COSMOLOGIA
Estudio
del universo en su conjunto, en el
que se incluyen teorías sobre su origen, su evolución, su estructura a gran escala
y su futuro.
Parte de la Ciencia que estudia el Universo en su totalidad se llama Cosmología.
La Cosmología se ocupa científicamente de
aspectos como la composición del Universo, su estructura, forma, origen,
evolución y destino final. Para ello, se sirve de la observación astronómica y
el conocimiento científico.
Como una nueva teoría que se precie
debe también predecir nuevos fenómenos que luego sean ratificados por la
observación. Y la teoría de la relatividad general del Einstein cumplió también
con este requisito. Esta teoría imagina el espacio- tiempo como una entidad
deformable y dinámica. El espacio que contiene a la materia deja ya de ser
inerte a esta materia y se ve modificado por ella. Para Einstein la fuerza
gravitacional que Newton imaginara entre distintos cuerpos masivos ya no tiene
razón de ser y es abolida de un plumazo. En su lugar, Einstein imaginaba la
gravitación como un efecto geométrico. La materia hace curvar al espacio que la
contiene, modifica las propiedades geométricas del espacio, y no lo hace de
manera caprichosa sino siguiendo las indicaciones precisas escritas en las
ecuaciones de la relatividad general.
El tiempo también se ve afectado, y el fluir del tiempo
se modifica cercanías de campos gravitaciones intensos, los planetas en este
nuevo marco teórico, siguen orbitas keplerianas no porque una fuerza newtoniana
nos mantenga unidos al sol, sino simplemente porque la gran masa del astro,
consuno la presencia, curvo el espacio que lo rodea y a los planetas no les
queda otra opción que recorrer sus caminos sobre un espacio curvo.
Pero si es verdad que al fuerza de Newton no existe más y
que la gravitacional se debe a la curvatura del espacio, entonces esta
curvatura afectara no solo a los objetos con masas sino también a toda entidad
que se desplace en los alrededores del sol, incluso a los corpúsculos de la
luz.
TEORIA DEL BIG BANG
La teoría del Big Bang (gran explosión) es
un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo
posterior a partir de una singularidad
espaciotemporal. Técnicamente, este modelo se basa en una colección de
soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker. El término "Big
Bang" se utiliza tanto para referirse específicamente al momento en el que
se inició la expansión observable del Universo (cuantificada en la ley de Hubble), como en un sentido más general para
referirse al paradigma cosmológico que
explica el origen y la evolución del mismo.
La expresión Big Bang proviene de Hoyle, uno de los detractores de esta teoría quien dijo, para mofarse, que el modelo
descrito era sólo un big bang (gran explosión). No obstante, hay que
tener en cuenta que en el inicio del Universo ni hubo explosión ni fue grande,
pues en rigor surgió de una “singularidad” infinitamente pequeña, seguida de la
expansión del propio espacio.
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, Gamow pudo predecir que debería de haber evidencias de un
fenómeno que más tarde sería bautizado como radiación de fondo de microondas.
MODELO
INFLACIONARIO
La inflación cósmica es
un conjunto de propuestas en el marco de la física teórica para explicar la expansión ultrarrápida
del universo en los instantes iniciales y resolver el llamado problema del horizonte. La inflación fue por primera vez propuesta por Alan Guth, Linde, y junto con Steinhardt le
dieron su forma moderna.
Aunque el mecanismo responsable
detallado de la física de partículas para la inflación se desconoce, la
imagen básica proporciona un número de predicciones que se han confirmado por
pruebas observacionales. La inflación es actualmente considerada como parte del
modelo cosmológico estándar de Big Bang caliente. La partícula elemental o campo hipotético que se piensa que es responsable de la
inflación es llamada inflatón.
La inflación sugiere que hubo un
periodo de expansión exponencial en el Universo muy pre-primigenio. La
expansión es exponencial porque la distancia entre dos observadores fijos se incrementa exponencialmente, debido a la métrica de expansión del Universo. Las
condiciones físicas desde un momento hasta el siguiente son estables: la tasa
de expansión, dada por la constante de Hubble, es casi constante, lo que lleva a
altos niveles de simetría. La inflación es a menudo conocida como un periodo de expansión
acelerada porque la
distancia entre dos observadores fijos se incrementa a una tasa acelerante
cuando se mueven alejándose.
COLISIONADOR DE HABRONES (LHC)
El
Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el mayor acelerador de partículas del mundo. En este experimento, los físicos del Centro
Europeo para la Investigación Nuclear (CERN) hacen chocar entre sí partículas subatómicas
(principalmente protones, uno de los constituyentes del núcleo del átomo) en
puntos seleccionados donde se ubican grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE). Estos registran las partículas resultantes de las
colisiones para estudiar los elementos que componen la materia de la que está
hecho el Universo, incluidos nosotros mismos, y sus interacciones.
-Situado
en la frontera franco-suiz , el LHC es un anillo de 27
kilómetros de circunferencia ubicado a 100 metros bajo tierra. Es una de las
máquinas más complejas construida nunca: sus 9.300 imanes superconductores,
fundamentales para hacer girar los haces de partículas a velocidades cercanas a
las de la luz, deben refrigerarse a una temperatura inferior a la del espacio
exterior (-270 grados centígrados, cerca del cero absoluto); el interior del anillo
es el lugar más vacío del Sistema Solar (10-13 atmósferas) para evitar que las
partículas colisionen con moléculas de gas; y cuando las partículas colisionan
entre sí se generan temperaturas 100.000 veces más calientes que el interior
del Sol.
-Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista
de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el
español Luis Sancho denunciaron ante un tribunal de Hawái y al Gobierno de Estados Unidos, afirmando que existe la posibilidad
de que su funcionamiento desencadene procesos que, según ellos, serían capaces
de provocar la destrucción de la Tierra. Sin embargo su postura es rechazada
por la comunidad científica, ya que carece de cualquier respaldo matemático que
la apoye.
Los procesos catastróficos que denuncian son:
·
La formación de un agujero negro estable.
·
La formación de materia
extraña supermasiva, tan estable
como la materia ordinaria.
·
La formación de monopolos magnéticos (previstos
en la teoría de la relatividad) que pudieran catalizar el decaimiento del protón.
·
La activación de la transición a un estado
de vacío cuántico.
A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de
que se produzcan acontecimientos desastrosos como micro agujeros negros inestables, redes, o monopolos magnéticos. La conclusión de estos estudios es que "no se encuentran bases
fundadas que conduzcan a estas amenazas".
TEORIA DE CUERDAS
La teoría de cuerdas es
un modelo fundamental
de la física que básicamente asume
que las partículas
materiales aparentemente puntuales son en realidad
"estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado
"cuerda" o "filamento".De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un
"punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo
de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro
dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio
tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se
percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda
en forma de lazo. Una cuerda puede
hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de
cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila
de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo
estándar.
Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.
-Sólo el
hecho de que por ahora se la considere como la más firme candidata a unificar
todas las fuerzas fundamentales debería ser razón suficiente pero
afortunadamente no es la única. Tampoco podemos olvidar que nos ha dado nuevas
e imaginativas propuestas de entender y resolver los problemas de la Física de
Partículas y de la Cosmología Las técnicas que se han desarrollado pueden
servir en otras disciplinas de la Física como ya ha pasado con el principio
holográfico de Maldacena. Y no sólo en la Física, contrariamente a lo que suele
ser habitual, las necesidades de la teoría de cuerdas han llevado a que los
físicos desarrollen campos de las matemáticas como la compactificación de
variedades o las simetrías espejo. Un cambio notable en la interacción
historica entre la física y las matemáticas. Tampoco podemos despreciar lo que
ha conseguido esta teoría al congregar dos ramas de la física como son la
Relatividad General y la TCC que anteriormente se consideraban totalmente
estancas, además de fenomenólogos, matemáticos y demás. Actualmente la
comunidad de cuerdas es una de las más variadas y dinámica de la ciencia
actual.
GLOSARIO DE COSMOLOGIA
Cosmogonía: disciplina
relacionada al origen de cosmos. En cosmología, también se refiere al estudio
de los sistemas astronómicos, desde sistemas solares hasta estrellas, galaxias
y cumulas galácticos.
Singularidad espaciotemporal: región del
espacio-tiempo donde las leyes conocidas de a física se quiebran donde la
"tela" espacio-temporal sufre una ruptura y la curvatura se hace
infinita. Hoy se piensa que los modelos de Big Bang comienzan con tal
singularidad.
Isotropía: que no depende de la
dirección, En cosmología el universo se dice isopoto si, para un dado
observador, presenta iguales características en todas las direcciones.
Monopolio magnético: partícula predicha
por las teorías de una gran unificación y cuya excesiva abundancia presenta un
serio problema para los modelos del big bang. Puede verse como un imán con u
solo polo, jamás descubierto en los experimentos y que resulta ser
excesivamente masivo, teniendo en cuenta las energías a las que se habría
originado (tan sol tres órdenes de magnitud por debajo de la escala de Planck)
La inflación cosmológica surgió como una posible solución de este problema del
exceso de monopolios magnéticos.
