Teoría del estado estacionario para niños
La teoría del estado estacionario es una teoría cosmológica propuesta a mediados del siglo XX, para dar cuenta de ciertos problemas cosmológicos. De acuerdo con esta teoría, la disminución de la densidad que produce el universo al expandirse se compensa con una creación continua de materia. Debido a que se necesita poca materia para mantener constante la densidad del universo mientras este se expande (un protón al año en cada km³ del universo), esta hipótesis no se ha podido demostrar directamente. La teoría del estado estacionario surge de la aplicación del llamado principio cosmológico perfecto, el cual sostiene que para cualquier observador, el universo debe parecer el mismo en cualquier lugar del espacio. La versión perfecta de este principio incluye el tiempo como variable por la cual el universo no solamente presenta el mismo aspecto desde cualquier punto sino también en cualquier instante de tiempo, siendo sus propiedades generales constantes tanto en el espacio como en el tiempo. El origen del universo estacionario se remonta al infinito hacia el pasado con un ritmo de expansión exponencial. El ritmo de expansión tiende a cero cuando el tiempo tiende a menos infinito.
Historia
La expansión cosmológica fue descubierta originalmente a través de las investigaciones de Edwin Hubble. Los cálculos teóricos también mostraron que el universo estático modelado por Einstein (1917) era inestable. La teoría moderna del Big Bang es aquella en la que el universo tiene una edad finita y ha evolucionado con el tiempo a través del enfriamiento, la expansión y la formación de estructuras a través del colapso gravitacional. El modelo de estado estacionario afirma que aunque el universo se expande, no cambia su apariencia con el tiempo (el principio cosmológico perfecto); el universo no tiene principio ni fin. William Duncan MacMillan, entre otros, había propuesto modelos similares anteriormente.
James Jeans, en la década de 1930, fue el primero en conjeturar una cosmología de estado estacionario basada en una hipotética creación continua de materia en el universo. La idea fue luego revisada en 1948 por Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi y otros. La teoría del estado estacionario de Bondi y Gold se inspiró en la intriga circular de la película Dead of Night, que habían visto juntos. Los cálculos teóricos mostraban que un universo estático era imposible en la relatividad general, y de las observaciones de Edwin Hubble habían mostrado que el universo se estaba expandiendo. La teoría del estado estacionario afirma que aunque el universo se está expandiendo, no obstante, no cambia su densidad, por lo que ésta permanece constante a través del tiempo. Ahora se sabe que Albert Einstein consideró un modelo de estado estacionario del universo en expansión, como se indica en un manuscrito de 1931, muchos años antes que Hoyle, Bondi y Gold. Sin embargo, rápidamente abandonó la idea.
Los problemas con esta teoría comenzaron a surgir a finales de los años de la década de 1960, cuando las evidencias observacionales empezaron a mostrar que, de hecho, el universo estaba cambiando: se encontraron quásares solo a grandes distancias, no en las galaxias más cercanas. La prueba definitiva vino con el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas en 1965, pues en un modelo estacionario, el universo ha sido siempre igual y no hay razón para que se produzca una radiación de fondo con características térmicas. Buscar una explicación requiere la existencia de partículas de longitud milimétrica en el medio intergaláctico que absorba la radiación producida por fuentes galácticas extremadamente luminosas, una hipótesis demasiado forzada.
Autores modernos
Uno de los astrónomos más destacados que no creen en la teoría del Big Bang es el indio Jayant Narlikar. A pesar del fracaso de la teoría en explicar la estructura del universo sus proponentes utilizaron aspectos de ésta para profundizar en el origen de la materia y los elementos realizando importantes descubrimientos en el campo de la nucleosíntesis estelar de elementos pesados de una mayor valoración suprainterior del coeficiente invertido.
Otro científico que conserva algunas características del estado estacionario tradicional es C. Johan Masreliez (1999) con su Expansión cósmica en escala.
En 2006 unos investigadores de Penn State University dirigidos por Abhay Ashtekar calcularon qué es lo que podría haber pasado "antes" del Big Bang usando ciertos cálculos en gravedad cuántica. Según estos autores la relatividad general puede usarse hasta poco después del Big Bang, pero se pueden hacer unas modificaciones cuánticas de las ecuaciones de Einstein de esta teoría y usarlas para desarrollar un modelo que traza una ruta hasta un universo similar al nuestro antes del Big Bang. Los resultados fueron publicados en Physical Review Letters. Según este modelo, antes del Big Bang había un universo en contracción con una geometría del espacio tiempo similar a la nuestra. Las fuerzas gravitatorias habrían previamente contraído ese universo hasta alcanzar el punto en el que las propiedades cuánticas del espacio tiempo hacen que la gravedad se torne repulsiva en lugar de atractiva, produciendo una expansión que sería nuestro Big Bang.
En enero de 2007, Peter Lynds publicó un estudio titulado «On a finite universe with no beginning or end», en el que presentó un nuevo modelo de cosmología en el cual el tiempo es cíclico y el universo se repite, exactamente, un número infinito de veces. Debido a que es exactamente el mismo ciclo el que se repite, sin embargo, también puede ser interpretado como que sucede sólo una vez en relación con el tiempo. Lynds afirma que esto resuelve diversos temas espinosos de la cosmología.
A comienzos de 2007 un nuevo modelo cosmológico demostró que el universo puede expandirse y contraerse sin fin, proporcionando un rival a las teorías del Big Bang y resolviendo un espinoso problema de la física moderna, de acuerdo con los físicos de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, haciendo posible la teoría de un universo que siempre existió.
David Crawford, de la Universidad de Sídney, con su Curvature cosmology, presentó en 2010 algunas teorías que podrían respaldar el modelo estacionario.
Wun-Yi Shu, publicó el 11 de julio de 2010 un estudio titulado “Cosmological Models with No Big Bang" sobre universo estacionario.
Las teorías de Masreliez y Crawford son controvertibles, ya que producen ambos una luz cansada como explicación del corrimiento al rojo aunque causan también dilatación del tiempo. Obviamente, abandonar la idea del Big Bang es algo que los cosmólogos harán solo si hay fuertes pruebas en contra.
En noviembre de 2010, el físico teórico Roger Penrose afirmó haber atisbado partes de un universo antes del Big Bang. Según Penrose, patrones circulares dentro del fondo de microondas cósmico sugieren que el espacio y el tiempo no empezaron a existir en el Big Bang sino que nuestro universo está, de hecho, en un ciclo continuo a lo largo de una serie de “eones”.
En abril de 2011, un nuevo estudio, recién publicado en ArXiv.org sostiene que, si realmente vivimos en un universo cíclico, que se expande y se contrae periódicamente, entonces algunos agujeros negros podrían sobrevivir de un rebote a otro, llevando consigo una valiosa información sobre etapas muy anteriores al Big Bang.
Formulación matemática
El modelo del estado estacionario puede ser encabido en el contexto de la teoría de la relatividad general modelizado un espacio-tiempo de tipo De Sitter, en el que la materia se mueve a lo largo de geodésicas temporales. Aunque Bondi y Gold (1948) no lograron formular las ecuaciones de este modelo explícitamente Pirani (1955) y Hoyle y Narlikar (1964) concluyeron que la métrica de este espacio-tiempo es una solución exacta de las ecuaciones de campo de Einstein sin constante cosmológica en las que además de materia ordinara se introduce un campo escalar con densidad de energía negativa que daría cuenta de la creación continua de materia necesaria para mantener el estado estacionario.
La métrica de este espacio tiempo se puede representar como:
Donde 
da la velocidad de expansión y de hecho está relacionada con el inverso de la constante de Hubble.
Véase también
En inglés: Steady-state model Facts for Kids
- Big Bang
- Big Crunch
- Big Freeze
- Big Rip
- Expansión del universo
- Universo oscilante
- Universo
