Mapa de la alta isotropías de la radiación de fondo de microondas obtenida por el satélite WMAP, una de las evidencias que conducen al problema del horizonte.

El problema del horizonte es una dificultad de los modelos cosmológicos de tipo "Big Bang" consistente en explicar por qué nuestro universo a gran escala parece uniforme y homogéneo en cuanto a la distribución de materia y energía.

Planteamiento del problema

La dificultad surge cuando consideramos el concepto de causalidad física típico de la física clásica e incluyendo la teoría de la relatividad. En concreto, la causalidad relativista implica que nada puede viajar más rápido que la luz y, por tanto, lo acontecido en un momento dado sobre una región limitada de espacio sólo afectará a otra región alejada de esta en el futuro. Dos sucesos que no puedan estar conectados causalmente (es decir, que no puedan tener una relación causa-efecto), se dice que se encuentran en el presente.

Eso implica que lo acontecido en una pequeña región tarda un tiempo en "alcanzar" o afectar a regiones alejadas, por lo que la influencia causal entre regiones alejadas no es posible si se consideran intervalos de tiempo suficientemente cortos. Eso implica que regiones del universo primigenio situadas suficientemente alejadas unas de otras debieron evolucionar independientemente en el universo primigenio.

Como en las observaciones actuales observamos una gran homogeneidad e isotropía, esto implica que en sus momentos iniciales el universo era homogéneo e isótropo también y que regiones alejadas tendrían cantidades similares de masa y energía. Sin embargo a la luz de la causalidad relativista parece difícil de explicar como hicieron regiones muy alejadas entre sí para estar "sintonizadas" en los mismos valores de masa y energía. En particular la distribución de la radiación electromagnética de fondo en forma de microondas que llena el cosmos es tan altamente simétrica que difícilmente parece resultado de evoluciones azarosas e independientes, y parece difícil explicar como llegó a ser tan isótropa y homogénea sin "sintonizarse" en todos los puntos del universo primigenio.

El problema del horizonte puede plantearse más sintéticamente, puesto que los bordes de universo conocido u horizontes están separados unos por casi 28 mil millones de años luz y que nuestro universo tiene apenas algo menos de 14 mil millones de años de edad, como pudo ser posible que estos dos extremos que no han podido influirse causalmente en el tiempo transcurrido desde el comienzo del universo sean tan parecidos.

Si el universo es infinito y abierto no hay forma en que la radiación pueda haber viajado entre los dos horizontes para igualar los puntos calientes y los fríos creados en el Big Bang y dejar así el equilibrio térmico que hoy vemos. En términos científicos, la temperatura uniforme de la radiación de fondo es un hecho que puede ser fácilmente explicado.

Explicaciones del problema

No existe un modo sencillo de explicar esta dificultad en el marco de la teoría de la relatividad general sin recurrir a supuestos adicionales, por lo que este problema ha sido considerado a veces por los cosmólogos como un "gran dolor de cabeza". Existen varias posibles soluciones:

1. Una de las propuestas con supuestos adicionales para dar cuenta del "problema del horizonte" fue la teoría de la "inflación" propuesta por Guth y Adrei Linde. La idea consiste en suponer que el universo se expandió ultra-rápidamente por un tiempo a velocidades superlumínicas, lo cual estrictamente no viola la causalidad relativista. Sin embargo, tal como señala el astrónomo Martin Rees de la Universidad de Cambridge, persisten algunas dificultades. Una conocida declaración de Rees es que: "La inflación sería una explicación, si hubiera ocurrido" pero la dificultad adicional que crea esta propuesta es que nadie tiene idea de qué es lo que pudo hacer que ocurriera un crecimiento inflacionario de ese tipo. Así pues, la "inflación" resuelve el problema creando otro problema igualmente difícil.
2. Otra "exótica" propuesta es la teoría del universo constantemente variable (teoría de Bekenstein modificada por Barrow, Sandvik y Magueijo) la cual indica que a lo largo de la evolución del Universo desde el Big Bang hubiera habido una variación^[1] de la velocidad de la luz. La velocidad de la luz variable resolvería también el problema, pero no parece una respuesta natural ni parece haber una explicación de por qué podría haber sucedido algo así,^[2] es decir, que se desconoce como implementar esta hipótesis en la teoría de cuerdas.

Referencias

1. ↑ [1] Axxon.com.ar
2. ↑ Sobre el valor variable de las constantes físicas

Enlaces externos

• www.astroseti.org