Singularidad Espacio-Tiempo. El inicio del Universo.

De acuerdo a la teoría general de la relatividad, una singularidad es un punto teórico con volumen cero y densidad infinita. Es el resultado al que cualquier masa que se convierte en agujero negro tiene que colapsar. De modo informal y desde un punto de vista físico, puede definirse como una zona del espacio-tiempo donde no se puede definir alguna magnitud física relacionada con los campos gravitatorios, tales como la curvatura, u otras.

Existen varios tipos de singularidades; que pueden ser, en sus aspectos más generales;

- De coordenadas. Son el resultado de haber escogido un mal sistema de coordenadas. Algunas de estas singularidades de coordenadas sí que indican lugares físicos que sí son especiales. Por ejemplo en la métrica de Schwarzschild, la singularidad de coordenadas en r =2GM representa el horizonte de sucesos.

- Físicas. Son singularidades espaciotemporales de pleno derecho. Se diferencia en las de coordenadas porque en algunas de las contracciones del tensor de curvatura, éste diverge Rμνρλ/Rμνρλ , etc.)

Geométricamente las singularidades físicas pueden ser:

- Hipersuperficies abiertas: Este tipo de singularidad podemos encontrarlas en agujeros negros que no han conservado el momento angular como es el caso de un agujero negro de Schwarzschild o un agujero negro de Reissner-Nordstrøm.

- Hipersuperficies cerradas: Como la singularidad toroidal o en forma de anillo, que normalmente hace su aparición en agujeros negros que han conservado su momento angular, como puede ser el caso de un agujero negro de Kerr o un agujero negro de Kerr-Newman, aquí la materia, debido al giro, deja un espacio al medio formando una estructura parecida a la de una rosquilla.

Según su carácter las singularidades físicas pueden ser:

- Singularidades temporales, como la que se encuentra en un agujero de Schwarzschild en la que una partícula deja de existir por cierto instante de tiempo; dependiendo de su velocidad, las partículas rápidas tardan más en alcanzar la singularidad mientras que las más lentas desaparecen antes. Este tipo de singularidad son inevitables, ya que tarde o temprano todas las partículas deben atravesar la hipersuperficie temporal singular.

- Singularidades espaciales, como la que se encuentra en agujeros de Reissner-Nordstrom, Kerr y Kerr-Newman. Al ser hipersuperficies espaciales una partícula puede escapar de ellas y por tanto se trata de singularidades evitables.

Según la visibilidad para observadores asintóticamente inerciales alejados de la región de agujero negro (espacio-tiempo de Minkowski) éstas pueden ser:

- Singularidades desnudas: existen casos en los agujeros negros donde debido a altas cargas o velocidades de giro, la zona que rodea a la singularidad desaparece (en otras palabras el horizonte de sucesos) dejando a ésta visible en el universo que conocemos. Se supone que este caso está prohibido por la regla del censor cósmico, que establece que toda singularidad debe estar separada del espacio.

- Singularidades dentro de agujeros negros. Dicho de otro modo, la materia se comprime hasta ocupar una región inimaginablemente pequeña o singular, cuya densidad en su interior resulta infinita. Es decir que todo aquello que cae dentro del horizonte de sucesos es tragado, devorado por un punto que podríamos denominar "sin retorno", y esto es tan así que ni la luz puede escapar a este fenómeno celeste. No puede escapar porque la fuerza de la gravedad es tan grande que ni siquiera la luz viajando a 300.000 km/s lo consigue. Y según la teoría de la Relatividad de Einstein, como nada puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz, nada puede escapar.

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A nosotros nos interesan las singularidades desde el punto de vista de la astrofísica ya que a través de ellas podemos comprender como se inició nuestro universo.

Las singularidades se forman cuando se produce colapso gravitacional de estrellas macizas. El Big Bang debió ser una singularidad. Una singularidad es un lugar en el que la densidad de materia y la curvatura del espacio se hacen infinitas, y no tiene significado desde el punto de vista físico teórico.

Según la hipótesis de la censura cósmica, propuesta por el físico y matemático británico Roger Penrose, cuando se forman ese tipo de singularidades, éstas no se encuentran desnudas, en el sentido de ser visibles a observadores externos, sino que están escondidas discretamente en el interior del horizonte de un agujero negro y, por tanto, son aceptables.

Otro físico británico, Stephen Hawking, apoya la teoría de que la creación del Universo tuvo su origen a partir de una Gran Explosión o Big Bang, surgida de una singularidad o un punto de distorsión infinita del espacio y el tiempo.

En pocas palabras, al parecer el universo tuvo su origen en una singularidad.

Muchos Creyentes (Y no creyentes) piensan que en el principio era un infinito vacío silencioso y oscuro, ningún lugar se distinguía de otro lugar, ningún tiempo de otro. Y entonces apareció un punto en el que estaba comprimida una cantidad ingente de masa y ese punto explotó descomprimiéndose la masa que fue ocupando cada vez más espacio y dando lugar a polvo cósmico, estrellas, planetas y el Universo tal como hoy lo conocemos.

Esta es una explicación extremadamente sencilla y equivocada de cómo funciona la singularidad primordial y el inicio del universo. En realidad es bastante más complicado. Tan complicado que no hay manera de entenderlo intuitivamente y por ello se recurre a metáforas como la de la explosión.

En el principio, que para no complicarnos con las palabras llamaremos t=0, érase que se era la famosa singularidad original, un punto enormemente caliente e infinitamente denso en el que se concentra esa cantidad ingente de masa, pero también las dimensiones, once dimensiones, todas ellas sin desarrollar aún, con una curvatura infinita o de radio cero. Así pues, ni fuera ni antes de ese punto había nada. En realidad hablar de un fuera de ese punto ya es un contrasentido porque fuera indica una posición espacial y el único espacio era el punto mismo. Y hablar de antes también, porque el tiempo comienza con la singularidad (t=0), y no podemos hacer referencia a un tiempo anterior al comienzo del tiempo.

 Tampoco el Big Bang es una explosión como tal, además el término "Big Bang" se lo inventó Fred Hoyle en plan burlón porque no estaba de acuerdo con la expansión del Universo. Un instante muy pequeño después del t=0, del orden de diez elevado a menos cuarenta y tres segundos (sobre ese pequeño lapso no se sabe nada de lo que pasó) el Universo se estaba expandiendo, las cuatro dimensiones espacio temporales empezaron a desarrollarse, su radio de curvatura fue creciendo como crece un globo cuando le soplamos aire, la masa tuvo más espacio donde ubicarse, se fue enfriando y… bueno lo dejamos aquí. En realidad sólo quería tratar del inicio para después hablar de algunas ideas equivocadas.

Antes que nada, no me olvido de las otras siete dimensiones: no se desarrollaron, por eso para nuestro mundo habitual es como si no existieran, aunque sabemos que existen porque explican algunos comportamientos cuánticos.

Por lo tanto esta "singularidad" primordial sería:

- Un punto matemático (¿asíntota?) de dimensión nula pero de densidad y de temperatura infinitas.

- O bien sería el resultado de una fluctuación del "Vacío Cuántico" desde el cual ¡habría brotado toda la materia de nuestro universo !

La ciencia actual no puede explicar la naturaleza de esta "singularidad".

Sobre las ideas erróneas, una crítica que hacen habitualmente los creacionistas a la teoría estándar es que "de la nada nada sale". Pero el caso es que los defensores del Big Bang no dicen que el Universo saliera de la nada. Primero, no es que antes del Big Bang hubiera nada o "la nada", es que no hay un antes del Big Bang como expliqué antes. Pero además "salir" es salir de algún sitio, debe referirse a un lugar del espacio, y la nada no puede ser un lugar pues ya sería algo.

Podemos constatar que la ciencia alcanza aquí los límites de la metafísica.

Por otra parte, resulta divertido notar que cuando se plantea la cuestión del antes del Big Bang, la respuesta sale como una flecha: "¡Tal pregunta no tiene sentido! ", dicho de otra forma si usted hubiera entendido o si fuera inteligente, no haría esa pregunta (a la cual somos incapaces de contestar)...

A esta misma pregunta, San Agustín contestaba que antes de la creación, existía un Infierno para ¡los que se atrevían a plantear esta pregunta!

Otra idea errónea es la de que el Universo surgió por azar. En primer lugar, con "surgir" o "aparecer" nos encontramos con un problema similar al que nos encontrábamos con "salir". Son procesos temporales que precisan de un tiempo en el que algo no existe y un tiempo posterior en el que algo existe, pero no hay tiempo antes de existir el tiempo por tanto "surgir" no tiene sentido aplicado al Universo.

¿Existe por azar? Pero si así fuera deberíamos tener algo que nos permitiera hacer una estimación de probabilidades, cuántas hay de que exista y de que no exista. Y no tenemos nada para apoyar dicha estimación. Lo único que podemos hacer es afirmar que existe.

Por otro lado está es una pregunta por las causas del Universo: ¿Surgió por azar o lo creo Dios, Satanás, etc.? y volvemos a encontrarnos con el mismo problema. La causa debe ser anterior al efecto, en este caso el efecto es el Universo, incluida su dimensión temporal y no hay un tiempo anterior al tiempo en el que pudiera existir una causa. De modo que el Universo no tiene causa, existe porque sí, como un hecho bruto.

Tal vez resulta difícil imaginar que el Universo tiene un inicio y no hay un antes, de alguna manera tenemos el hábito de preguntamos por la causa de las cosas y la respuesta "no tiene causa" puede dejarnos un poco fríos, pero la alternativa no es mucho mejor: el Universo ha existido siempre, infinitamente, es igualmente difícil de imaginar, e igualmente sin causa, pues si hubiera existido siempre no la necesitaría.

Y por cierto, también "crear" es un proceso temporal y espero que ya no haga falta explicar que el Universo no puede haber sido creado. Por tanto si consideramos a Dios creador del Universo, no hay Dios.

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Fuentes consultadas:
http://www.ldi5.com/e/astro/e_bigbang.php
http://es.wikipedia.org/wiki/Singularidad_espaciotemporal
http://esscarolillo.blogspot.com/2006/08/singularidad-original-y-big-bang.html
http://www.astromia.com/glosario/singularidad.htm

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Ver Sección: Ciencia y Tecnología

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