viernes, 22 de noviembre de 2013
DESCRIPCIÓN DEL BIG BANG
En cierto modo no puede haber sido grande ya que se produjo exactamente antes del surgimiento del espacio-tiempo, habría sido el mismo big bang lo que habría generado las dimensiones desde una singularidad; tampoco es exactamente una explosión en el sentido propio del término ya que no se propagó fuera de sí mismo.
El universo en sus primeros momentos estaba lleno homogénea e isótropamente de una energía muy densa y tenía una temperatura y presión concomitantes. Se expandió y se enfrió. Un cambio de fase causó que el Universo se expandiese de forma exponencial durante un período llamado inflación cósmica.
Al pasar el tiempo, algunas regiones ligeramente más densas de la materia casi uniformemente distribuida crecieron gravitacionalmente, haciéndose más densas, formando nubes, estrellas, galaxias y el resto de las estructuras astronómicas que actualmente se observan. Los detalles de este proceso dependen de la cantidad y tipo de materia que hay en el Universo.
El Universo actual parece estar dominado por una forma misteriosa de energía conocida como energía oscura. Aproximadamente el 70 por ciento de la densidad de energía del universo actual está en esa forma. Una de las propiedades características de este componente del universo es el hecho de que provoca que la expansión del universo varíe de una relación lineal entre velocidad y distancia, haciendo que el espacio-tiempo se expanda más rápidamente que lo esperado a grandes distancias.
El universo en sus primeros momentos estaba lleno homogénea e isótropamente de una energía muy densa y tenía una temperatura y presión concomitantes. Se expandió y se enfrió. Un cambio de fase causó que el Universo se expandiese de forma exponencial durante un período llamado inflación cósmica.
Al pasar el tiempo, algunas regiones ligeramente más densas de la materia casi uniformemente distribuida crecieron gravitacionalmente, haciéndose más densas, formando nubes, estrellas, galaxias y el resto de las estructuras astronómicas que actualmente se observan. Los detalles de este proceso dependen de la cantidad y tipo de materia que hay en el Universo.
El Universo actual parece estar dominado por una forma misteriosa de energía conocida como energía oscura. Aproximadamente el 70 por ciento de la densidad de energía del universo actual está en esa forma. Una de las propiedades características de este componente del universo es el hecho de que provoca que la expansión del universo varíe de una relación lineal entre velocidad y distancia, haciendo que el espacio-tiempo se expanda más rápidamente que lo esperado a grandes distancias.
ORIGEN DE LA TEORÍA
La idea central del Big Bang es que la teoría de la relatividad general puede combinarse con las observaciones de isotropía y homogeneidad a gran escala de la distribución de galaxias y los cambios de posición entre ellas, permitiendo extrapolar las condiciones del Universo antes o después en el tiempo.
Una consecuencia de todos los modelos de Big Bang es que, en el pasado, el Universo tenía una temperatura más alta y mayor densidad y, por tanto, las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del Universo pasado. A partir de este modelo, George Gamow en 1948 pudo predecir que debería de haber evidencias de un fenómeno que más tarde sería bautizado como radiación de fondo de microondas.
Para llegar al modelo del Big Bang, muchos científicos, con diversos estudios, han ido construyendo el camino que lleva a la génesis de esta explicación. Utilizaron la teoría de la relatividad para demostrar que el universo estaba en movimiento constante, descubrieron que existían galaxias más allá de la Vía Láctea que se alejaban de nosotros, como si el Universo se expandiera constantemente, determinaron que la mayor parte de las nebulosas espirales se alejan de la Tierra; pero no llegaron a darse cuenta de las implicaciones cosmológicas de esta observación, ni tampoco del hecho de que las supuestas nebulosas eran en realidad galaxias exteriores a nuestra Vía Láctea.
Georges Lemaître propuso, sobre la base de la recesión de las nebulosas espirales, que el Universo se inició con la explosión de un átomo primigenio, lo que más tarde se denominó "Big Bang".
Hubble probó que las nebulosas espirales son galaxias y midió sus distancias observando las estrellas variables cefeidas en galaxias distantes. Descubrió que las galaxias se alejan unas de otras a velocidades directamente proporcionales a su distancia. Según el principio cosmológico, el alejamiento de las galaxias sugería que el Universo está en expansión.
Con el pasar de los años, las evidencias observacionales apoyaron la idea de que el Universo evolucionó a partir de un estado denso y caliente. Desde el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas, en 1965, ésta ha sido considerada la mejor teoría para explicar el origen y evolución del cosmos.
Gran parte del trabajo actual en cosmología trata de entender cómo se formaron las galaxias en el contexto del Big Bang, comprender lo que allí ocurrió y cotejar nuevas observaciones con la teoría fundamental.
Base teórica
En su forma actual, la teoría del Big Bang depende de tres suposiciones:
1. La universalidad de las leyes de la física, en particular de la teoría de la relatividad general
2. El principio cosmológico
3. El principio de Copérnico
Inicialmente, estas tres ideas fueron tomadas como postulados, pero actualmente se intenta verificar cada una de ellas. La universalidad de las leyes de la física ha sido verificada al nivel de las más grandes constantes físicas.
Visto así, el Big Bang no es una explosión de materia que se aleja para llenar un universo vacío; es el espacio-tiempo el que se extiende.Y es su expansión la que causa el incremento de la distancia física entre dos puntos fijos en nuestro universo.Cuando los objetos están ligados entre ellos (por ejemplo, por una galaxia), no se alejan con la expansión del espacio-tiempo, debido a que se asume que las leyes de la física que los gobiernan son uniformes e independientes del espacio métrico.
EVIDENCIAS
En general, se consideran tres las evidencias empíricas que apoyan la teoría cosmológica del Big Bang. Éstas son: la expansión del universo que se expresa en la Ley de Hubble y que se puede apreciar en el corrimiento hacia el rojo de las galaxias, las medidas detalladas del fondo cósmico de microondas, y la abundancia de elementos ligeros. Además, la función de correlación de la estructura a gran escala del Universo encaja con la teoría del Big Bang.
PROBLEMAS COMUNES
Una consecuencia de todos los modelos de Big Bang es que, en el pasado, el Universo tenía una temperatura más alta y mayor densidad y, por tanto, las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del Universo pasado. A partir de este modelo, George Gamow en 1948 pudo predecir que debería de haber evidencias de un fenómeno que más tarde sería bautizado como radiación de fondo de microondas.
Para llegar al modelo del Big Bang, muchos científicos, con diversos estudios, han ido construyendo el camino que lleva a la génesis de esta explicación. Utilizaron la teoría de la relatividad para demostrar que el universo estaba en movimiento constante, descubrieron que existían galaxias más allá de la Vía Láctea que se alejaban de nosotros, como si el Universo se expandiera constantemente, determinaron que la mayor parte de las nebulosas espirales se alejan de la Tierra; pero no llegaron a darse cuenta de las implicaciones cosmológicas de esta observación, ni tampoco del hecho de que las supuestas nebulosas eran en realidad galaxias exteriores a nuestra Vía Láctea.
Georges Lemaître propuso, sobre la base de la recesión de las nebulosas espirales, que el Universo se inició con la explosión de un átomo primigenio, lo que más tarde se denominó "Big Bang".
Hubble probó que las nebulosas espirales son galaxias y midió sus distancias observando las estrellas variables cefeidas en galaxias distantes. Descubrió que las galaxias se alejan unas de otras a velocidades directamente proporcionales a su distancia. Según el principio cosmológico, el alejamiento de las galaxias sugería que el Universo está en expansión.
Con el pasar de los años, las evidencias observacionales apoyaron la idea de que el Universo evolucionó a partir de un estado denso y caliente. Desde el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas, en 1965, ésta ha sido considerada la mejor teoría para explicar el origen y evolución del cosmos.
Gran parte del trabajo actual en cosmología trata de entender cómo se formaron las galaxias en el contexto del Big Bang, comprender lo que allí ocurrió y cotejar nuevas observaciones con la teoría fundamental.
Base teórica
En su forma actual, la teoría del Big Bang depende de tres suposiciones:
1. La universalidad de las leyes de la física, en particular de la teoría de la relatividad general
2. El principio cosmológico
3. El principio de Copérnico
Inicialmente, estas tres ideas fueron tomadas como postulados, pero actualmente se intenta verificar cada una de ellas. La universalidad de las leyes de la física ha sido verificada al nivel de las más grandes constantes físicas.
Visto así, el Big Bang no es una explosión de materia que se aleja para llenar un universo vacío; es el espacio-tiempo el que se extiende.Y es su expansión la que causa el incremento de la distancia física entre dos puntos fijos en nuestro universo.Cuando los objetos están ligados entre ellos (por ejemplo, por una galaxia), no se alejan con la expansión del espacio-tiempo, debido a que se asume que las leyes de la física que los gobiernan son uniformes e independientes del espacio métrico.
EVIDENCIAS
En general, se consideran tres las evidencias empíricas que apoyan la teoría cosmológica del Big Bang. Éstas son: la expansión del universo que se expresa en la Ley de Hubble y que se puede apreciar en el corrimiento hacia el rojo de las galaxias, las medidas detalladas del fondo cósmico de microondas, y la abundancia de elementos ligeros. Además, la función de correlación de la estructura a gran escala del Universo encaja con la teoría del Big Bang.
PROBLEMAS COMUNES
Históricamente, han surgido varios problemas dentro de la teoría del Big Bang. Algunos de ellos sólo tienen interés histórico y han sido evitados, ya sea por medio de modificaciones a la teoría o como resultado de observaciones más precisas. Existe un pequeño número de proponentes de cosmologías no estándar que piensan que no hubo Big Bang. Las partes más atacadas de la teoría incluyen lo concerniente a la materia oscura, la energía oscura y la inflación cósmica. Estos aspectos de la cosmología estándar siguen sin tener una explicación adecuada, pero la mayoría de los astrónomos y los físicos aceptan que la concordancia entre la teoría del Big Bang y la evidencia observacional es tan cercana que permite establecer con cierta seguridad casi todos los aspectos básicos de la teoría.
martes, 19 de noviembre de 2013
LA GRAN EXPLOSIÓN
Como dijimos, puede considerarse como el momento correspondiente al comienzo de todo, es decir el instante cero de un universo en estado evolutivo. Corresponde a un momento donde la densidad de la materia era infinita; una descripción de la misma es imposible y por lo tanto debemos comenzar su análisis algún instante después, en el que la densidad fuese finita, aunque extraordinariamente enorme.
¿Qué había antes?
Hasta el momento no se tiene respuesta, ni siquiera podemos inferir como comenzó; algo que sí es claro es que el universo evolucionó desde un estado muy denso y caliente, en el inicio, a otro casi vacío (mucho menos denso) y muy frío (su estado actual).
Otra evidencia es la observación de la radiación cósmica que cubre todo el espacio. En aquel momento inicial todavía no se habrían formado ni las galaxias ni las estrellas, por lo tanto esa radiación no proviene de objetos como éstos.
Otra consecuencia es la formación de elemento livianos en determinadas proporciones.
Con el paso del tiempo, al aumentar la separación entre los objetos primitivos, la atracción gravitatoria mutua habría disminuido sus correspondiente velocidades de expansión. En otras palabras, la expansión del universo no habría sido siempre igual: en el inicio habría sido más rápida que la que estamos observando actualmente; por lo tanto, se habría producido una desaceleración o frenado.
Si llegáramos a conocer cómo varían con el tiempo las dimensiones del universo, podríamos determinar cuál es el valor de la desaceleración, es decir, el modo cómo estaría frenándose la expansión.
La densidad de toda la materia que se detecta, es decir la que brilla, refleja y absorbe la luz, es alrededor de un 20% menor que la densidad que cerraría el universo. Los astrónomos piensan que una cierta cantidad de masa podría estar oculta de diferentes maneras. Una forma de que la masa pueda no ser detectada es que se encuentre formando parte de objetos llamados enanas marrones.
Las enanas marrones serian cuerpos con las características de una estrella muerta; objetos del tamaño de un planeta o mayor.
Si llegáramos a conocer cómo varían con el tiempo las dimensiones del universo, podríamos determinar cuál es el valor de la desaceleración, es decir, el modo cómo estaría frenándose la expansión.
La densidad de toda la materia que se detecta, es decir la que brilla, refleja y absorbe la luz, es alrededor de un 20% menor que la densidad que cerraría el universo. Los astrónomos piensan que una cierta cantidad de masa podría estar oculta de diferentes maneras. Una forma de que la masa pueda no ser detectada es que se encuentre formando parte de objetos llamados enanas marrones.
Las enanas marrones serian cuerpos con las características de una estrella muerta; objetos del tamaño de un planeta o mayor.
ANTES Y DESPUÉS DEL BIG BANG
Las principales teorías cosmológicas actuales parten de un universo que habría comenzado con el Big Bang
¿De dónde surgió todo lo que vemos? ¿Cómo surgió nuestro universo? Carecen hoy de respuestas científicamente aceptadas.
Sin embargo, han podido desarrollarse algunas ideas sobre la evolución del Universo luego del Big Bang.
En la actualidad el Universo aparece formado casi exclusivamente por hidrógeno, un poco de helio y un resto pequeño de elementos más pesados. A medida que pasa el tiempo, sucede que en el interior de las estrellas el hidrógeno se va convirtiendo en helio y éste, por su parte, en elementos más pesados. Podemos pensar entonces que echando a andar el tiempo hacia atrás hallaríamos que el número de átomos de helio sería cada vez más pequeño, los elementos pesados casi no existirían y la cantidad de hidrógeno iría en aumento. En instante cercanos al inicio del Big Bang tendríamos un Universo completamente formado por hidrógeno y helio.
Ahora bien, el átomo de hidrógeno está formado por un protón y un electrón, partículas que debieron haberse formado con anterioridad al inicio de la existencia del átomo de hidrógeno como tal. En un tiempo cercano al inicio del Big Bang, el hidrógeno debería hallarse comprimido hasta el punto que electrones y protones deberían fundirse en una mezcla de partículas sin carga eléctrica llamadas neutrones. Llegados a ese instante, la materia y la energía aparecen acoplados; se denominó neutronio a esa masa de neutrones compactados.
¿De dónde surgió todo lo que vemos? ¿Cómo surgió nuestro universo? Carecen hoy de respuestas científicamente aceptadas.
Sin embargo, han podido desarrollarse algunas ideas sobre la evolución del Universo luego del Big Bang.
En la actualidad el Universo aparece formado casi exclusivamente por hidrógeno, un poco de helio y un resto pequeño de elementos más pesados. A medida que pasa el tiempo, sucede que en el interior de las estrellas el hidrógeno se va convirtiendo en helio y éste, por su parte, en elementos más pesados. Podemos pensar entonces que echando a andar el tiempo hacia atrás hallaríamos que el número de átomos de helio sería cada vez más pequeño, los elementos pesados casi no existirían y la cantidad de hidrógeno iría en aumento. En instante cercanos al inicio del Big Bang tendríamos un Universo completamente formado por hidrógeno y helio.
Ahora bien, el átomo de hidrógeno está formado por un protón y un electrón, partículas que debieron haberse formado con anterioridad al inicio de la existencia del átomo de hidrógeno como tal. En un tiempo cercano al inicio del Big Bang, el hidrógeno debería hallarse comprimido hasta el punto que electrones y protones deberían fundirse en una mezcla de partículas sin carga eléctrica llamadas neutrones. Llegados a ese instante, la materia y la energía aparecen acoplados; se denominó neutronio a esa masa de neutrones compactados.
lunes, 11 de noviembre de 2013
BIG BANG
La expancion debe ser una propiedad universal, una propiedad del mismo Universo. La teoría de la relatividad general enuncia dos cosas novedosas. La primera dice que el espacio y el tiempo deben mezclarse en una entidad mas global que llamamos espacio-tiempo. La segunda es que este espacio-tiempo puede poseer una geometría dinámica.
La expansión del espacio en el tiempo no es mas que el efecto de la variación de la geometría del espacio-tiempo. Hoy sabemos que es no debido a una "explosión" lo que lanzo a las galaxias una para cada lado. La resecion de las galaxias se debe a que estas son arrastradas por el mismo espacio dinámico que las contiene.
Big Bang no es sinónimo de explosión. El Big Bang no trata sobre la creación del Universo.
El origen del Unieverso fue uno de los temas que mas concepciones equivocadas ha forjado en el imaginario popular. Expresiones tales como "la existencia de una gran explosion" llevan a pensar,erronaemente que la expansion del Universo comenzo en un punto particular del espacio, una suerte de atomo primitivo en donde todo el Universo se habria hallado concentrado inicialmente.
Para los antiguos hindues la pregunta no presentaría problema dada la posicion de centralidad de la Tierra. Sin embargo,en nuestros dias, la ciencia moderna acepta el principio cosmologico o copernicano, según el cual no existe un lugar privilegiado en el Universo, la "gran explosion" no pudo haber ocurrido en un punto particular del cosmos ni en los infinitos otros puntos equivalentes.
Lo cierto es que los modelos del Big Bang no explican el Big Bang. Los modelos llamados de la gran explosion no pretenden explicar lo que sucede en esta "gran explosión ", ni mucho menos como sucede esta "gran explosión". Los modelos del Big Bang si explica la existencia de un Universo en expansión que en el pasado era mas denso, energético y caliente. Ademas, la expansión global del Universo se verifica para todo observador en todo punto del Universo. En otros términos, los modelos del Big Bang explican con muy alta precisión la evolución de nuestro Universo desde épocas primordiales, no su origen .
La expansión del espacio en el tiempo no es mas que el efecto de la variación de la geometría del espacio-tiempo. Hoy sabemos que es no debido a una "explosión" lo que lanzo a las galaxias una para cada lado. La resecion de las galaxias se debe a que estas son arrastradas por el mismo espacio dinámico que las contiene.
Big Bang no es sinónimo de explosión. El Big Bang no trata sobre la creación del Universo.
El origen del Unieverso fue uno de los temas que mas concepciones equivocadas ha forjado en el imaginario popular. Expresiones tales como "la existencia de una gran explosion" llevan a pensar,erronaemente que la expansion del Universo comenzo en un punto particular del espacio, una suerte de atomo primitivo en donde todo el Universo se habria hallado concentrado inicialmente.
Para los antiguos hindues la pregunta no presentaría problema dada la posicion de centralidad de la Tierra. Sin embargo,en nuestros dias, la ciencia moderna acepta el principio cosmologico o copernicano, según el cual no existe un lugar privilegiado en el Universo, la "gran explosion" no pudo haber ocurrido en un punto particular del cosmos ni en los infinitos otros puntos equivalentes.
Lo cierto es que los modelos del Big Bang no explican el Big Bang. Los modelos llamados de la gran explosion no pretenden explicar lo que sucede en esta "gran explosión ", ni mucho menos como sucede esta "gran explosión". Los modelos del Big Bang si explica la existencia de un Universo en expansión que en el pasado era mas denso, energético y caliente. Ademas, la expansión global del Universo se verifica para todo observador en todo punto del Universo. En otros términos, los modelos del Big Bang explican con muy alta precisión la evolución de nuestro Universo desde épocas primordiales, no su origen .
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