Los efectos de la entropía en la teoría de los universos cíclicos

El concepto de entropía y su papel en la evolución del universo es un tema central en la física moderna. A medida que avanzamos en nuestra comprensión del cosmos, surge una pregunta: ¿qué ocurrirá con el universo en el futuro lejano? Una de las teorías que ha capturado la imaginación de los científicos es la de los universos cíclicos, la cual propone que el universo no comenzó con el Big Bang y terminará en una expansión infinita, sino que, por el contrario, pasa por ciclos continuos de expansión, contracción y renacimiento. En este contexto, la entropía juega un papel crucial.

Entropía: el motor del desorden cósmico

Para entender los efectos de la entropía en un universo cíclico, primero debemos comprender qué es la entropía. En términos sencillos, la entropía es una medida del desorden o la aleatoriedad en un sistema. Según la segunda ley de la termodinámica, la entropía de un sistema cerrado siempre tiende a aumentar con el tiempo, lo que significa que el universo se vuelve progresivamente más desordenado a medida que evoluciona.

En el contexto del cosmos, esto implica que, desde el Big Bang, el universo ha estado en un proceso de aumento de entropía. Las estrellas queman combustible, los planetas se enfrían y los sistemas se descomponen, contribuyendo al incremento general de la entropía. Si esta tendencia continúa, el universo podría alcanzar un estado de máxima entropía conocido como muerte térmica, donde toda la energía utilizable se dispersaría y no quedaría capacidad para que ocurra más trabajo físico, como la formación de estrellas o galaxias.

Teoría de los universos cíclicos: un cosmos que renace

La teoría de los universos cíclicos postula que el universo no está destinado a una expansión eterna o un colapso total, sino que pasa por una serie de ciclos que incluyen un Big Bang, una fase de expansión, una contracción (Big Crunch), y al final otro Big Bang. Según esta teoría, el universo muere y renace, sin un principio o un fin definitivo.

Uno de los modelos más destacados de esta teoría es el modelo ekpirótico, que sugiere que el universo es el resultado de colisiones entre «branas» (dimensiones extendidas) dentro de un multiverso de dimensiones superiores. Después de cada colisión, se produce un Big Bang, y el ciclo comienza de nuevo. Otro enfoque es el de Penrose y los ciclos cosmológicos conformes, que sugiere que el universo pasa por «eones», donde cada ciclo termina en un estado de alta entropía pero se transforma en un nuevo ciclo tras una expansión infinita.

El problema de la entropía en un universo cíclico

Uno de los desafíos más grandes para la viabilidad de la teoría de los universos cíclicos es el incremento de la entropía. Si cada ciclo cósmico implica un aumento en la entropía, ¿cómo es posible que el universo siga renaciendo con cada ciclo sin que el desorden alcance niveles insostenibles?

En un modelo tradicional, el universo está condenado a una acumulación de entropía en cada ciclo. Esto implicaría que, aunque el universo se pueda contraer y expandir repetidamente, cada nuevo ciclo sería más desordenado que el anterior. Al final, el universo alcanzaría un estado de muerte térmica o de entropía máxima, donde ya no sería posible ningún ciclo posterior, dado que toda la energía disponible estaría dispersa de manera uniforme.

Este problema es uno de los más debatidos en la teoría de los universos cíclicos. A medida que los ciclos avanzan, el equilibrio energético se va perdiendo, lo que plantea la pregunta de cómo un nuevo ciclo puede empezar con un estado de baja entropía similar al del Big Bang original.

Posibles soluciones: entropía y reinicio cósmico

Los científicos que apoyan la teoría de los universos cíclicos han propuesto varias soluciones a este problema. Una de ellas es la posibilidad de que, durante la fase de contracción, haya mecanismos que disminuyan o «reinicien» la entropía del universo antes de que ocurra un nuevo Big Bang. Por ejemplo, en el modelo ekpirótico, se ha sugerido que las fuerzas cuánticas o geométricas podrían reorganizar la energía y reducir la entropía antes de que el universo renazca.

Otra idea proviene de la teoría de los ciclos cosmológicos conformes de Roger Penrose. Según Penrose, el universo en expansión infinita acabaría alcanzando un estado donde la información sobre el tiempo y el espacio se disuelve, eliminando los efectos de la entropía. En este escenario, el universo podría «resetearse» de manera natural, permitiendo que un nuevo ciclo comience en un estado de baja entropía.

Evidencia observacional y retos futuros

La teoría de los universos cíclicos no solo plantea preguntas filosóficas profundas sobre el origen y el destino del cosmos, sino que también enfrenta retos en términos de evidencia observacional. Aunque el concepto es fascinante, todavía no hay pruebas directas que confirmen la existencia de ciclos cósmicos.

Sin embargo, algunas investigaciones han sugerido que ciertos patrones en el fondo cósmico de microondas (la radiación residual del Big Bang) podrían ser indicativos de un universo cíclico. Por ejemplo, Penrose ha propuesto que ciertos círculos concéntricos en esta radiación podrían ser huellas dejadas por colisiones de agujeros negros de un universo anterior.

A pesar de estos indicios, se necesitan más datos y análisis para probar o refutar la teoría de los universos cíclicos. El Telescopio Espacial James Webb y otras tecnologías emergentes podrían proporcionar nuevas herramientas para observar el universo en sus primeras etapas y ofrecer pistas sobre la viabilidad de este modelo cosmológico.