Universo y singularidades: enigmas cósmicos
Dentro del vasto universo, se encuentran fenómenos extraordinarios conocidos como singularidades, como los agujeros negros o el Big Bang. Estos puntos desafían las leyes de la física y presentan un enigma intrigante. Su existencia ha sido predicha por teoremas matemáticos formulados por Roger Penrose en los años 60, reconocidos con el Premio Nobel en 2020, pero aún se desconoce gran parte de su funcionamiento y dinámica.
La cosmología moderna considera que el universo en gran escala se expande según las ecuaciones de la relatividad de Einstein, formuladas por Alexander Friedmann en 1922. Esta expansión constante, confirmada en 1929 por Edwin Hubble, implica la existencia de la singularidad del Big Bang, un punto de contracción extrema en el pasado cósmico.
Sin embargo, Friedmann supuso un universo homogéneo e isotrópico, condiciones que podrían no aplicarse cerca de la singularidad del Big Bang, invalidando sus soluciones.
Estudios del fondo cósmico revelan que, tras el Big Bang, el universo se expandió de forma casi uniforme en todas las direcciones. Pequeñas asimetrías en esta isotropía podrían afectar la dinámica cerca de la singularidad, sugiriendo un papel diferenciado para las dimensiones espaciales en nuestro cosmos.
Para abordar estas incógnitas, en los años 70, Belinski, Khalatnikov y Lifshitz plantearon la hipótesis de un desarrollo caótico del universo tras el Big Bang. Este caos cósmico, más que desorden, implica patrones complejos que modelaron nuestro cosmos actual. Más de medio siglo después, sigue siendo un rompecabezas matemático sin resolver.
Esta hipótesis sugiere que la mayoría de las singularidades presentan tres características principales: son locales, dominadas por el vacío y oscilatorias y caóticas. Estas singularidades, según la conjetura de BKL, están regidas por ecuaciones diferenciales ordinarias y se desacoplan en su evolución hacia el punto singular.
En resumen, las singularidades en el cosmos plantean un reto científico formidable, revelando un panorama evolutivo complejo que despierta curiosidad y asombro. El futuro estudio de estos enigmas matemáticos tendrá un papel crucial en la comprensión de nuestro universo.
Phillipo Lappicy es investigador Marie Curie en la Universidad Complutense de Madrid
Café y Teoremas es una sección dedicada a las matemáticas, coordinada por el Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT).
Edición y coordinación: Ágata Timón García-Longoria. Es coordinadora de la Unidad de Cultura Matemática del ICMAT.
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