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La expansión acelerada del Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo    ~    Comentarios Comments (34)

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El Premio Nobelk de Física de 2011 se otorgó a los tres físicos que arriba podeis contemplar “por el descubrimiento de la expansión acelerada del universo gracias a observaciones de supernovas lejanas”. Es sin duda una de los hallazgos más extraordinarios que nos ha ofrecido la cosmología desde el descubrimiento del fondo cósmico de radiación de microondas. Gracias a estas observaciones, ahora sabemos que el universo no sólo se expande sino que lo hace de forma acelerada, en contra de lo esperado si estuviera compuesto de materia ordinaria.

(Es curioso que, después de que los premios fuesen concedidos a estos físicos, ha salido un español que, según dice y ha sido publicado, tenía registrado el trabajo, o uno similar, al que ha valido el novel de 2.011 a estos de arriba. La polémica está en marcha).

materia

Los astrónomos dicen que han encontrado las mejores pruebas hasta la fecha sobre la Materia Oscura, la misteriosa sustancia invisible que se cree constituye la mayor parte de la masa del universo. En la imagen de arriba han querido significar, diferenciándola en colores, las dos clases de materia, la bariónica y la oscura que, en este caso, sería la azulada -según dicen-. Sin embargo, la imagen no refleja la proporción que dicen existe entre la una y la otra.

Para poder comprender este resultado tan extraordinario, podríamos poner un ejemplo sencillo: Por ejemplo, si lanzamos una pelota con fuerza hacia arriba, ésta sale despedida en la medida de la fuerza que la impulsó, y, llegado a un punto, la Gravedad que ejerce la Tierra sobre ella, la hará caer de nuevo. Sin embargo, si lanzamos la pelota con mucha más fuerza, ésta podría vencer la gravedad terrestre y salir al espacio exterior y escapar a velocidades cada vez menores. Sin embargo, lo que han observado los investigadores que han recibido el Nobel en 2011, es que el universo no se comporta de esta manera. En lugar de frenarse conforme se expande, el universo parece expandirse de forma acelerada. En la analogía de la pelota, es como si esta, una vez escapara de la Tierra, se alejara con una velocidad cada vez mayor. De esta realidad observada, se deduce de manera clara que, sobre el Universo, está actuando una fuerza desconocida que lo atrae y supera la atracción gravitacional de toda la materia que contiene conocida por nosotros.

Pero antes de describir las observaciones, recapitulemos sobre lo que sabemos del universo hasta ahora. La expansión del universo fue descubierta en los años 20 del pasado siglo por Vesto Slipher, Knut Lundmark, Georges Lemaítre y Edwin Hubble. El ritmo de exdpansión depende del contenido de energía, y un universo que contiene sólo materia termina frenándose gracias a la fuerza de gravedad.

                  Las galaxias se alejan las unas de las otras ganando velocidad

Las observaciones de la recesión de las galaxias, así como de las abundancias de elementos ligeros, pero sobre todo del fondo de radiación de microondas, nos han permitido construir una imagen del universo en expansión, a partir de un origen extremadamente caliente y denso, que se va enfriando conforme se expande. Hasta hace unas décadas se creía que esa expansión era cada vez más lenta y se especulaba sobre la posibilidad de que eventualmente el universo “recolapsara”. Sin embargo, las observaciones de la luz que nos llega de supernovas a distancias astronómicas, de hasta siete mil millones de años-luz -hechas por dos colaboraciones independientes: El Supernovae Cosmology Project,  liderado por Saul Perlmutter, y el High Redshift Supernova Project,  de Brian Schmidt y Adam Riess- mostraron que actualmente el ritmo de expansión está acelerándose, en lugar de decelerarse.

Estas observaciones han sido posible gracias  a que las supernovas de tipo Ia son explosiones extraordinariamente violentas que se ven a enormes distancias y afortunadamente siguen un patrón de luminosidad característico, llegando a su máximo pocos días después de la explosión y a partir de ahí lentamnete decreciendo en luminosidad hasta que dejamos de verla. La relación entre la máxima luminosidad y el período de decrecimiento se puede calibrar con supernovas cercanas, de manera que midiendo estos períodos para muchas supernovas podemos deducir su distancvia a nosotros y de ahí el ritmo de expansión del universo desde el momento en que la supernova explotó hace miles de millones de años. Las medidas de las supernovas lejanas muestran no sólo que el universo se está expandiendo aceleradamente hoy día, sino también que en el pasado lo hacia de forma decelerada, lo que concuerda con nuestras predicciones basadas en la Teoría de Einstein.

En el contexto del Modelo estándar cosmológico, la aceleración se cree causada por la energía del vacío -a menudo llamada “energía oscura”- una componente que da cuenta de aproximadamente el 73% de toda la densidad de energía del universo. Del resto, cerca del 23%, sería debido a una forma desconocida de materia a la que llamamos “materia oscura”. Sólo alrededor del 4% de la densidad de la energía correspondería a la materia ordinaria, es decir, la que llamamos Bariónica, esa que emite radiación, la luminosa y de la que estamos nosotros constituidos, así como las estrellas, los mundos y las galaxias. Es, precisamente esa luz, la que nos permite adentrarnos en lo más profundo del universo desconocido, lejano y oscuro para poder saber, sobre estos misterios.

En nuestras vidas cotidianas, los efectos de la energía de vacío son ínfimos, diminutos, pero aún así detectables en pequeñas correcciones a los niveles de las energías de los átomos. En Teorías de campos relativistas, la energía de vacío está dada por una expresión matemáticamente idéntica y físicamente indistinguible de la famosa constante cosmológica, o por el contrario varia con el tiempo, algo que tendría consecuencias importantísimas para el destino del universo y que es un tema de investigación candente en cosmología, con varios experimentos propuestos para detectarlo.

 

Tipos de espacio según la densidad crítica del universo. Es decir, dependiendo del valor de Omega, tendremos un universo abierto, cerrado o plano. De momento, todos los indicios nos dicen que estamos  en un universo plano que se expandirá para siempre.

En fin amigos, el tema es interesante y lo continuaremos en otro momento…

Le he robado un rato al trabajo para dejar esta página en el Blog por estimarla de interés para que todos, estén al día de los últimos descubrimientos en relación al universo en el que vivímos.

Saludos.

 

  1. 16
    Zephyros
    el 17 de mayo del 2012 a las 19:56

    Hipótesis: En un Universo cerrado en continua expansión y enfriamiento, sin posibilidad de retorno a un Big Crunch sólo queda un posible fin: distribución uniforme de la energía, máximo de entropía, temperatura con tendencia al cero absoluto y nada de materia, sólo radiación de baja frecuencia uniforme como un fondo de microondas que ya conocemos.

    Se estima que todas las partículas tienen su periodo de desintegración, aunque sea de miles y miles de millones de millones de años. Por tiempo será.

    La única posible actividad será cuántica y por tanto el tiempo en esas condiciones habrá terminado en el concepto que manejamos macroscópicamente. Desolador. Pero nuestras Leyes de la Física que conocemos apuntan por ahí en el escenario presentado.

    Pero podría haber alternativas, efectivamente: universo no cerrado (incluido en otro mayor…), multiversos, universo mayor y desconocido con otras propiedades, cambios a la larga de las Ctes universales que modifiquen la dinámica y propiedades de la materia y del espacio… sólo podemos especular.

    Pero cuando especulemos, que está bien hacerlo, debemos no confundir y usar términos poco ambiguos y bien definidos. No podemos usar conceptos asentados y bien definidos manipulándolos para explicar lo desconocido (p. ej. caso de campo escalar magnético). La credibilidad se pierde desde el minuto cero argumentando de esa forma.

    Es mi opinión, y creo que este blog es un blog de Ciencia, que trata de difundir el conocimiento científico e histórico de la Ciencia. Al menos así interpreto la intención de Emilio al crear y hacer crecer este magnífico sitio.
     

    Responder
  2. 17
    jose german vidal palencia
    el 17 de mayo del 2012 a las 21:13

     
    Estimado Zephiros:
     
    Tu comentario deja ver que eres conocedor de los asuntos cosmológicos contemporáneos, sería interesante conocer tu particular punto de vista que se maneja en esta particular página del Blog de Ciencias de Don Emilio titulada, “La expansión acelerada del Universo”.
    Saludos.
     
     

    Responder
  3. 18
    Roberto Conde
    el 18 de mayo del 2012 a las 0:38

    Bueno, pues parece que uno de los tests (geométricos, con galaxias como varas de medir) que se están barajando podrían descartar (o hacer muy muy raro), mientras que parecen encajar muy bien con un universo euclídeo “estático”.
    A lo mejor es más temprano que tarde.

    De todas formas sigo pensando que tratando cosmología somos como peces miopes en una pecera. ¡Pero ya se sabe que la cantidad de información es inversamente proporcional al entusiasmo!
    PD: Nótese la frase del pobre autor en el abstract, diría que asustado de que le vayan a etiquetar de fringe.

    Responder
    • 18.1
      Roberto Conde
      el 18 de mayo del 2012 a las 0:40

      [...] podrían descartar (o hacer muy muy raro) el modelo de expansión acelerada [...]

      Responder
    • 18.2
      Roberto Conde
      el 18 de mayo del 2012 a las 0:47

      ¡Vaya crack este Martín López Corredoira!

      Responder
      • 18.2.1
        Roberto Conde
        el 18 de mayo del 2012 a las 1:00

        Os recomiendo la siguiente lectura (en español) de este crack acerca de la cosmología. Coincido plenamente en todo lo que expone.

        Responder
  4. 19
    emilio silvera
    el 18 de mayo del 2012 a las 5:08

    Estimados amigos::
    Mientras el Universo se expande  y va abriendo nuevos espacios, parémonos aquí, en la Tierra, y dediquemos un instante a felicitar a una una buena persona. ¡Felicidades! amigo Zephyros y, sobre todo, …que cumplas muchos más.
    En cuanto a lo otro, todos son modelos. El que ahora nos ocupa es el modelo en el que el espacio entre los objetos muy separados…está aumentando. En el Universo real, los objetos vecinos como los pares de galaxias próximas entre sí no se separan debido a que su atracción gravitatoria mutuas supera los efectos de la expansión. Sería, en ese caso, dos pasas que están juntitas cuando el pastel incrementa su tamaño y se expande. Claro que, el espacio entre dos galaxias muy separadas, o entre dos cúmulos de galaxias, aumentará a medida que el universo se expande y va creando nuevos espacios.
    Un abrazo amigos.

    Responder
    • 19.1
      Zephyros
      el 18 de mayo del 2012 a las 20:30

      Gracias Emilio!!

      Como se suele decir: que los veáis (bueno que los leáis en este caso) :D

      Saludos! 

      Responder
  5. 20
    jose german vidal palencia
    el 18 de mayo del 2012 a las 12:13

     
    Estimado amigo Zephiros, antes que nada ¡un abrazo!, por su cumpleaños, le deseo lo mejor, por siempre!!
     
    Le pido disculpas por no haber notado a tiempo su comentario 15, donde expuso un interesante comentario en relación a los asuntos que trata esta página electrónica. Seguramente se debió a mi distracción por la lluvia de comentarios que admirablemente se dieron a partir de ese 17 de mayo de 2012, lo cual me orilló a sugerirle un punto de vista sobre el particular en mi comentario 17, como respuesta a su 16.
     
    Haciendo acuse de recibo de su 15, quiero comentarle que consideraré su petición para que defina los conceptos campo escalar y campo magnético, que aplico a mi modelo de Universo Global Esférico, a la mayor brevedad posible.
     
    ¡¡Un saludo afectuoso, extensivo para todos!!
     
     
     
     
     

    Responder
    • 20.1
      Zephyros
      el 18 de mayo del 2012 a las 20:32

      Muchas gracias jgvp

      Saludos! 

      Responder
  6. 21
    jose german vidal palencia
    el 19 de mayo del 2012 a las 4:43

     
    Estimado Zephyros: Le agradeceré paciencia a su pedido comentado en el 15 de esta página, antes tengo que concluir algunos asuntos que estoy por terminar. Sin embargo, le adelanto mi agradecimiento por su esfuerzo de falsación que me brinda en relación a lo que pueda haber leído de mi escrito. Es una tarea vuestra que me sabe a miel, aunque a algunas personas pudiera derretírseles la hiel de su hígado por el coraje de que pudiera estar yo en lo cierto. Casi garantizo que lo estoy, por lo tanto prevengan algún medicamento para que no vayan a caer en una cirrosis que les empeore su salud, dicho todo esto con el mejor humor de que soy capaz y sin afán de querer molestar a alguien en particular. He estado revisando mi postura conceptual, y ese punto que usted toca, no es que lo haya dejado inconscientemente ambiguo, sino que de momento no quise abundar más en él. Creo que este es el mejor momento de hacerlo, en cuanto me sea posible. No creo que corra prisa, más bien hay que disfrutar los momentos en que se dan las aclaraciones, en favor de unos o de otros, de los que presentan ideas, cualesquiera que estas sean.
     
    Saludos afectuosos.
     

    Responder
  7. 22
    jose german vidal palencia
    el 19 de mayo del 2012 a las 14:29

     
    Estimado amigo Zephiroz, me está latiendo que el comentario 15 que usted tan amablemente ha expresado, va a ser el inicio de un largo debate que se estará dando en este blog de ciencias de Don Emilio, como usted bien hace notar o sugerir, hacer una participación honorable de quienes intervengan, será lo más adecuado, por respeto a todos, y mas que nada a Don Emilio, quien ha tenido el espíritu férreo del buen divulgador científico en beneficio de las mayorías que nos leen, participen o no.
     
    Por principios de cuentas, déjeme decirle que mi artículo denominado “Electrón, protón, origen descubierto” que se puede encontrar en:
     
    http://www.wix.com/universounificado/particulaselementales ,
     
     expresado en diferentes blogs, es como una casa en construcción, lo primero que se hace en casos como este es establecer los cimientos a partir de una explicación básica.
     
     Como yo ya había explicado alguna vez, no soy profesional en los diferentes temas científicos que puede tratar un argumento tan laborioso como este, que contempla, ni más ni menos, por primera vez en el mundo, una posible unificación de ideas sobre el micro y macro universo del cual somos parte, concretamente derivado de conocimientos empíricos, y no de teorías matemáticas de físicos que exploran aquí y allá formulaciones de las cuales se puedan derivar explicaciones lógicas, las cuales, como ya se ha visto en varios escenarios, aciertan, pero dado por hecho que algunas veces aparecen errores “conscientes” e “inconscientes, que hacen exteriorizar expresiones como la conocida de Einstein que refería el “error” más grande de su vida, cuando dio a conocer sus ecuaciones de desambiguación respecto de la constante cosmológica. Error que ahora mismo en los ámbitos del concierto científico internacional relacionado con el tema cosmológico, lo consideran imprescindible para comprender la actualidad física dentro de la cosmología y sus diversas ramas asociadas como lo es la astrofísica, por sólo mencionar una.
     
    En mi caso, la argumentación conceptual que construyo poco a poco, no es el equivalente a un cuento de brujas o de hadas, donde un lobo feroz aparece y quiere destruir con solo soplar sobre ella. Aplaudo a los que tratan de hacerlo, porque me da la oportunidad de apreciar los faltantes que hay que apuntalar. Después de todo, una casa no se hace con una varita mágica, sino poco a poco…hay que poner una ventana aquí,  otra allá, quitar aquello que se ve mal, colocar otra cosa en su lugar, etc, etc,.
     
    Le doy gracias a la vida y a la naturaleza que  ella  ha creado, que existan gentes interesadas en buscar las verdades que nos ofrece el Universo, construyendo, criticando, destruyendo lo inútil, tal son los que ahora mismo intervienen en las diferentes páginas del Blog de Ciencias del maestro Don Emilio Silvera, a todos ellos mi reconocimiento.
     
    Un saludo afectuoso para tod@s.
     
     
     
     
     

    Responder
  8. 23
    jose german vidal palencia
    el 23 de mayo del 2012 a las 14:40

     
    Estimados amig@s:
     
    Sobre mi artículo “Electrón, protón, origen descubierto” que se encuentra en http://www.wix.com/universounificado/particulaselementales , presento la siguiente actualización  sobre los conceptos campo escalar y campo magnético que expreso en el siguiente párrafo, lo hago a continuación de que lo lean nuevamente:
     
    “En este trabajo, el campo que menciona Peter Higgs (campo de Higgs) aquí se denomina como Campo Gravitatorio Primario, el cual se encuentra generado en forma de campo escalar derivado del cuerpo esférico del UG, el cual debe tener origen en su superficie esférica magnética interna, distribuyéndose en su interior en forma de líneas de fuerza magnéticas radiales que convergen en su CEUG, en donde debe encontrarse establecido permanentemente el centro de masa, geométrico y gravitacional del Universo Global. (CGUG)
     
    Explicación:
     
    Cuando estamos considerando un Universo Global Esférico (UG), se está haciendo referencia a un sistema físico de constitución magnética, que llego a desarrollarse hasta completar una estructura definida donde se encuentra establecida  materia bariónica dentro de él (el universo de galaxias), bajo el proceso mencionado a lo largo del presente artículo.
     
    Queda por considerar mediante explicación adicional, que dicho sistema físico de estructura geométrica esférica, es un ente con todas las características de un cuerpo magnético del cual emergen campos magnéticos (fuente) en formas de líneas de fuerza que convergen en su centro geométrico (sumidero), donde en este mismo se encuentra constituido el centro de masa del sistema. Esto, considerando la acción magnética de su cara interna, ya que campos magnéticos similares se dan en su cara externa, donde las líneas de fuerza se originan yendo hacia el exterior distribuyéndose de manera divergente a su alrededor. (El sumidero correspondiente se encuentra conectado con el campo magnetostático del espacio exterior al sistema esférico considerado)
     
    Visto este sistema físico como cuerpo único en lo que se refiere a su constitución esférica estructural, y considerado como elemento que tiene constituido en su interior campos magnéticos que en él se originan, la percepción primera es de que estos se encuentran uniformemente distribuidos con gradiente que tiene como referencia su centro de masa, geométrico y gravitacional identificado como (CGUG), respecto de su superficie esférica interna. Resulta de esta consideración que los campos magnéticos dentro de este sistema físico, son gradiente de un campo escalar, dado que las líneas de fuerza de ellos deben ser ortogonales respecto de magnitudes escalares establecidas a partir de superficies equipotenciales. En otras palabras, la descripción de campos magnéticos explicados constituye en equivalencia el Campo de Gravedad Primario establecido en el sistema físico que se denomina Universo Global Esférico (UG)
     
    La materia bariónica que conforma el universo de galaxias conocido, se encuentra establecida en el interior del UG, desarrollándose de manera dinámica en un espacio en donde las magnitudes de energía y masa correspondientes, se constituyen como campos vectoriales. Esta masa bariónica considerada, es la que, en cada de una de sus fracciones posibles, se genera un Campo Gravitatorio Secundario, todos en conjunto, inmersos en el Campo Gravitacional Primario del Universo Global Esférico, descrito.
     
    Agradeceré correcciones, gracias por su atención.
     
     
     

    Responder
  9. 24
    jose german vidal palencia
    el 24 de mayo del 2012 a las 3:14

     
    Corrección del autor sobre el párrafo correspondiente:
     
     Esto, considerando la acción magnética de su cara interna, ya que campos magnéticos similares se dan en su cara externa que es sumidero magnético del sistema dipolo magnético considerado como UG. Las líneas de fuerza magnéticas correspondientes se encuentran distribuidas en forma divergente con alineación ortogonal, conectadas con el campo magnetostático del espacio exterior del UG.
     
     
     

    Responder
  10. 25
    jose german vidal palencia
    el 25 de mayo del 2012 a las 6:51

     
    Estimad@s amig@s:
     
    “Sería temerario explicar lo desconocido con lo desconocido”, es una frase que ha destacado entre los comentaristas de esta página específica, descalificando por supuesto algunas ideas referidas a la aceleración del universo por la presencia de una “energía oscura”. Yo más bien creo, que en lo general no se comprende el fenómeno de la aceleración del universo, por más que es explicado por expertos como los galardonados Premio Nobel de Física 2011, que han demostrado científicamente que existe un “algo energético” incomprensible que la propicia. Pero, que algunos no comprendan los alcances logrados en esa materia bajo investigación, no quiere decir que la tarea hecha sea incorrecta, quienes así lo piensan, mejor deberían expresar la frase: “explicar lo incomprensible con lo incomprensible, sería temerario”. En eso si estaría yo de acuerdo, y mejor ni meterse en lo que no se comprende.
     
    Sin embargo, si alguien comprende un fenómeno y lo puede explicar, bien puede hacerlo sin que peque de temerario. Que otros no comprendan o no quieran aceptar argumentos postulados, es otra cosa distinta.    
     
    Como en el caso del comentario 15, donde se expresa la idea del pastel con pasas horneándose y su movimiento relativo mientras ocurre ese proceso. En este párrafo de 7 líneas, no se considera como ocurre la aceleración del universo, sólo su expansión relativa. Y dejemos de lado si es el material galáctico o el espacio el que se expande, esa no es la cuestión, la cuestión es comprender como se desarrolla la aceleración del universo, o el espacio-tiempo, que es lo mismo.
     
    Una explicación aceptada para comprender como es el desarrollo del fenómeno físico llamado aceleración del universo, tomando como base de explicación comparativa un bizcocho o un pastel de pasas horneándose, sería el siguiente que comenté recientemente:
     
    .Estimado Javier: Tomando tu analogía del “bizcocho de pasas” y la forma constante en que éste crece cuando está siendo horneado a temperatura constante, tienes razón en tu apreciación física de lo que acontece en ese fenómeno considerado evolucionando uniformemente. Pero la presencia de la “energía oscura” actuando sobre el contenido estelar del universo, sería como si la temperatura de horneado del bizcocho, algo o alguien la aumentara gradualmente. La consecuencia sería una “expansión acelerada” del biscocho a ritmo exponencial. Está demostrado científica y experimentalmente, que la presencia de una “energía oscura” en aumento (desconocido su estatus físico) está causando la aceleración del universo.
     
    Este comentario lo expresé el día 15 de mayo en otro blog en la página Premio Nobel de Física 2011 de Francis. En el pueden ver los comentarios asociados.
     
    Saludos a tod@s
     
     
     

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