Cosmología cíclica conforme

La cosmología cíclica conforme ( CCC ) es un modelo cosmológico ciclocósmico especulativo en el marco de la relatividad general , propuesto por el físico teórico Roger Penrose . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} En la CCC, el universo itera a través de ciclos infinitos, donde el futuro infinito temporal (el último final de cualquier escala de tiempo posible evaluada para cualquier punto en el espacio) de cada iteración anterior se identifica con la singularidad del Big Bang de la siguiente. ^{[ 4 ]} Penrose popularizó esta teoría en su libro de 2010, Ciclos del tiempo: Una nueva visión extraordinaria del universo . No ha sido aceptada por la comunidad cosmológica en general, y no existe evidencia observacional generalmente aceptada para ella.

La construcción básica de Penrose ^{[ 2 ]} consiste en conectar una secuencia numerable de espaciotiempos métricos abiertos de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW), cada uno de los cuales representa un Big Bang seguido de una expansión futura infinita. Penrose observó que el límite conforme pasado de una copia del espaciotiempo FLRW puede "unirse" al límite conforme futuro de otra, después de un reescalamiento conforme apropiado . En particular, cada métrica FLRW individual${\displaystyle g_{ab}}$se multiplica por el cuadrado de un factor conforme${\displaystyle \Omega }$que tiende a cero en el infinito temporal , comprimiendo efectivamente el futuro límite conforme a una hipersuperficie conformemente regular (que es de tipo espacial si existe una constante cosmológica positiva , como se cree actualmente). El resultado es una nueva solución a las ecuaciones de Einstein , que Penrose considera que representa todo el universo, y que se compone de una secuencia de sectores que Penrose denomina «eones». ^{[ 5 ]}

La hipótesis de la cosmología cíclica conforme requiere que todas las partículas masivas acaben desapareciendo, incluidas aquellas que se separan demasiado de las demás partículas como para aniquilarse con ellas. Como señala Penrose, la desintegración del protón es una posibilidad contemplada en diversas extensiones especulativas del Modelo Estándar , pero nunca se ha observado. Además, todos los electrones también deben desintegrarse, o perder su carga y/o masa, y ninguna especulación convencional lo contempla. ^{[ 2 ]}

En el vídeo de su discurso de aceptación del Premio Nobel, Roger Penrose moderó su requisito anterior de que no hubiera masa, a partir del minuto 26:30 del vídeo, permitiendo la presencia de algunas partículas con masa siempre que las cantidades sean insignificantes, con casi toda su energía siendo cinética y en una geometría conforme dominada por fotones. ^{[ 6 ]}

La característica significativa de esta construcción para la física de partículas es que, dado que los bosones obedecen las leyes de la teoría cuántica invariante conforme , se comportarán de la misma manera en los eones reescalados que en sus contrapartes FLRW anteriores (clásicamente, esto corresponde a la preservación de las estructuras del cono de luz bajo el reescalamiento conforme). Para tales partículas, el límite entre eones no es un límite en absoluto, sino simplemente una superficie espacial que puede atravesarse como cualquier otra. Los fermiones , por otro lado, permanecen confinados a un eón dado, proporcionando así una solución conveniente a la paradoja de la información del agujero negro ; según Penrose, los fermiones deben convertirse irreversiblemente en radiación durante la evaporación del agujero negro para preservar la suavidad del límite entre eones.

Las propiedades de curvatura de la cosmología de Penrose también resultan útiles para otros aspectos de la cosmología. En primer lugar, el límite entre eones satisface la hipótesis de curvatura de Weyl , lo que proporciona un cierto tipo de pasado de baja entropía, tal como lo exigen la hipótesis del pasado , la mecánica estadística y la observación. En segundo lugar, Penrose calculó que una cierta cantidad de radiación gravitacional debería conservarse a través del límite entre eones. Penrose sugiere que esta radiación gravitacional adicional podría ser suficiente para explicar la aceleración cósmica observada sin recurrir a un campo de energía oscura .

En 2010, Penrose y Vahe Gurzadyan publicaron una versión preliminar de un artículo que afirmaba que las observaciones del fondo cósmico de microondas (CMB) realizadas por la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP) y el experimento BOOMERanG contenían un exceso de círculos concéntricos en comparación con las simulaciones basadas en el modelo cosmológico Lambda-CDM estándar , citando una significancia de 6 sigma del resultado. ^{[ 5 ]} Sin embargo, la significancia estadística de la detección alegada ha sido cuestionada desde entonces. Tres grupos han intentado reproducir estos resultados de forma independiente, pero encontraron que la detección de las anomalías concéntricas no era estadísticamente significativa, ya que no aparecieron más círculos concéntricos en los datos que en las simulaciones Lambda-CDM. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

La razón del desacuerdo se atribuyó a un problema sobre cómo construir las simulaciones que se utilizan para determinar la significancia: los tres intentos independientes de repetir el análisis utilizaron simulaciones basadas en el modelo Lambda-CDM estándar, mientras que Penrose y Gurzadyan utilizaron un enfoque no estándar no documentado. ^{[ 11 ]}

En 2013, Gurzadyan y Penrose publicaron el desarrollo posterior de su trabajo, introduciendo un nuevo método que denominaron "procedimiento sky-twist" (no basado en simulaciones) en el que se analizan directamente los datos de WMAP; ^{[ 3 ]} en 2015, publicaron los resultados del análisis de datos de Planck que confirmaban los de WMAP, incluida la distribución inhomogénea del cielo de esas estructuras. ^{[ 12 ]}

En un artículo de 2018, los autores Daniel An, Krzysztof Antoni Meissner , Paweł Nurowski y Penrose presentaron un análisis continuo de los datos del CMB, ya que les parecía que "los puntos anómalos proporcionan una nueva e importante aportación a la cosmología, independientemente de la validez de la CCC". También sugirieron que esas anomalías podrían ser " puntos de Hawking ", señales remanentes de la " evaporación de Hawking de agujeros negros supermasivos en el eón anterior al nuestro". La versión original de su artículo afirmaba que una ubicación de modo B encontrada por el equipo BICEP2 se encontraba en uno de estos puntos de Hawking; esta afirmación se eliminó en una actualización posterior. ^{[ 13 ]} Un análisis de 2020 encontró que los "puntos de Hawking" aparentemente anómalos eran en realidad consistentes con el modelo inflacionario estándar una vez que se tiene en cuenta el efecto de búsqueda en otro lugar , argumentando así que no podían usarse como evidencia de la CCC. ^{[ 14 ]}

Las anomalías debidas a unos pocos píxeles brillantes u oscuros pueden alterar las conclusiones del análisis de los datos del CMB. El reanálisis estadístico de los datos del CMB de Planck y WMAP en 2024 no encontró círculos de baja varianza. En cuanto a los puntos de Hawking, tampoco se encontró evidencia estadísticamente significativa al usar un modelo de amplitud de temperatura gaussiana con un ángulo de apertura superior a 1 grado y después de tener en cuenta las anomalías del CMB. La ausencia de tales características distintivas en el CMB no refuta la CCC. ^{[ 15 ]}

En 2015, Gurzadyan y Penrose también analizaron la paradoja de Fermi , la aparente contradicción entre la falta de evidencia y las altas probabilidades estimadas de la existencia de civilizaciones extraterrestres. Dentro de la cosmología cíclica conforme, el fondo cósmico de microondas ofrece la posibilidad de transferencia de información de un eón a otro, incluyendo señales inteligentes dentro del concepto de panspermia de la información . ^{[ 12 ]}

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• "El universo cíclico: una conversación con Roger Penrose" Archivado el 17 de agosto de 2018 en Wayback Machine , Ideas Roadshow , 2013