En cosmología física , la cosmología fractal es un conjunto de teorías cosmológicas minoritarias que afirman que la distribución de la materia en el Universo , o la estructura del universo mismo, es un fractal en una amplia gama de escalas (ver también: sistema multifractal ). De manera más general, se relaciona con el uso o aparición de fractales en el estudio del universo y la materia . Una cuestión central en este campo es la dimensión fractal del universo o de la distribución de la materia dentro de él, cuando se mide a escalas muy grandes o muy pequeñas. [1]
El primer intento de modelar la distribución de galaxias con un patrón fractal fue realizado por Luciano Pietronero y su equipo en 1987, [2] y durante la década siguiente surgió una visión más detallada de la estructura a gran escala del universo , a medida que aumentaba el número de galaxias catalogadas. las galaxias se hicieron más grandes. Pietronero sostiene que el universo muestra un aspecto fractal definido en un rango de escala bastante amplio, con una dimensión fractal de aproximadamente 2. [3] La dimensión fractal de un objeto 3D homogéneo sería 3, y 2 para una superficie homogénea, mientras que la La dimensión fractal de una superficie fractal está entre 2 y 3.
Se ha observado que el universo es homogéneo e isotrópico (es decir, está distribuido suavemente) a escalas muy grandes, como se espera en un Big Bang estándar o en la cosmología de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker , y en la mayoría de las interpretaciones de la Materia Oscura Lambda-Fría. modelo . La interpretación científica consensuada es que el Sloan Digital Sky Survey (SDSS) sugiere que, de hecho, las cosas se suavizan por encima de los 100 megaparsecs.
Un estudio de los datos del SDSS en 2004 encontró que "El espectro de potencia no está bien caracterizado por una única ley de potencia, pero muestra inequívocamente curvatura... clavando así otro clavo más en el ataúd de la hipótesis del universo fractal y de cualquier otro modelo que prediga una potencia". -ley espectro de poder". [4] Otro análisis de galaxias rojas luminosas (LRG) en los datos del SDSS calculó la dimensión fractal de la distribución de galaxias (en una escala de 70 a 100 Mpc/ h ) en 3, consistente con la homogeneidad, pero que la dimensión fractal es 2 " hasta aproximadamente 20 h −1 Mpc". [5] En 2012, Scrimgeour et al. demostró definitivamente que la estructura a gran escala de las galaxias era homogénea más allá de una escala de alrededor de 70 Mpc/ h . [6]
En el ámbito de la teoría, la primera aparición de fractales en cosmología fue probablemente con la teoría del "Universo inflacionario caótico autoreproductor eternamente" [7] de Andrei Linde (ver teoría de la inflación caótica ) en 1986. En esta teoría, la evolución de un escalar El campo crea picos que se convierten en puntos de nucleación que hacen que áreas infladas del espacio se desarrollen en "universos burbuja", haciendo que el universo sea un fractal en las escalas más grandes. El artículo de Alan Guth de 2007 sobre "La inflación eterna y sus implicaciones" [8] muestra que esta variedad de teoría del universo inflacionario todavía se está considerando seriamente en la actualidad. Se considera ampliamente que la inflación, de una forma u otra, es nuestro mejor modelo cosmológico disponible.
Desde 1986 se han propuesto un gran número de teorías cosmológicas diferentes que presentan propiedades fractales. Mientras que la teoría de Linde muestra fractalidad a escalas probablemente mayores que el universo observable, teorías como la triangulación dinámica causal [9] y el enfoque de seguridad asintótico de la gravedad cuántica [10] son fractales en el extremo opuesto, en el reino de lo ultrapequeño cerca del universo. Escala de Planck . Estas recientes teorías de la gravedad cuántica describen una estructura fractal para el espacio-tiempo mismo y sugieren que la dimensionalidad del espacio evoluciona con el tiempo . Específicamente, sugieren que la realidad es 2D en la escala de Planck, y que el espacio-tiempo gradualmente se vuelve 4D en escalas mayores.
El matemático francés Alain Connes trabaja desde hace varios años para conciliar la relatividad general con la mecánica cuántica utilizando geometría no conmutativa . La fractalidad también surge en este enfoque de la gravedad cuántica. Un artículo de Alexander Hellemans en la edición de agosto de 2006 de Scientific American [11] cita a Connes diciendo que el siguiente paso importante hacia este objetivo es "tratar de comprender cómo el espacio con dimensiones fraccionarias se combina con la gravitación". El trabajo de Connes y el físico Carlo Rovelli [12] sugiere que el tiempo es una propiedad emergente o surge naturalmente en esta formulación, mientras que en la triangulación dinámica causal [9] elegir aquellas configuraciones donde los bloques de construcción adyacentes comparten la misma dirección en el tiempo es una parte esencial. de la "receta". Sin embargo, ambos enfoques sugieren que la estructura del espacio en sí es fractal.
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