¿Cómo
nació el Universo?
El interior de
la nebulosa Águila.
Ésta es la Vía Láctea, la galaxia
donde está colocado nuestro sistema
solar. Estamos mirando hacia su centro.
Alrededor hay millones de estrellas.
La ciencia ha determinado que el Universo
lleva 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, difundida
por 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 masivos
curvando la luz, observar agujeros negros y detectar la presencia de los elementos por todo el Universo. Los
resultados 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 astrónomo
Edwin Hubble observó las
galaxias fuera de la Vía Láctea,
transformando la percepción
científica sobre el Universo.
Tomando placas
fotográficas de la nebulosa
Andrómeda, Hubble mostró que
ésta no era una mera masa de gas
(como otros postulaban), sino
otra galaxia formada por
millones de estrellas.
Hubble desarrolló un
método para calcular las
distancias de las galaxias y así
computó un tamaño más exacto del
Universo, el cual era más vasto
de lo que nadie se imaginaba.
Izquierda: Edwin Hubble
en el telescopio de Mt. Wilson.
Al calcular las distancias de las galaxias, Hubble
descubrió que éstas se alejaban rápidamente,
es decir, que el Universo se agrandaba.
Este crecimiento de las distancias entre las galaxias apuntó a que en el
pasado 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: Mientras
el universo aumenta en tamaño, las galaxias se distancian.
Antes de las observaciones de Hubble, en el 1915 Albert Einstein desarrolló
la Teoría General de la Relatividad que entre otras cosas concluía que el
espacio es dinámico, debería expandir y/o contraer. Einstein se negó a creer
el 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 galaxias
son las pasas adentro del bizcocho. A medida que el bizcocho se expande, las
pasas 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 pasas
incrementa, 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.
Tiempo
X
Y
Big Bang
En el 1948, los físicos Georgi Gamow y Ralph Alpher postularon que
las reacciones nucleares, que ocurrieron inmediatamente después del Big
Bang, requerían un comienzo a temperaturas muy elevadas y que según los cálculos
el 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 después
del Big Bang). Estas variaciones son las semillas que les dieron surgimiento
a los gigantescos cúmulos de galaxias que se extienden por cientos
de millones de años luz por el Universo. Foto: NASA.
En el 2001, la NASA lanzó otro proyecto: Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) para
medir 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). La
forma 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 del
Big 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 millones
de 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, debido
a 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.
Inflación (en amarillo)
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.
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 que
gobiernan la realidad a nivel “cuántico” (al nivel de las
partículas subátomicas) son muy diferentes a las leyes
de la física que gobiernan la realidad a nivel grande.
Liso
Áspero
Fluctuaciones cuánticas
De acuerdo con el astrofísico teórico Brian Greene, si se examina el tejido
del 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, donde
partículas energéticas virtuales son creadas y destruidas
constantemente. (Noten los tamaños subatómicos).
Formación de
partículas virtuales
(burbujas cuánticas).
El tejido del suelo cuántico consiste de una turbulencia de partículas energéticas
virtuales, 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) se
inflamó estructurando el Universo, desde un mundo subatómico a proporciones astronómicas.
Las fluctuaciones cuánticas entonces fueron convertidas, por la inflación, en fluctuaciones
de 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 ser
variaciones en la cantidad de materia distribuida por todo el Universo.
Las fluctuaciones cuánticas le dieron
nacimiento a la inflación y al Big Bang,
estableciendo el espacio-tiempo.
“Estiramiento”(crecimiento del espacio)
Tiempo
Big Bang
Fluctuaciones cuánticas
La teoría del Big Bang es una explicación abarcadora y contundente que ha sido y sigue
siendo 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 del
Universo: 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 su
expansión inicial fue increíblemente rápida, cuando en un trillón de un
segundo seguramente creció de la escala de las fluctuaciones cuánticas.
De hecho, hoy día informamos que el panorama cosmológico
conocido 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 cósmico
de microondas – la posluminiscencia de la luz más temprana del Universo.
La nave WMAP
El éxito extraordinario de WMAP en explorar el primer trillón
de 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 del
Universo 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.
Modelos de
universos que procrean.
Muchos astrofísicos
piensan que nuestro
Universo se reproduce.
A la izquierda dos
modelos de universos que
se autoduplican, conocidos
como: la “inflación eterna” e
la “inflación caótica”.
Ambos modelos
de universos pasan
por las etapas de inflación
y expansión, y les dan
nacimiento a otros
universos.
En ambos casos,
el Universo no tiene
comienzo independiente
(creación por un Dios), ni
tampoco fin, debido a su
habilidad integrada de
multiplicarse.
Algunos cosmólogos como Michio Kaku
postulan que otras burbujas cuánticas
pudieron haberse inflado, creando otras regiones
de espacio-tiempo, similares a nuestro Universo.
El cosmólogo Adrei Linde piensa que una burbuja inflada habría de
hacer 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 universo
con características diferentes y quizás hasta con diferentes
dimensiones. Nuestro universo sería tan sólo uno de ellos.
Cuando el astrofísico
Stephen Hawking visitó
el Vaticano, el entonces papa
Juan Pablo II le pidió "que
se abstuviera de estudiar el
origen 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 cómo
empezó el Universo.
No me hacía
gracia la idea de ser
entregado a la Inquisición
como 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);
[email protected], 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.
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 los
materiales revisados fueron
escritos en inglés. Para acceder a
materiales en español utilice
cualquier programa de
búsqueda 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.
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.
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