, ahora involucramos la inflación en la teoría. Antes de la inflación, no decimos que el universo fuera necesariamente una singularidad. Admitimos la posibilidad de tal cosa, pero también que es posible que el universo fuera simplemente muy, muy pequeño. También existe la posibilidad de que el universo como un todo sea infinito en extensión y experimente inflación para siempre y la parte que vemos sea solo una "burbuja" del espacio donde la inflación se detuvo. A decir verdad, hay muchas teorías en competencia sobre cómo era el universo en su origen.
Si bien aún no he encontrado las palabras para responder directamente a su pregunta, vale la pena señalar que la física moderna no dice simplemente que el universo comenzó como una singularidad. Admitimos la posibilidad de esto junto con la posibilidad de muchas otras cosas. Porque, como usted señaló indirectamente, no tenemos una imagen muy clara de los tiempos extremadamente remotos.
@Overmind Lo que consideras es irrelevante para lo que es. La observación apoya el big bang. Eso es lo que dice la ciencia. Si elige no aceptar eso, a la ciencia no le importa.
Las observaciones pueden ser válidas con múltiples teorías al mismo tiempo. No hace que ninguno de ellos sea mejor que el otro. Además, las observaciones pueden ser incorrectas desde un punto de vista universal.
@Overmind Las observaciones nunca son incorrectas. Lo que observas es lo que observas. Sólo las interpretaciones y explicaciones de los mismos pueden ser incorrectas. Sin embargo, cuando una teoría predice lógica y matemáticamente que se debe observar algo específico y se observa ese algo específico, respalda la teoría. Potencialmente múltiples teorías, sí. Pero incluso si finalmente se demuestra que una teoría es incorrecta, no hace que las observaciones que la respaldaron sean incorrectas. Dicho esto, si desea sugerir una teoría alternativa válida desde el punto de vista matemático y observacional al Big Bang, sea mi invitado.
Sugerir uno aquí sería algo fuera de tema. Y hay instancias en las que la observación puede ser solo válida localmente y/o irrelevante desde una perspectiva universal.

Respuestas (2)

Esto parece ser un concepto erróneo común sobre el big bang.

En la actualidad, nuestras teorías solo pueden sugerir lo que sucedió DESPUÉS del "estallido". No podemos formular lo que ocurrió en la singularidad con nuestro conocimiento actual de la física.

En un pequeño vecindario alrededor de una singularidad del espacio-tiempo, la gravedad cuántica se vuelve importante y simplemente no tenemos idea en este momento de cómo lidiar con las singularidades relativistas generales (¡por ejemplo, los agujeros negros también!)

Cuando escuchas que los físicos hablan sobre el Big Bang, casi siempre se trata de una discusión sobre la dinámica DESPUÉS de la singularidad.

Cuando los físicos discuten lo que sucedió durante la era de Planck o en una singularidad, se trata de conjeturas completamente (muy) educadas dentro de los límites de la teoría actual (al igual que los físicos teóricos como Hawking han presentado teorías convincentes sobre algunas propiedades de los agujeros negros).

¡Espero que ayude!

Esto depende en gran medida de cómo defina "The Big Bang".
Te sigues refiriendo a "la singularidad". ¡¿Qué singularidad?!
@lemon no estoy seguro si estás siendo antagónico o serio. Si hablas en serio, una singularidad es un área del espacio-tiempo (que no depende de las coordenadas elegidas) donde el campo gravitatorio se vuelve infinito. Si está siendo antagónico, por favor, ofrezca construcción en lugar de agresión. Lo siento, pero a veces es difícil discernir el tono a través de la letra. Espero que lo entiendas :D
@WillihamTotland gracias por señalar esto y ser constructivo. :D
Además, creo que lo que significa @lemon es que las singularidades probablemente no existan en realidad, son solo momentos y lugares donde nuestras matemáticas fallan. No hay un punto dentro de un agujero negro que sea fundamentalmente distinto del espacio-tiempo, y no hay un punto de tiempo al principio del universo que sea fundamentalmente distinto; es solo que no tenemos las matemáticas para explicar exactamente lo que está pasando en estos lugares de tiempo, porque nuestras matemáticas levantan las manos con disgusto y salen furiosas.
@WillihamTotland gracias por su amable y constructiva ayuda. Siempre pensé que esa era la idea implícita detrás de las singularidades.
Lo es, pero al responder preguntas fundamentales es bueno ser explícito. :)
@WillihamTotland según al menos algunos modelos, en realidad hay un punto con el tiempo menos adecuado, en el mismo sentido, hay un punto más bajo en una parábola.
@JanDvorak Eso es interesante, sin duda. Pero parece que si implica que algunas cantidades o cualidades van al infinito, ¿esos modelos tienen que estar equivocados? Intuitivamente, de todos modos, pero me doy cuenta de que la intuición es un camino peligroso para seguir.

Conocemos algo de física que ocurrió con el universo primitivo hasta períodos de tiempo cercanos al big bang. El momento real del Big Bang no se conoce al menos empíricamente. Ese momento no ocurrió en un punto, sino que fue un proceso donde surgió el espacio-tiempo del universo observable. Este fue probablemente un evento de nucleación de burbujas similar al propuesto por Coleman y de Luccia. Un campo cuántico en un vacío de alta energía hace un túnel a través de una barrera y emerge como una "burbuja de espacio-tiempo". Se cree que esta y otras variantes relacionadas están relacionadas con los primeros momentos de la cosmología observable.

Este proceso de tunelización convierte una región del espacio-tiempo, que es un espacio-tiempo de De Sitter o un espacio-tiempo anti-de Sitter, de una con una constante cosmológica muy grande a una con una muy pequeña. Esto es similar a la desintegración radiactiva y la brecha de energía entre los dos vacíos genera partículas y radiación. El espacio-tiempo de De Sitter se está inflando rápidamente debido a una gran constante cosmológica y está asociado con el período inflacionario. Los datos de las naves espaciales WMAP y Planck han encontrado distribuciones anisotrópicas en la radiación CMB. La anisotropía temprana del universo dejó huellas en el período mucho más posterior donde terminó la fase dominada por la radiación. 380 , 000 años en la evolución del universo

Hay otras formas más recientes de cosmología inflacionaria con inflación caótica, donde la burbuja emerge de un espacio-tiempo de De Sitter "eternamente inflado" y es solo una de un número infinito de cosmologías. Es curiosamente similar en cierto modo a la vieja teoría de Hoyle-Bondi de la creación continua en una cosmología de estado estacionario. Lo que observamos como una gran explosión es solo uno de un número infinito de "eventos de creación".

Después de este período de tiempo, las predicciones con el número de quarks, donde más de tres familias aumentarían la capacidad calorífica efectiva del plasma de quarks temprano, se ajustan a solo tres familias. Otras predicciones, como la producción de deuterón y helio en los primeros tres minutos del universo, también están respaldadas por datos.

Entonces, hay formas en las que podemos observar momentos previos al evento CMB o al final del período dominado por la radiación. Se cree que la radiación en el CMB es en sí misma un detector, como la retención de huellas de ondas de gravedad producidas durante el inflado. Los modos B son huellas digitales de ondas de gravedad, y en 2014 el BICEP-2 anunció su descubrimiento. Sin embargo, la preocupación posterior con la polarización EM del polvo galáctico ha reducido la certeza experimental por debajo de 5 sigma, por lo que la búsqueda aún continúa.

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