COSMOLOGIA

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.