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¿Se creó el Universo desde la nada?








Una de las cosas que hace especial a la ciencia es el misterio. A los científicos les encanta el misterio, les encanta no saber. Esa es la clave de la ciencia, la emoción por el aprendizaje sobre el Universo. Aquí vamos a hablar sobre una misteriosa historia y veremos cómo nuestra visión acerca del Universo ha cambiado tanto que lo que ahora importa de éste ya no son las galaxias y las estrellas, sino las cosas que no se pueden ver, las cosas misteriosas que dominan a la naturaleza.




Era una noche oscura y misteriosa....


Y Einstein acababa de terminar su Teoría general de la Relatividad en 1916. Un tiempo muy interesante porque había desarrollado la teoría que fue pionera, no sólo en cómo los objetos se mueven en el espacio, sino en cómo el espacio mismo se contrae-expande y es dinámico. Una teoría admirable, que nos dice que el espacio se curva con la materia.

Fue una teoría extraordinaria y de alguna manera Einstein sabía que era correcta. Pero a la vez disentía con la observación que solía molestar a los físicos de antaño. Dominaba el concepto de que el Universo es eterno y estático, esa era la "cordura convencional", el Universo siempre había estado ahí y siempre lo estaría.

La Relatividad no concordaba con esa "eternidad" porque tenía los mismos problemas de la gravedad de Newton: la gravedad siempre tira, nunca empuja. Si miras a la estrellas y las galaxias de allí, éstas no se quedarán allí, la gravedad generará una atracción universal que las juntará. Por eso trató de solucionarlo.

Fue capaz entonces de modificar ligeramente su teoría, consistente con las simetrías matemáticas que le permitieron desarrollarlo, y esto es lo que hizo:





El lado izquierdo de las ecuaciones de Einstein hablan sobre la geometría del Universo, de como las cosas están curvadas en la presencia de la fuente de la curvatura, que en este caso son la energía y el momentum del Universo. Enseguida está lo mismo expresado en letras griegas.

Y esta es la teoría que no funcionó porque no concordaba con un Universo eterno y estático


Así que fue capaz de modificarla un poco, agregando un término extra al lado izquierdo.




A ese término extra lo llamó "Constante Cosmológica", y supuestamente generaría una fuerza repulsiva, muy pequeña por todo el espacio vacío. Era tan pequeña que no afectaría las Leyes de Newton que describían el movimiento de los planetas alrededor del Sol. Y era tan pequeña que nunca podrías medirla en el Sistema Solar, pero se hacía más grande en la escala galáctica, manteniendo las galaxias separadas.

De esta manera Einstein salvó su teoría, pero en el fondo le incomodaba. Poco después que él presentara esta constante, se volvió un problema evidente.




Esta postal fue enviada por Einstein al famoso físico Hermanville en 1923, y dice lo siguiente:
"Si te deshaces del Universo cuasi-estático, entonces afuera la constante cosmológica"


Porque él sabía que el Universo se está expandiendo, como lo sabemos ahora. Luego no necesitas una constante cosmológica. Y si el Universo se está expandiendo, la gravedad podría ser universalmente atractiva y precisamente desacelerar la expansión, y entonces vendría la gran pregunta del Siglo XX en Cosmología:

¿Existe suficiente gravedad en el Universo para detener su expansión?

¿Cómo terminará el Universo? ¿Lo hará con una explosión o una piltrafa?

¿Terminará con una gran implosión, o al revés, con una gran explosión y se expandirá para siempre?


Einstein dijo en 1923: "Ojalá no la hubiera puesto, debí sacarla"

Fue 6 años después, en 1929, que se confirmó la expansión del Universo, y esta es la persona que nos convenció:


Edwin Hubble


Edwin Hubble, un abogado que se convirtió en astrónomo, confirmó que el Universo se está expandiendo y revolucionó la cosmología.



Las galaxias expandiéndose entre sí


Hubble descubrió que las galaxias se están alejando de nosotros, y además observó que las que están al doble de distancia, se alejan al doble de velocidad, las que están 3 veces más lejanas, se alejan al triple de velocidad etc. Es decir:

La velocidad es proporcional a la distancia


Al observar esto pudiera interpretarse como que somos el centro del Universo. En realidad no es así. El Universo se expande en todas direcciones uniformemente. La mejor forma de demostrarlo es saliéndose del Universo.

Aquí tenemos un Universo de dos dimensiones, en el que tú puedes estar afuera de él, poniendo las galaxias a distancias uniformes, y en un segundo tiempo (t2) el universo es más grande.




Así que si estuvieras afuera de ese universo sería muy obvio que se está expandiendo uniformemente en todas direcciones.

Ahora, ¿cómo haría para ver esa expansión si estoy dentro de ese universo? Bueno, sólo agarra una galaxia, cualquiera, es lo mismo, y la manera de darse cuenta de la expansión, es mirar esa galaxia superpuesta en la otra imagen de la misma galaxia.



Superpuesta:


Esto es lo que vio Hubble


Cada galaxia se aleja de cada galaxia y aquellas que están dos veces más alejadas se han movido el doble de distancia, y las que están tres veces más lejos se han movido el triple de distancia.

Y no importa en qué galaxia estás, en todas verás lo mismo:



Superpuesta



Sea donde estés, pensarás que estás en el centro, por lo tanto, dependiendo de tu estado de ánimo, ya sea que cada lugar es el centro del Universo, o ningún lugar lo sea. No importa, el Universo se expande.

¿Cómo sabemos que el Universo se expande? - Cuando un tren se acerca a tí, escuchas su sonido más elevado de frecuencia, cuando el tren se aleja, lo escuchas bajo. Este mismo principio se aplica a la luz.



A esto se le llama Efecto Doppler.



Por eso, cuando estamos mirando las galaxias distantes, si se están alejando de nosotros, la luz (qué es una onda) se "estira" en una longitud de onda más grande hacia el rojo del espectro; así que se le llama "corrimiento al rojo". Así que las galaxias están cada vez más corridas hacia el rojo mientras que se alejan más y más de nosotros.


Efecto Doppler - Observa la línea negra central, cuando una galaxia está estacionaria. Si la galaxia se aleja, se "corre" al rojo, y si se acerca se "corre" al azul.


De la misma manera podemos calcular la velocidad, es relativamente fácil. Pero, ¿la distancia, cómo calculamos la distancia? .... Eso sí es difícil, el Universo es un lugar muy, muy grande. No hay cintas métricas tan largas y es verdaderamente complicado averiguar la distancia a un lugar, sin viajar a él.

Desde luego , una de las maneras como se hace es utilizando la física, por ejemplo, puedes averiguar la distancia al fondo de un salón si dejas sólo una luz encendida, y además se supiera que es de 100 vatios. Utilizando una cámara pasada de moda, con un exposímetro. En el caso de que hubiera esa lámpara de 100 vatios y estuviera recibiendo aquí un vatio y si yo sé cómo se propaga la luz: 1 sobre el cuadrado de la distancia.

Y así es como se determinaría la distancia, sabiendo el vatiaje que recibí aquí desde aquella bombilla y sabiendo eso, sé que tan lejos está (o estuvo).

El problema es que el Universo no está hecho de bombillas de 100 vatios, así que tenemos que encontrar la equivalencia, tenemos que encontrar lo que se denomina "bujía patrón" (antigua unidad de luz). Algo cuyo brillo intrínseco entendemos y por consiguiente cuando lo miramos a través de un telescopio vemos cuanto brillo aparece en éste y trabajamos para atrás para averiguar que tan lejos está.

Esa es la parte difícil, por eso ha sido tan difícil determinar la "tasa de expansión" del Universo, porque es difícil encontrar esa "bujía patrón".

Estos son datos originales de Hubble, de 1929. Y es una de las razones por las que fue un gran científico.




Hubble supo cómo dibujar una línea recta a través de este conjunto de datos que en sí mismos no son nada claros

Lo que encontró, de hecho, es que la velocidad es proporcional a la distancia. Y lo sobresaliente es que él entendió mal la respuesta por un factor de 10, que era vergonzoso en aquella época.

Si el Universo se expandía así de rápido, podrías calcular su edad. Eso te daría 1,5 mil millones de años y eso calcularon en 1929. En ese año ya se sabía que la Tierra es mas vieja que 1,5 mil millones de años, y resultó vergonzoso que la Tierra fuera más vieja que el Universo.


El problema no era que Hubble fuera un mal astrónomo o un mal científico. El problema era medir la distancia porque él no tenía una buena bujía patrón. Y eso ha sido el "santo Gríal" de la astronomía en el último siglo. Actualmente tenemos buenas bujías patrón:



Esto es una hermosa galaxia que está a unos mil millones de años luz. Lo que vemos de ella tiene ya mil millones de años, muchas de esas estrellas ya no existen.

Y la estrella brillante abajo a la izquierda, brilla tanto como todo el centro de la galaxia. Quizás pienses que es una estrella de nuestra galaxia que quedó justo en la foto, pero no, no lo es. Es una estrella en el borde de esa galaxia que explotó.

Una estrella que explota brilla con la intensidad de 10 mil millones de estrellas. Son los fuegos artificiales más brillantes del Universo, son las Supernovas


Quizás las Supernovas son los objetos más poéticos del Universo. No sólo por su brillante belleza, sino porque son los surtidores de materia prima para la formación de nosotros. Cada átomo de tu cuerpo viene de una estrella que explotó. Los átomos de tu mano derecha provienen de una estrella distinta que los de tu mano izquierda. Somos polvo de estrellas.



Tú no existirías si alguna estrella no hubiera explotado, porque los elementos: Carbono, Oxígeno, Hierro, toda la materia prima necesaria para la evolución no fue creada en el principio del tiempo, fue creada en los hornos nucleares de las estrellas, y la única manera de tenerlas en tu cuerpo es porque las estrellas tuvieron la "amabilidad" de explotar.

Las Supernovas son enormes bujías patrones. Es asombroso observarlas porque sólo ocurren una Supernova por galaxia cada 100 años. Hay tantas galaxias, que si apuntaras a una zona del tamaño de una moneda en el cielo nocturno, con un telescopio potente, encontrarías 100 mil galaxias.

Eso quiere decir que, si bien, las estrellas estallan una cada 100 años por galaxia, en esa pequeña región a la que apuntamos, con cientos de miles de galaxias, verás unas 10 estrellas explotando. El Universo es enorme y viejo, y pasan cosas extrañas todo el tiempo, incluyendo la vida, por eso es asombroso.


Colectando bujías patrón a lo largo del Universo, a través de 75 años, ahora podemos determinar la "tasa de expansión" del Universo



Este es el nuevo Diagrama de Hubble, mucho mejor que el original. Fue hecho después del descubrimiento sobre una representación logarítmica, todo queda en línea recta. Ahora sabemos la tasa de expansión del Universo al 10 por ciento, y no en un factor de 10. Por lo tanto y de hecho, sabemos la edad del Universo a través de otras cuestiones, con mucha precisión, hasta con casi cuatro cifras decimales. 13,72 mil millones de años es la edad del Universo.

Cuando Einstein se arrepintió de su constante cosmológica, deseó eliminarla, pero no lo pudo hacer tan fácilmente. Pero usando el milagro de las matemáticas modernas, puedes reescribir esa ecuación:




La constante cosmológica ahora representa algo muy diferente cuando está del otro lado de la ecuación. Cuando estaba del lado izquierdo era una cantidad geométrica, y del lado derecho parece como una nueva contribución a la energía y al momentum del Universo. ¿Qué podría contribuir un término así?... y ya sabemos la respuesta: nada.

Al decir "nada", entiéndase NADA. Si tomas el espacio vacío, y eso quiere decir quitar todas las partículas, toda la radiación, absolutamente todo. Y así es que nada queda. Y si esa nada pesa algo, entonces contribuye un término como este.

Ahora, eso suena ridículo, ¿Por qué la nada pesaría algo, si la nada es precisamente nada? La respuesta es porque la nada ya no es "nada", en física, porque las leyes de la mecánica cuántica y de la Relatividad Especial, a escalas extremadamente pequeñas, "la nada" es realmente una "infusión burbujeante" de partículas virtuales que entran de sopetón a la existencia y salen de ella en períodos de tiempo tan cortos, que no pueden verse.


No podemos medir partículas virtuales directamente, pero podemos medir sus efectos indirectamente. De hecho, ellas son las responsables de las mejores predicciones de la física




Este es el espacio vacío dentro de un protón. No son los quarks que lo componen, sino el espacio vacío entre los quarks. Esta es una animación pero representa los cálculos exactos de la física. Esto es la apariencia del espacio.


Pero ¿Cómo sabemos esto?. Hay muchas razones, pero una de ellas es que la mayor parte de la masa del protón no proviene de los quarks sino del espacio vacío entre los quarks. Estos campos, entrando y saliendo de la existencia constituyen aproximadamente el 90% de la masa del protón, y dado que los protones y los electrones son los componentes dominantes del cuerpo, el espacio vacío es el responsable del 90% de su masa.

Así que este espacio vacío es vital para la ciencia, y estos cálculos son vitales para el entendimiento, no sólo de los protones, sino también de los electrones y los átomos y producen los mejores cotejos entre la teoría y los experimentos de toda la ciencia. Hasta 10 lugares decimales en la electrodinámica cuántica, ¡Es asombroso!


Así que calculamos la energía de "la nada", donde se supone que no hay nada más, y cuando lo hacemos, sacamos un cálculo bastante malo, es la peor predicción de la física



Calculamos que la energía del espacio vacío es un gazillón de veces la energía de todo lo que vemos. (gazillón - nombre ficticio que se da a un número muy largo e inespecífico)

Como se mencionó es la peor predicción de la física y por ello no se habla mucho de ello. Se calculó que el espacio vacío debería tener una energía del orden de 120 de magnitud más que las galaxias, las estrellas y todo el resto. Y si ese fuera el cálculo correcto, simplemente no estaríamos aquí, así es que se supo que algo debería estar mal en dicho cálculo.

Se sabía que la respuesta debería ser cero, porque es la única respuesta sensata. Pero no puedes cancelar un gran número como este. Digamos que la energía del espacio vacío es comparable a la energía de todo lo que vemos, en ese caso tendríamos que cancelar este gran número hasta 120 lugares decimales y permitir una respuesta finita en el lugar decimal 120.

En la ciencia nadie sabe como hacer eso. Pero el cero, es un número al que podemos llegar hermosamente, utilizando simetría matemática: Las cosas que sean iguales y opuestas, se cancelan todo el tiempo en ciencia debido a la simetría de la naturaleza.

Así que los físicos supieron la respuesta. No supieron lo que era simetría, pero supieron la respuesta, que era cero, y así todos tranquilos. Pero lo bueno de la Cosmología es que es una ciencia, por lo que es empírica. Saber la respuesta no significa nada, probar tu conocimiento lo es todo.


Así que la pregunta es ¿deberíamos probar lo que es la energía del espacio vacío? y ¿cómo se puede hacer algo así? Bueno, pesamos el Universo, ¿pero cómo hacemos eso?
Muchas preguntas en la ciencia son tan grandes, que para responderlas tienes que subirte en hombros de gigantes.


Tycho Brahe


El astrónomo danés Tycho Brahe, sentó las bases para las leyes gravitacionales de Newton. pasando más de 20 años "de espalda", una noble tradición, mientras miraba al cielo, sin telescopio, midiendo las posiciones de los planetas alrededor del Sol, luego fue despojado de sus datos por un Señor feudal miserable, quién se los entregó a su asistente Johannes Kepler, quién pasó 20 años tratando de interpretar dichos datos. estableciendo las Leyes de Kepler, que a su vez sirvieron de base para la gravedad Newtoniana.

La idea es que podemos utilizar la gravedad para pesar el Universo, incluyendo el peso del espacio vacío. ¿Para qué nos interesa hacerlo?, para mucho.....


La Relatividad General nos dice que el espacio está curvado, por lo que se deduce que el Universo puede tener 3 formas diferentes:



Abierto, cerrado y plano. Es difícil dibujarlos en 3 dimensiones. Aquí tenemos imágenes del Universo curvado en 2 dimensiones. El Universo cerrado sería una esfera, en 3 dimensiones. Si nuestro Universo fuera cerrado, y pudiéramos ver lo más lejos posible, veríamos nuestras nucas, la luz bordearía el universo. Un Universo abierto sería infinito en extensión, al igual que uno plano, y eso es irrelevante.

Lo que realmente importa es un Universo lleno de materia, un Universo cerrado se expandiría, se detendría y recolapsaría en un Big Crunch, lo contrario del Big Bang. Un Universo abierto se expandiría por siempre, y un Universo plano se expandiría lentamente y nunca se detendría.
Una vez que sabemos en qué universo vivimos, sabremos también cómo terminará.
Pesando el Universo sabremos cual es su curvatura y por eso queremos pesarlo.


Y, en estos momentos, entendemos que el Universo en que vivimos, es el peor de todos los posibles para vivir.



Esto es un cúmulo de galaxias, cada punto luminoso es una galaxia. Los cúmulos de galaxias son los objetos agrupados más grandes del Universo, así que podríamos pesarlas, podríamos pesar toda la masa del Universo, y podríamos hacerlo ya. Podríamos pesarlas básicamente usando la Relatividad General.

Porque en esta foto, está un fenómeno asombroso que Einstein predijo en 1937, aunque dijo que jamás sería observado. En la foto puedes ver unas manchas azules alargadas, a lo cual le llamamos "Lente Gravitacional".

Einstein nos dijo que una masa curvaría el espacio alrededor de ella, y si hubiera una masa lo suficientemente grande, y una fuente de luz detrás de esa masa, la luz se doblaría alrededor de ella y la veríamos agrandada, tal como si pasase a través de una lente, o como si miraras a través de una copa de cristal




Lente gravitacional. Las manchas azules son imágenes de una sóla fuente de luz (círculo azul pequeño).


Todas esas manchas azules son imágenes diferentes de una única galaxia, ubicada unos 3 mil millones de años luz, detrás de esta agrupación. La gravedad está ampliando la imagen, distorsionándola y doblándola, y porque entendemos la Relatividad General, podríamos volver hacia atrás y averiguar cuanta masa debe tener ese sistema y donde se produce esa imagen, utilizando la Relatividad General.




Reconstrucción computarizada en falso color de la masa de materia oscura por área del cùmulo de galaxias de la imagen anterior. Cada pico es una galaxia individual.


En esta imagen computarizada está representada toda la masa del cúmulo de galaxias donde veíamos el efecto del Lente Gravitacional, las puntas serían las galaxias individuales. Pero te darás cuenta que la mayoría de la masa en todo este sistema, no está donde están las galaxias sino que está entre las galaxias, está donde nada brilla.

Cerca de 50 veces más masa en este sistema y en otros sistemas que medimos, vienen de la cosa que no brilla. Los físicos con su perspicacia lingüistica la llamaron Materia Oscura. Ahora entendemos que el 90 % de la masa de las galaxias y de los grupos, incluyendo nuestra propia galaxia,Vía Láctea, está constituida de materia que no brilla.


Eso tal vez no sea tan impresionante porque hay un montón de cosas que no brillan, podemos citar planetas, bolas de nieve y otras cosas aburridas, pero esto no es el caso. Porque en la actualidad podemos determinar como los protones y neutrones se distribuyen en el Universo, y no hay suficiente materia visible como para explicar toda esa materia oscura. Así que estamos bastante convencidos que esa materia oscura es un nuevo tipo de partícula elemental, algo que normalmente no se ve en la Tierra.

Pero lo interesante de ésto es que no sólo está allá en el espacio, también está aquí en la Tierra, en todos lados, incluso en la habitación donde te encuentras ahora. Está atravesando nuestros cuerpos y eso quiere decir que podemos experimentar para encontrarla.


Midiendo la masa de estos sistemas y poniendo en ella la materia oscura y pesándola, ahora ya hemos determinado cuanta materia hay en el Universo. Cuando los físicos tienen un número importante, siempre le ponen el nombre de una letra griega, así que le llamaron Omega - Ω -.

Omega es la relación entre la cantidad total de cosas que conocemos en el Universo, dividido entre la cantidad de cosas que necesitas para hacer un Universo plano. El límite entre un Universo abierto y uno cerrado.

Si este resultado es menor que 1, el Universo es abierto, si es mayor, el Universo es cerrado. Y ahora se ha medido, sin ambigüedad encontrando que hay sólo un 30% de materia en el Universo, incluyendo la materia oscura, necesario para ser plano.



Este es un experimento que se está usando aquí en la Tierra para detectar materia oscura..

.

Boole de germanio


Hay experimentos como este en todo el mundo, en la profundidad de las minas, para evitar los rayos cósmicos, porque hay un montón de ellos atravesando tu cuerpo ahora mismo. Sólo se quiere ver la materia oscura y sus partículas, pasando a través de la Tierra, que según se cree, no tiene casi interacción.

La mayor parte del tiempo, las partículas de materia oscura pasarían a través de este detector, pero de vez en cuando una de ellas rebotará de lado contra el núcleo del átomo de germanio, produciendo calor.Previamente se habría enfriado el dispositivo a una milésima de grado por encima del cero absoluto. Si una partícula de materia oscura es detectada, calentará el dispositivo una milésima de grado.

Se puede medir, hay experimentos en Norteamérica y en Europa, buscando materia oscura. Todavía no se ha encontrado. La otra posibilidad emocionante es que se logre crear y se detecte con el gran colisionador de Hadrones, en Ginebra.


Volviendo al número Omega, es un número realmente problemático. Ya sabemos que el Universo tiene sólo un tercio de la materia necesaria para ser plano, pero algunos teóricos afirman que, a pesar de ese número, el Universo debe ser plano. ¿Por qué?

La energía total de un Universo plano debe ser 0, porque la gravedad puede tener energía negativa. Así pues, la energía negativa de la gravedad, se balancea con la energía positiva de la materia. ¿Cual es el aspecto más bello en un Universo con energía total de cero?, Tal Universo sólo puede empezar de la nada. Eso es notable, porque las leyes de la física permiten al Universo empezar de la nada. Con energía total de cero y fluctuaciones cuánticas se puede producir un Universo.


El número omega fue propuesto por los observadores, y es un medio para medir la curvatura del Universo, pero hay otras maneras, por ejemplo, la geometría.

¿Cómo medirías la curvatura de la Tierra si no pudieras salir de ella, ni mirarla a través de un satélite ni moverte alrededor de ella?..... Muy fácil.. ¿Cual es la suma de los ángulos de cualquier triángulo?.. 180 grados según la geometría de Euclides. Pero en una superficie curva es muy diferente. Sobre la Superficie de la Tierra puedo dibujar un triángulo que es muy distinto: puedo ir a lo largo del ecuador y en ángulo recto ir hacia el polo norte y de nuevo en ángulo recto regresar al ecuador, y tengo un triángulo con tres ángulos rectos. 3 veces 90 es 270





Entonces si hago un gran triángulo sobre la superficie de la Tierra, mediría la curvatura de ésta sin tener que bordearla.

A pesar de que ésta es una imagen de 2 dimensiones, lo mismo ocurre para un universo curvo de 3 dimensiones.

Si se tuviera un triángulo lo suficientemente grande y se midieran los ángulos de éste, podría medirse la curvatura del espacio. En la última década, se ha logrado encontrar un triángulo lo suficientemente grande.

Probablemente es la observación más importante de toda la cosmología, la observación de la Radiación de Fondo Cósmico -el resplandor del Big Bang-




Una de las muchas razones por las que sabemos que el Big Bang en realidad sucedió

¿Que sucede cuando miramos hacia el espacio? miramos las galaxias que están a miles de millones de años luz de distancia, lo que equivale a miles de millones de años en el pasado.
Pero si sabemos que el Universo tiene 13,72 mil millones de años de edad, si miramos lo suficientemente lejos, deberíamos ver el Big Bang ¿cierto?. Bueno, no podemos ver hasta el Big Bang porque entre nosotros y éste hay una pared.






Si miramos hacia atrás en el Universo, a medida que nos acercamos al Big Bang, se va poniendo más y más caliente. En el punto donde pasaron 100,000 años la temperatura era de 3.000 grados Kelvin. En esa temperatura , la radiación es lo suficientemente caliente para separar los átomos de hidrógeno en partículas, los protones y los electrones constituyen un plasma cargado. Y el plasma es opaco para la radiación. Por eso no podemos ver más atrás de eso, simplemente porque el Universo era muy opaco. A esa pared se le llama Superficie de Última Dispersión (SUD).

La radiación de fondo que entonces tenía 3.000 grados K,hoy tiene 3 grados, y fue descubierta por dos tipos en Nueva Jersey que no sabían lo que hacían, y así ganaron el premio Nobel


Pero, regresando a la penúltima imagen...



Lo más interesante de esta historia es que sobre esta superficie, hay una escala muy importante: un grado, ¿por qué un grado?, Porque eso representa una distancia de 100,000 años luz. La SUD existió cuando el Universo tenía 100,000 años de edad, y Einstein nos dice que ninguna información puede propagarse más rápido que la luz. Y si tengo un conglomerado de materia que es así de grande, a través de ese tiempo, ni siquiera sé que es un conglomerado, porque la gravedad no pudo haber viajado a través de eso. Es como el coyote de "El Correcaminos" cuando se sale del acantilado, él espera un rato antes de caerse.

Así que el conglomerado, que puede haber colapsado en ese momento, será de un grado, y eso nos da un triángulo cósmico, porque tenemos una regla que es de 100,000 años luz de largo, el tamaño del conglomerado más largo, una distancia conocida, lejos de nosotros y en un Universo plano, los rayos de luz viajan en líneas rectas, y podemos calcular el ángulo en nuestros ojos delimitados por la regla de 100,000 años luz de largo en esa distancia. Es un grado.





En un Universo abierto, los rayos de luz se bifurcan a medida que vuelves en el tiempo y todo podría ser la mitad de un grado, la regla se ve más pequeña.

En un Universo cerrado, los rayos de luz convergen a medida que vuelves en el tiempo, la regla se ve más grande.

Por eso, precisamente, tenemos que mirar en la superficie de las microondas , tratando de medir la línea, y ver si están un grado, medio grado o dos grados. Con ese fin se liberó un globo en la Antártida con un Radiometro de microondas, para observar esa radiación.




y esta es la imagen que se obtuvo:



El fondo de microondas, con lugares calientes y fríos. Estos son los conglomerados del Universo temprano, y la pregunta es ¿qué tan grandes son? Con está imagen en color falso, podemos compararla con los universos creados por computadora:



En un universo cerrado, los conglomerados deberían ser más grandes. En un universo abierto, serían más pequeños. Los conglomerados corresponden justamente con los de un Universo plano. Hoy por hoy se sabe, con una precisión superior al 1%: El Universo es plano, su energía total es 0, por lo que pudo haber empezado desde la nada.

En Mecánica Cuántica si tienes "la nada", siempre obtendrás "algo".



Pero, ya vimos que en el Universo hay sólo 30% de la materia necesaria para hacerlo plano, ¿donde está el otro 70%? Si pones energía en el espacio vacío para que pese algo, no lo verías, es el espacio entre las galaxias, a lo lejos de las galaxias, no lo verías.

Pero, ¿que haría ese espacio vacío si le pones energía? Generar una Constante Cosmológica, que provocaría la expansión del Universo, no haciéndose lenta con el tiempo como lo haría cualquier universo razonable, sino que aumenta con el tiempo.






En 1998, al observarse Supernovas a grandes distancias con el fin de corroborar el Diagrama de Hubble, trataron de aprovechar para ver si el Universo se está frenando, todos ellos sabían que se estaba haciendo más lento, y querían saber de que forma.



Aunque no lo parezca, fue toda una revolución en la Cosmología. Se puede dibujar una línea recta a través de ese conjunto de datos y descender y hacerlo horizontal. Y si el Universo iba más despacio, estas distantes Supernovas deberían haber seguido la curva.

Además, para sorpresa de los observadores, las Supernovas estaban por encima de la línea recta. Sólo hay dos formas de explicar eso: ya sea que los datos estén mal, lo cual puede pasar, o bien que el Úniverso se esté acelerando, aumentando la velocidad. Y si uno se pregunta ¿cuanta energía debería haber en el espacio vacío para que éste se acelere? Resulta ser exactamente la cantidad que nos falta.


Todo es cohesivo, nuestra descripción de la Cosmología es que vivimos en un universo dominado por la nada. La mayor parte de la energía universal, el 70%, reside en el espacio vacío. Y no se tiene ni la más mínima idea de por qué está ahí.

Mucho ruido y pocas nueces

La energía dominante en el Universo reside en el espacio vacío.

No tenemos idea por qué está ahí.

Su existencia está probablemente ligada a la naturaleza intrínseca del espacio-tiempo y al origen de nuestro Universo


Esto determinará nuestro futuro.


A medida que el Universo se expande, la materia se dispersa más, la densidad del Universo disminuye. Pero resulta que la densidad de la energía del espacio permanece constante, a pesar que el Universo se expande, y vivimos hoy, aquí mismo, cuando la densidad de la energía del espacio es 3 veces más grande que la densidad de la energía de la materia.

Esto ha vuelto locos a los físicos


Porque....éste es el único momento en la historia del Universo, cuando estos dos números son mas o menos los mismos (Densidad de la materia y Densidad del espacio vacío).
Todo el tiempo anterior la densidad de la materia fue mucho más grande. Y en los tiempos posteriores la densidad del espacio vacío será mucho más grande, a medida que el Universo se expanda.

¿Por qué vivimos en este momento especial de la historia del Universo? Una de las respuestas que se han sugerido, es porque las galaxias existen....




Supongamos que la energía del espacio vacío fuera 50 veces mayor, entonces estas dos curvas no se cruzarían ahora, sino entonces...¿Cuando es "entonces" en este caso? "Entonces" es el tiempo cuando las primeras galaxias se formaron.

Pero si la energía del espacio vacío fuese más grande que la densidad de la energía de la materia cuando las primeras galaxias se formaron, entonces la fuerza de repulsión sería mucho mayor que la fuerza de atracción y ...las galaxias nunca se formarían


Y si existen muchos universos diferentes, según algunas teorías, y la energía del espacio vacío en cada uno varía, luego, sólo en aquellos en que la energía del espacio vacío no sea mayor que la que tenemos, las galaxias se formaran, y sólo así las estrellas y los planetas se formarán, y sólo así la vida....

Lo que esto nos dice es que tal vez hay alguna clase de selección natural cósmica, porque entonces no es tan sorprendente que nos encontremos viviendo en un Universo que permite la vida



La opinión de Lawrence Krauss (y de otros físicos) sobre la Teoría de las Cuerdas.





Esta es la historia de "La Teoría de las Cuerdas" en los últimos 25 años. La historia es fascinante para mucha gente, pero aunque la experiencia nos predice que cualquier cosa es posible, no quiere decir que tengas una teoría científica


Lo poco o mucho que hemos avanzado en la Cosmología, nos debería ubicar, darnos alguna clase de humildad cósmica. Que es la otra cosa que debería ser característica de la ciencia: humildad. El reconocimiento de que no lo entendemos todo. Hay muchas más cosas que no entendemos del Universo de las que sí entendemos. Por ejemplo:

¿Que va a suceder en el futuro lejano? Hace 100 años pensábamos que vivíamos en un Universo eterno y estático. Lo más asombroso lo verán las civilizaciones de un futuro lejano.

El Universo está acelerando su expansión, eso quiere decir que todas las galaxias distantes se están alejando de nosotros y eventualmente se alejarán más rápido que la velocidad de la luz, está permitido por la Relatividad General. Y se alejarán hasta desaparecer. Cuanto más esperemos. menos veremos de ellas.

Cualquier observador de esas evolucionadas civilizaciones, no podrá ver más que su propia galaxia, que es exactamente el panorama que teníamos en 1915. Toda la evidencia de la expansión que vio Hubble, desaparecerá, porque no se podrán ver las galaxias que se están alejando. Nos quedaremos sin evidencia del mismo Big Bang, ni siquiera se sabrá nada sobre la energía oscura, la Radiación de Fondo Cósmico se disipará.

Todos aquellos científicos descubrirán la Mecánica Cuántica, la Relatividad, la Evolución, descubrirán todos los principios básicos de la ciencia que ahora conocemos , usando los mejores métodos que tengan, con los mejores telescopios que construyan, y así y todo obtendrán un panorama del Universo ¡que es totalmente equivocado!


Ellos obtendrán un panorama del Universo con una única galaxia rodeada de espacio vacío y que es estático y eterno.... ciencia falseable producirá la respuesta equivocada.

Y ¿las buenas noticias? Vivimos en un tiempo muy especial, ¡el único tiempo que observacionalmente podemos verificar que vivimos en un tiempo muy especial!




Por desgracia o por fortuna, las matemáticas son el lenguaje de la naturaleza, y hay muchos temas de la Cosmología que sólo pueden expresarse matemáticamente. Cada vez que hablo o escribo sobre estos temas, tengo que mentir un poco, porque lo pongo en palabras... la verdadera explicación es matemática.
Lawrence Krauss.-








Fuente:El presente post está basado en su totalidad en la obra :
A Universe from Nothing: Why There Is Something Rather Than Nothing. 2012. Atria Books.
Por Lawrence Krauss, Físico y Cosmólogo norteamericano, profesor de la Escuela de exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad de Arizona y director del Proyecto Orígenes; Autor de varios best-sellers.




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