Ciencias

Las ondas gravitacionales habrían hecho turbulento al Big Bang en el espacio-tiempo

El espacio-tiempo no es un medio material, pero su dinámica se asemeja a la de los fluidos. Como ellos, podría haberse vuelto turbulento, especialmente en el momento del Big Bang, cuando fue atravesado por ondas gravitacionales. Las simulaciones numéricas respaldan la existencia de este fenómeno que parece proporcionar una alternativa al escenario de inflación estándar en la cosmología primordial.

La hidrodinámica es una ciencia cuyos inicios se remontan a mucho tiempo y esto no es de extrañar dado que el flujo de agua o el comportamiento de liquidos siempre han fascinado al hombre y que los primeros ingenieros, antes Arquímedes, buscaba controlar el transporte de agua. Los diseños que Leonardo DeVinci que quedan en varios de estos cuadernos son una excelente ilustración de esta fascinación y estas preocupaciones.

De repente Michel Serres asumió un vínculo entre contemplar el comportamiento del remolino del agua y el nacimiento de la física atómica griega descrito por el famoso poema del filósofo epicúreo Lucrecia.

Pero no fue hasta las obras deEuler y Bernoulli asi ecuaciones Poderosos matemáticos están comenzando a explicar estos fenómenos. Hoy, aunque pensamos que Ecuaciones de Navier-Stokes, junto con los principios de termodinámica y para las ecuaciones deelectromagnetismo, describen casi todos los fenómenos del flujo de fluidos, aún quedan misterios por resolver en hidrodinámica.

Hay uno que ha estado muy preocupado por la fisicos y XX ingenierosy siglo (que describe el comportamiento de los océanos,atmósfera y el flujo deaire alrededor de un avión o un coche necesidad bien comprensión).

Es el turbulencia (ver sobre este asunto Clases del Premio Nobel de Física Kip Thorne)

Tanto es así que físicos del calibre de feynman y Landó abordó esto y que el propio Heisenberg pasó su tesis sobre este asunto bajo la dirección de Sommerfeld antes de ser ilustrado por sus hallazgos en física cuántica.

La turbulencia cuántica y clásica del espacio-tiempo del Big Bang

Hoy, como Futura explicó en el artículo anterior a continuación, el físico la agitación inspira a quienes buscan comprender la espuma del espacio-tiempo mencionada por Jean-Pierre Luminet en uno de sus libros anteriores. Ahora parece que incluso el ondas gravitacionales puede presentar un comportamiento similar a la turbulencia de fluidos, como físico Sebastien Galtier muestra esto cada vez más claramente con los colegas.

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Con Jason Laurie y Sergey Nazarenko lo publicó en 2020 un artículo donde se sugiere que un Tiempo espacial turbulento durante el Gran explosión Con algo minitroz negros primordiales colisionar y emitir ondas gravitacionales que alimentan esta turbulencia podría haber dado lugar a una fenómeno similar a la inflación generalmente postulado como resultado del efecto de un campo escalar, el campo inflamatorio, análogo al campo de bosón desde Bread-Englert-Higgs. O primeros resultados muestran que esta hipótesis parece compatible con los análisis de los datos de radiación fósil del misión planck.

Este año, Sébastien Galtier y Sergey Nazarenko publicaron otro trabajo en el que confirman por simulaciones numéricas lo que mostraron sus cálculos analíticos en 2017 y lo que Futura habló en el artículo anterior a continuación. Es la primera vez que este tipo de simulación ha demostrado que el comportamiento turbulento del espacio-tiempo puede surgir con ondas gravitacionales, inicialmente débiles y luego volviéndose fuertes. Esta es una motivación más para seguir explorando el modelo alternativo de inflación propuesto en 2020 y que se basa en estos fenómenos.

Sébastien Galtier exponiendo su trabajo sobre turbulencias espacio-temporales. Para obtener una traducción al francés muy precisa, haga clic en el rectángulo blanco en la esquina inferior derecha. Deben aparecer subtítulos en inglés. Luego haga clic en la tuerca a la derecha del rectángulo, luego en «Subtítulos» y finalmente en «Traducción automática». Elija «francés». © Instituto de Astrofísica de París

lo que debes recordar

  • Durante más de 60 años, los físicos han observado analogías entre la física de fluidos y la física del espacio-tiempo, lo que sugiere que puede volverse turbulento en ciertas situaciones, por ejemplo, debido a la gravedad cuántica.
  • Esta turbulencia también puede aparecer cuando las ondas gravitacionales interactúan, por ejemplo, durante el Big Bang cuando las fuerzas se separan.
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Las ondas gravitacionales habrían hecho turbulento al Big Bang en el espacio-tiempo

artículo de Laurent Sacco publicado el 27/12/2017

El espacio-tiempo no es un medio material, pero su dinámica se asemeja a la de los fluidos. Como ellos, por lo tanto, puede volverse turbulento en el momento del Big Bang o cerca de ciertos agujeros negros, en particular cuando es atravesado por ondas gravitacionales.

las ecuaciones de relatividad general son no lineal, así como los de la mecánica de fluidos, por lo que a menudo es difícil extraer predicciones. La trampa se puede superar con la ayuda deordenadores pero tienen sus limites.

De hecho, el comportamiento del espacio-tiempo y el de un fluido tienen muchos puntos en común. Por lo tanto, es posible inspirarse en la física de fluidos para abordar la física de los espaciotiempos curvos. Esto es lo que entendió el gran físico en las décadas de 1950 y 1960. John Wheeler. En particular, presentó argumentos que sugieren que el espacio-tiempo podría comportarse como un fluido turbulento con una estructura en espuma a muy pequeña escala, la de Planck, donde las distancias son del orden de 10-35 cm o menos y veces menos de 10-43 s, escalas de tiempo y espacio que se encuentran tan cerca del hipotético tiempo cero del Big Bang. Las fluctuaciones cuánticas en el espacio-tiempo cambiarían su topología, con agujeros negros virtuales microscópicos y agujeros de gusano apareciendo y desapareciendo constantemente.

Una conferencia sobre la confusión. © Misión 2000 en Francia, UTLS

Una cascada turbulenta de ondas gravitacionales.

Dos investigadores del Laboratorio de Física del Plasma (CNRS, Ecole Polytechnique, Universidad Paris-Sud, UPMC, Observatorio de París) y la Universidad de Warwick llevaron las ideas de Wheeler un paso más allá. Según su hipótesis, pueden aparecer otros aspectos de la turbulencia de fluidos, como se explica en un artículo publicado en la revista. Cartas de revisión física y disponible en arXiv.

Este trabajo es interesante en más de un aspecto, en particular por sus posibles conexiones con la correspondencia fluido-gravedad que apunta a su nariz durante algún tiempo en la física de agujeros negros. En este caso, los investigadores encontraron una nueva manifestación del equivalente de cascada turbulenta en la física de fluidos, una forma de transferencia de energía entre remolinos tamaños grandes, que tienen una gran energía cinética, y otros más pequeños que pueden absorber y disipar esa energía. Este fenómeno fue objeto de un importante trabajo hace casi un siglo, primero por el matemático británico Lewis Richardson en la década de 1920 y luego por su homólogo ruso, el mítico Andrew Kolmogorov, en la década de 1940.

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En el caso que nos ocupa, las transferencias de energía asociadas a la turbulencia espacio-temporal se producirían gracias a acoplamientos no lineales entre ondas gravitacionales de baja amplitud. Estas ondas podrían, por ejemplo, haber sido generadas por transiciones de fase en los campos cuánticos primordiales cuando las fuerzas se desunen, primero dentro de la estructura de teorías de la gran unificación (que siguen siendo hipotéticos) y al menos durante la ruptura de la simetría de la fuerza electrodébil.

Según los investigadores, este fenómeno de cascada turbulenta puede haber contribuido a homogeneizar las fluctuaciones espaciotemporales primordiales que podrían haber sido muy caóticas en la época del Big Bang. La pregunta es importante para trabajar en el radiación fósil y en la abundancia de agujeros negros primordiales, que pueden ser fósiles de los primeros momentos del cosmos observable.

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Prudencia Febo

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