¿cómo nació el universo?. el interior de la nebulosa Águila
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¿Cómonació el Universo?
El interior dela nebulosa Águila.
Ésta es la Vía Láctea, la galaxiadonde está colocado nuestro
sistema solar. Estamos mirando hacia su centro.
Alrededor hay millones de estrellas.
La ciencia ha determinado que el Universolleva 14,000 millones de años
evolucionando.
Cuando miramos los cielos, vemos luz que tomó
miles de millones de años en alcanzarnos.Efectivamente, estamos mirando el
pasado.
Foto: La nebulosa Tarántula, difundidapor la Administración Nacional de la
Aeronáutica y el Espacio (NASA).
Retrato de nuestro pasado: Esta foto, difundida por la NASA, tomada en el
1996, es un cuadro del Universo primitivo.
Algunas de estas galaxias se desarrollaron apenas 1,000 millones de
años después de la formación del espacio-tiempo.
Las fotos previas fueron tomadas por el telescopio Hubble (arriba), nombrado en reconocimiento del astrónomo Edwin Hubble. El proyecto es producto de una colaboración entre la NASA y la Agencia Espacial
Europea.
El telescopio ha tomado 700,000 fotos permitiéndonos observar: cómo se formaron las estrellas y galaxias,calcular sus velocidades, determinar la tasa de expansión y el tamaño del Universo, identificar objetos
masivoscurvando la luz, observar agujeros negros y detectar la presencia de los elementos por todo el Universo. Losresultados de los proyectos cumplidos por el telescopio Hubble demuestran que el proceso de formación de
planetas es común. Todo lo anterior nos ayuda a entender mejor cómo ha sido la evolución del Universo.
En el 1923 el astrónomoEdwin Hubble observó las
galaxias fuera de la Vía Láctea,transformando la percepcióncientífica sobre el Universo.
Tomando placasfotográficas de la nebulosa
Andrómeda, Hubble mostró queésta no era una mera masa de gas
(como otros postulaban), sinootra galaxia formada por
millones de estrellas.
Hubble desarrolló unmétodo para calcular las
distancias de las galaxias y asícomputó un tamaño más exacto del
Universo, el cual era más vastode lo que nadie se imaginaba.
Izquierda: Edwin Hubbleen el telescopio de Mt. Wilson.
Al calcular las distancias de las galaxias, Hubbledescubrió que éstas se alejaban rápidamente,
es decir, que el Universo se agrandaba.
Este crecimiento de las distancias entre las galaxias apuntó a que en elpasado estaban juntas, a que hubo un tiempo (entre 10 mil a 20 mil millones de
años atrás) cuando estuvieron en el mismo lugar. Esto impulsó la teoría de la"Gran Explosión“ (Big Bang), de que el Universo tuvo un inicio con una gran
explosión. Arriba: La famosa galaxia Andrómeda que Hubble estudió.
Modelo de un universo esférico en expansión: Mientrasel universo aumenta en tamaño, las galaxias se distancian.
Antes de las observaciones de Hubble, en el 1915 Albert Einstein desarrollóla Teoría General de la Relatividad que entre otras cosas concluía que el
espacio es dinámico, debería expandir y/o contraer. Einstein se negó a creerel resultado de sus propias ecuaciones y postuló un Universo estático. Luego
de hablar con Hubble y confirmar que las distancias entre las galaxias aumentaban,Einstein dijo: “Cometí el error más grande de mi vida”. Foto: Einstein y Hubble.
Imagínese que el Universo es un bizcocho de pasas, y que las galaxiasson las pasas adentro del bizcocho. A medida que el bizcocho se expande, laspasas se separan unas de las otras. Igualmente, cada galaxia en el Universo
está alejándose de las demás, porque el espacio-tiempo se está expandiendo.
Tiempo
A medida que el bizcocho se expande,la distancia “D” entre las pasasincrementa, pero el tamaño “d”de cada pasa no cambia. Cada
pasa ve a su vecina distanciándose.
Así fue que se generó la idea de que el Universo se formó de una gran explosión.Pero el Big Bang no fue una “explosión” de una bola de fuego que soltó escombros
hacia fuera como popularmente se piensa, más bien fue una transición, un salto cuántico,
una transformación de la realidad anterior (como dice la NASA “un estiramiento”),que resultó en la aparición (casi simultánea) del espacio-tiempo.
Big Bang
Tiempo
X
Y
En el 1948, los físicos Georgi Gamow y Ralph Alpher postularon quelas reacciones nucleares, que ocurrieron inmediatamente después del Big
Bang, requerían un comienzo a temperaturas muy elevadas y que según los cálculosel Big Bang (si ocurrió) tuvo que haber dejado un rastro, hoy día detectable
en la forma de radiación de microondas cósmicas.
En el 1989 la NASA lanzó el satélite Explorador del Fondo Cósmico-COBE(arriba), para detectar la radiación de microondas del Universo.
En 1992 el equipo de COBE anunció la detección de la radiación de microondas.Arriba: Mapa indicando variaciones en temperaturas, regiones frías y calientes
relacionadas con el campo gravitatorio del Universo infantil (poco despuésdel Big Bang). Estas variaciones son las semillas que les dieron surgimiento
a los gigantescos cúmulos de galaxias que se extienden por cientosde millones de años luz por el Universo. Foto: NASA.
En el 2001, la NASA lanzó otro proyecto: Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) paramedir con mayor exactitud la radiación del fondo cósmico de microondas. Arriba: Mapa completo
del cielo - de la luz más vieja del Universo (380 mil años después de Big Bang).
Los colores indican puntos “más calientes” (rojo) y puntos “más fríos” (azul). Laforma de óvalo es una proyección para exhibir el cielo completo. Foto: NASA, 2003.
Si pudiéramos ver la radiación del fondo cósmico de microondas,
el cielo quizás se vería como en esta gráfica. (Emisiones de la televisión han sido eliminadas.)
Después de analizar la data de WMAP por varios años, en el 2006 la NASA distribuyó un informe y un
diagrama sobre el Big Bang y el desarrollo del Universo (arriba), detallando sus conclusiones, entre ellas:
1) En la fase inicial (izquierda), fluctuaciones cuánticas provocan una expansión exponencial - “una inflación” - estableciendo el Universo infantil. Luego de la “inflación” de corto tiempo, el Universo
sigue expandiéndose.2) La radiación del fondo cósmico de microondas (parte verde) se retrató a 400,000 años después
delBig Bang (BB); 3) Las primeras estrellas se forman a 400 millones de años posteriores al BB;
4) Las primeras galaxias y planetas comienzan a constituirse después de 1,000 millonesde años; 5) La edad del Universo es aproximadamente 13.7 mil millones de años; y
6) El Universo actual sigue su expansión y actualmente acelera, debidoa una energía que lo provoca. Foto: NASA, 2006.
Gráfica distribuida por la NASA, de la energía “negra”que actualmente provoca una aceleración de la expansión del Universo.
Sobre la “inflación” inicial: En menos de un segundo, el
tamaño de un parche del tejido del suelo cuántico aumentó exponencialmente, fijando la gran mayoría de la totalidad del
Universo.
Inflación (en amarillo)
Modelo de un universo esférico experimentando la“inflación” - crecimiento exponencial. En menos de un segundo un parche del tejido del suelo quántico creció
exponencialmente, estableciendo el Universo.
Tengamos en mente que las leyes de la física quegobiernan la realidad a nivel “cuántico” (al nivel de laspartículas subátomicas) son muy diferentes a las leyesde la física que gobiernan la realidad a nivel grande.
De acuerdo con el astrofísico teórico Brian Greene, si se examina el tejidodel suelo cuántico, a principio lo vemos liso, como cuando observamos el
mar desde mucha altura. Si ampliamos la región comenzamos a verlo áspero.
Y si magnificamos la región a nivel ultramicroscópico (subatómico), veremos
un suelo de fluctuaciones cuánticas, de “caos” y turbulaciones, dondepartículas energéticas virtuales son creadas y destruidas
constantemente. (Noten los tamaños subatómicos).
Formación departículas virtuales
(burbujas cuánticas).
Liso
Áspero
Fluctuaciones cuánticas
El tejido del suelo cuántico consiste de una turbulencia de partículas energéticasvirtuales, que constantemente entran y salen de existencia, proceso de ondulaciones
subatómico conocido como la “fluctuación cuántica”. Animación (arriba): NASA.
Las fluctuaciones quánticas son la condición aleatoria de la materia, en su estado de existencia o no existencia. A este nivel subatómico, el estado de la realidad es fugaz, siempre cambiando de un
nanosegundo al próximo. En un instante un parche de este suelo (por ejemplo una burbuja) seinflamó estructurando el Universo, desde un mundo subatómico a proporciones astronómicas.
Las fluctuaciones cuánticas entonces fueron convertidas, por la inflación, en fluctuacionesde materia que en su suma engendraron la formación de las estrellas y galaxias. A medida que
el Universo expandió, las fluctuaciones cuánticas crecieron hasta llegar a servariaciones en la cantidad de materia distribuida por todo el Universo.
Las fluctuaciones cuánticas le dieronnacimiento a la inflación y al Big Bang,
estableciendo el espacio-tiempo.
Big Bang Fluctuaciones cuánticas
“Estiramiento”(crecimiento del espacio)
Tiempo
La teoría del Big Bang es una explicación abarcadora y contundente que ha sido y siguesiendo verificada por observaciones y por la colección de data de todas las ramas de la ciencia.
Del Big Bang surge una explicación de cómo se desarrollaron las cuatro fuerzas fundamentales delUniverso: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil, y las partículas
subatómicas elementales, los átomos, los elementos, las estrellas, galaxias y planetas, etc.
“Actualmente el Universo expande gradualmente. Pero suexpansión inicial fue increíblemente rápida, cuando en un trillón de
unsegundo seguramente creció de la escala de las fluctuaciones
cuánticas.
De hecho, hoy día informamos que el panorama cosmológicoconocido como la Inflación resulta aún más cuantificado, por los tres
años de análisis de la data recogida por la nave espacial WMAP.
Los instrumentos de WMAP detectaron la radiación del fondo cósmicode microondas – la posluminiscencia de la luz más temprana del
Universo.
El éxito extraordinario de WMAP en explorar el primer trillónde un segundo y favorecer a modelos inflacionarias específicos,yace en su habilidad de hacer cálculos precisos sin precedentes,
de las propiedades del fondo de microondas.
Las propiedades sutiles fueron destiladas de las condiciones delUniverso temprano y relacionadas con sus primeros momentos de
existencia.
Esquemáticamente, este diagrama traza 13.7 mil millones de años (más un
trillón de un segundo...), la historia del Universo desde su estado cuántico, hasta la formación de las estrellas, galaxias, planetas y de
WMAP”.
Cita de los astrofísicos: Robert Nemiroff y Jerry Bonnell,participantes en el proyecto WMAP de la NASA.
La nave WMAP
Modelos deuniversos que procrean.
Muchos astrofísicospiensan que nuestro
Universo se reproduce.
A la izquierda dosmodelos de universos quese autoduplican, conocidos
como: la “inflación eterna” ela “inflación caótica”.
Ambos modelosde universos pasan
por las etapas de inflacióny expansión, y les dan
nacimiento a otrosuniversos.
En ambos casos,el Universo no tiene
comienzo independiente(creación por un Dios), nitampoco fin, debido a su habilidad integrada de
multiplicarse.
Algunos cosmólogos como Michio Kakupostulan que otras burbujas cuánticas
pudieron haberse inflado, creando otras regionesde espacio-tiempo, similares a nuestro Universo.
El cosmólogo Adrei Linde piensa que una burbuja inflada habría dehacer brotar otra burbuja, la cual, a su vez, habría de hacer brotar otra más.
En efecto, cada burbuja sería un nuevo Big Bang, un nuevo universocon características diferentes y quizás hasta con diferentesdimensiones. Nuestro universo sería tan sólo uno de ellos.
Cuando el astrofísicoStephen Hawking visitó
el Vaticano, el entonces papaJuan Pablo II le pidió "que
se abstuviera de estudiar elorigen del Universo",puesto que éste sólo
compete a Dios.
El científico bromeó:"Me alegró saber que él no se había percatado de que había presentado una ponencia en la
que teorizaba sobre cómoempezó el Universo.
No me hacíagracia la idea de ser
entregado a la Inquisicióncomo Galileo".
Materiales de interés relacionados con los temas de la presentación.
Páginas de Internet(para acceder a la página, pulse el botón de su ratón sobre el enlace en azul):A Review of the Universe (http://universe-review.ca);AstroMía (http://www.astromia.com);Astronomy Picture of the Day Archive (http://apod.nasa.gov/apod/archivepix.html);Ciencia@NASA, Archivo de Títulos 2007 (http://ciencia.nasa.gov/headlines/news_archive.htm);Hubble, The Entire Collection (http://hubblesite.org/gallery/album/entire_collection);NASA: New Three Year Results On the Oldest Light in the Universe (http://map.gsfc.nasa.gov/m_mm.html);NASA: Understanding the Evolution of Life in the Universe (http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101life.html)Teoría Cosmológica de la Inflación (http://home.earthlink.net/~umuri/_/Main/T_inflacion.html);The Self-Reproducing Inflationary Universe, Andrei Linde (http://www.stanford.edu/%7Ealinde/1032226.pdf).
Ponencia de vídeo a través de la Internet:The Universe From the Ground Up, Alan Guth (http://www.nsf.gov/news/mmg/mmg_disp.cfm?med_id=52181). Se necesita RealPlayer para ver la ponencia.
DVD:Einstein Revealed, NOVA; Einstein’s Relativity and the Quantum Revolution, The Teaching Company; Evidence: The Case for NASA UFOs, Terra Entertainment; Frequency, New Line Productions; Hyperspace, BBC; Origins: Fourteen Years of Cosmic Evolution, NOVA; Particle Physics for Non-Physicists, The Learning Company; Starry Night, Imaginova; Stephen Hawking’s Universe, PBS; The Race to the Moon, History Channel; The Elegant Universe, NOVA.
Libros: Atom, Isaac Asimov; Beyond Einstein, Michio Kaku & Jennifer Thompson; The Illustrated A Brief History of Time, Stephen Hawking; Cosmos, Carl Sagan; Cosmos: A Field Guide, Giles Sparrow; In Search of Schrodinger’s Cat, John Gribbin; Introducing Quantum Theory, J.P. McEvoy & Oscar Zarate; Nature Loves to Hide, Shimon Malin; Origins: Fourteen Billion Years of Cosmic Evolution, Neil De Grasse Tyson & Donald Goldsmith; Parallel Universes, Fred Alan Wolf; Parallel Worlds: A Journey Through Creation, Higher Dimensions, and the Future of the Cosmos, Michio Kaku; Quantum Reality, Nick Herbert; Relativity and Common Sense, Hermann Bondi; Relativity, Albert Einstein; Relativity Visualized, Lewis Carroll Epstein; The Elegant Universe, Brian Greene; The Self-Aware Universe, Amit Goswami; The Ilustrated On the Shoulders of Giants, Stephen Hawking; The Ghost In the Atom, P.C.W. Davies and J.R. Brown; The Illustrated Atlas of the Unviverse, Mark Garlick & Wil Tirion; The Fabric of Reality, David Deutsch; The Fabric of the Cosmos, Brian Greene; The Illustrated Universe In a Nutshell, Stephen Hawking; Three Roads to Quantum Gravity, Lee Smolin; What Is Life?, Erwin Schrodinger; Wholeness and the Implicate Order, David Bohm.
La presentación:¿Cómo nació el Universo?fue creada por Tom Soto
([email protected])Todos los materiales utilizados para su construcción fueron
tomados de la Internet.
La mayoría de losmateriales revisados fueron
escritos en inglés. Para acceder amateriales en español utilice
cualquier programa debúsqueda como “Google”,“Yahoo”, o “Search” de
Internet Explorer.
Otras presentaciones (slide shows) disponibles: Aprendiendo a vivir; Para el que no lo sepa, El
beso y Qué revelan tus genes.