La hipótesis del universo de energía cero propone que la cantidad total de energía en el universo es exactamente cero : su cantidad de energía positiva en forma de materia es exactamente cancelada por su energía negativa en forma de gravedad . [1] Algunos físicos, como Lawrence Krauss , Stephen Hawking o Alexander Vilenkin , llaman o llamaron a este estado "un universo a partir de la nada", aunque el modelo del universo de energía cero requiere tanto un campo de materia con energía positiva como un campo gravitacional con energía negativa para existir. [2] La hipótesis se discute ampliamente en fuentes populares. [3] [4] [5] Otros ejemplos de cancelación incluyen la prevalencia simétrica esperada de momentos angulares dextrógiros e levógiros de los objetos ("espín" en el sentido común), la planitud observada del universo , la prevalencia igual de cargas positivas y negativas, el espín opuesto de las partículas en la mecánica cuántica, así como las crestas y valles de las ondas electromagnéticas, entre otros posibles ejemplos en la naturaleza.
Durante la Segunda Guerra Mundial, Pascual Jordan fue el primero en sugerir que, dado que la energía positiva de la masa de una estrella y la energía negativa de su campo gravitatorio juntas pueden tener una energía total cero, la conservación de la energía no impediría que se creara una estrella mediante una transición cuántica del vacío. George Gamow contó que le planteó esta idea a Albert Einstein : «Einstein se detuvo en seco y, como estábamos cruzando una calle, varios coches tuvieron que parar para evitar atropellarnos». [6] La elaboración del concepto fue lenta, y el primer cálculo notable lo realizó Richard Feynman en 1962. [7] La primera publicación conocida sobre el tema fue en 1973, cuando Edward Tryon propuso en la revista Nature que el universo surgió de una fluctuación cuántica a gran escala de la energía del vacío , lo que dio como resultado que su masa-energía positiva se equilibrara exactamente con su energía potencial gravitatoria negativa . [4] En las décadas posteriores, el desarrollo del concepto estuvo constantemente plagado por la dependencia de las masas calculadas de la selección de los sistemas de coordenadas. En particular, surge un problema debido a la energía asociada con los sistemas de coordenadas que giran conjuntamente con todo el universo. [7] Una primera restricción se derivó en 1987 cuando Alan Guth publicó una prueba de que la energía gravitacional es negativa. [8] La cuestión del mecanismo que permite la generación de energía positiva y negativa a partir de una solución inicial nula no se comprendió, y Stephen Hawking propuso una solución ad hoc con tiempo cíclico en 1988. [9] [10]
En 1994, el desarrollo de la teoría se reanudó [11] tras la publicación de un trabajo de Nathan Rosen [12] , en el que Rosen describió un caso especial de universo cerrado. En 1995, JV Johri demostró que la energía total del universo de Rosen es cero en cualquier universo que cumpla con una métrica de Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker , y propuso un mecanismo de generación de materia impulsada por la inflación en un universo joven. [13] La solución de energía cero para el espacio de Minkowski que representa un universo observable se proporcionó en 2009. [7]
En su libro Respuestas breves a las grandes preguntas , Hawking explica:
Las leyes de la física exigen la existencia de algo llamado " energía negativa ".
Para que entiendas mejor este concepto extraño pero crucial, permíteme recurrir a una analogía sencilla. Imagina que un hombre quiere construir una colina en un terreno llano. La colina representará el universo. Para hacerla, cava un hoyo en el suelo y usa esa tierra para cavar la colina. Pero, por supuesto, no solo está haciendo una colina, sino que también está haciendo un hoyo, en efecto, una versión negativa de la colina. Lo que estaba en el hoyo se ha convertido en la colina, por lo que todo se equilibra perfectamente. Este es el principio que subyace a lo que sucedió al principio del universo. Cuando el Big Bang produjo una cantidad masiva de energía positiva, produjo simultáneamente la misma cantidad de energía negativa. De esta manera, lo positivo y lo negativo suman cero, siempre. Es otra ley de la naturaleza. Entonces, ¿dónde está toda esta energía negativa hoy en día? Está en el tercer ingrediente de nuestro recetario cósmico: en el espacio. Puede sonar extraño, pero según las leyes de la naturaleza relativas a la gravedad y el movimiento (leyes que se encuentran entre las más antiguas de la ciencia) , el espacio en sí mismo es un vasto depósito de energía negativa. Suficiente para garantizar que todo sume cero. [14]
Actualmente, no hay pruebas concluyentes de que el universo observable sea un "universo de energía cero". La energía gravitacional de la materia visible representa entre el 26 y el 37 % de la densidad total de masa-energía observada. [15] Por lo tanto, para que el concepto de "universo de energía cero" se ajuste al universo observado, son necesarios otros depósitos de energía negativa además de la gravedad de la materia bariónica. Con frecuencia se supone que estos depósitos son materia oscura . [16]
