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Un tipo de viscosidad podría provocar el final del universo

Un estudio liderado por el matemático Marcelo Disconzi, de la Universidad Vanderbilt de EEUU, ha resuelto los problemas que parecían imposibilitar la teoría del ‘Big Rip’ (disgregación total) sobre el final del universo. La investigación analizó la influencia que tiene en la expansión cosmológica la llamada ‘viscosidad de compresión’. Señala que, en último término, dicha viscosidad empujaría al universo hacia su fin, que se calcula tendrá lugar dentro de unos 22.000 millones de años. Por Jorge Lázaro.

Un tipo de viscosidad podría provocar el final del universo

Al igual que sucede con las teorías sobre el origen del universo, donde el consenso general está a favor de la del Big Bang frente a otras propuestas alternativas, las teorías sobre el final del universo tienen una cabeza central que descolla sobre las demás: la del Big Freeze.

Esta hipótesis propone que un universo en constante expansión se enfría progresivamente, hasta alcanzar un estado de “muerte térmica”.

Si bien este escenario es para la mayoría de investigadores el más probable, no es el único. Existen otras teorías, como la del Big Crunch, básica para entender el concepto de universo oscilante ; o la del Big Rip, una de las propuestas más radicales, que ahora parece haberse fortalecido sobre las otras.

El responsable de este apoyo a la teoría es Marcelo Disconzi, profesor ayudante de Matemáticas de la Universidad Vanderbilt (EEUU) que, en colaboración con los físicos Thomas Kephart y Robert Scherrerm ha publicado  en la revista Physical Review D un estudio sobre la viscosidad de compresión que está presente en todo el universo.

Un tipo de viscosidad poco habitual

Hasta ahora, los estudios de viscosidad en el universo se centraban en la llamada viscosidad de tensión: aquella forma de viscosidad más habitual, que vemos reflejada a diario en sustancias como la mayonesa o el kétchup, y que mide la capacidad de los fluidos para pasar a través de pequeñas aberturas.

La viscosidad es un elemento necesario a la hora de estudiar las propiedades físicas del universo, pues los modelos con fluidos ideales (aquellos sin viscosidad) no se ajustan a la realidad; sin embargo, el trabajo con la viscosidad de tensión planteaba problemas con la teoría de la relatividad, pues los modelos hablaban de ciertas condiciones en que los fluidos superarían la velocidad de la luz… algo impensable según los trabajos de Einstein.

Es lo mismo que remarca Disconzi. “Es un error desastroso”, dice, “ya que está demostrado de manera experimental que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz”.

El equipo de Disconzi, Kephart y Scherrer encontró una manera de solventar estas incongruencias: una forma diferente de viscosidad, la llamada viscosidad de compresión.

Esta, a diferencia de la viscosidad de tensión, se refiere a la capacidad de un fluido para expandirse y contraerse, y si bien no es habitual encontrarla en el día a día –dado que los fluidos con que más nos topamos no tienen un gran coeficiente de expansión ni compresión–, juega un papel fundamental en las supernovas y las estrellas de neutrones.

Factor clave en la expansión del universo

No solo eso, sino que, según el estudio realizado, la viscosidad de compresión también podría tener que ver con la aceleración de la expansión del universo que hasta ahora se le atribuía a la materia oscura.

“Aunque es posible, no parece muy probable que esta viscosidad sea responsable de toda la aceleración que achacábamos a la materia oscura; sin embargo, sí que parece posible que de ella dependa buena parte de ese fenómeno”, explica Disconzi.

La responsabilidad en esa expansión lleva a un segundo punto, el más sorprendente del estudio: el papel que juega la viscosidad de compresión en la teoría del Big Rip.

Este escenario, considerado “radical” por muchos investigadores, postula un final del universo que tendrá lugar dentro de unos 22.000 millones de años, cuando toda la materia comience a disgregarse, hasta convertirse en partículas elementales y radiación.

Impulsando el ‘Big Rip’

El problema principal a que se enfrentaba la teoría era aquello conocido como “barrera fantasma ”: un punto que impedía que los parámetros de la ecuación de estado cosmológico, con el ratio entre la densidad y la presión de la materia oscura, alcanzara un valor de -1.

“Era imposible alcanzar el Big Rip con la viscosidad de tensión”, afirma Scherrer, “pero con este nuevo modelo la viscosidad es de hecho la que impulsa al universo hacia este final extremo”.

Con todo ello, el estudio alcanza un triunfo triple: resuelve las incongruencias que existían entre la existencia de la viscosidad y la relatividad general; ayuda a explicar la aceleración de la expansión del universo, que no parecía satisfactoria teniendo en cuenta tan solo la materia oscura; y soluciona los problemas más importantes a que se enfrentaba una de las grandes teorías sobre el final del universo.

Poca duda queda entre los investigadores de la necesidad de continuar con esta línea de estudio. “Marcelo ha encontrado una formulación más simple y elegante [que la de modelos anteriores], que además es matemáticamente viable y obedece a todas las leyes físicas aplicables”, concluye Scherrer.

Referencia bibliográfica:

Marcelo M. Disconzi, Thomas W. Kephart, Robert J. Scherrer. New approach to cosmological bulk viscosity. Physical Review  (2015). DOI: 10.1103/PhysRevD.91.043532.

RedacciónT21

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