jueves, 27 de julio del 2017 Fecha
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Conocer la Naturaleza, sus secretos

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Los secretos del Universo    ~    Comentarios Comments (0)

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                       El amanecer del día es tan antiguo que se pierde en la noche de los tiempos

Desde tiempos inmemoriales, se hizo cada vez más evidente para nuestros antepsados que en la Naturaleza se daban sucesos predecibles y también impredecibles. Unos eran repetitivos, como el día y la noche y otros, nunca se veían venir, como los temblores de la Tierra. Así, los aspectos impredecibles eran peligrosos y temibles. En aquellos tiempos remotos, decían que eran castigos de los dioses por el compiortamiento humano y, ahí estaban incluídos desde la erupción de un volcán, un Tsunami o un terremoto. También plagas, desastres y pestilencias que asotaron al mundo se vieron como un castigo.

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Mucho menos interés tenían las predecibilidades de los comportamientos de la Naturaleza que, por cotidianos, se veían naturales y eran, al ser conocidos, aprovechados de una u otra manera. Advirtiendo y explotando los cambios periódicos del entorno, podían prepararse las cosechas, hacer acopios para el invierno y construir defensas contra las incursiones del viento y de las aguas. Estas regularidades de la Naturaleza se reflejaron en el comportamiento de las Sociedades estables que se estructuraron alrededor de estosm sucesos y generaron una creencia en la ley y el orden a escala cósmica.

                              Lo impredecible

Finalmente, ayudadas por la fe monoteísta de muchas sociedades occidentales, estas creencias alimentaron la idea de que existían cosas llamadas “leyes de la Naturaleza” que son válidas en todos los tiempos y lugares. Estas leyes universales prescriben el modo en que se comportaran las cosqas y no, como las leyes humanas que son cambiantes y dependen de criterios que no siempre están aconsejados por la razón.

Hemos llegado a comprender que las leyes de cambio siempre pueden reemplazarse por el requisito de que algún otro aspecto de la Naturaleza no cambie: es lo que llaman el principio de conservación o una invariancia de la Naturaleza. Se cree que la energía es un ejemplo primordial. Puede ser intercambiada y reorganizada de formas diferentes pero, al final, cuando se hace la suma, la energía total debe ser siempre la misma.

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Hasta la década de 1970 los físicos estaban impresionados por esta correspondencia entre leyes de la Naturaleza y pautas invariables que empezaron a explotar el catálogo de pautas invariables en busca de candidatos para las leyes de cambio asociadas. Las cuatro fuerzas básicas de la Naturaleza -Gravedad, electricidad y magnetismo, radiactividad e interacciones nucleares- eran descritas por teorías de este tipo. Cada una de estas cuatro fuerzas de la Naturaleza corresponde a una pauta independiente que se conserva cuando algo sucede en la Naturaleza: cuando un núcleo radiactivo se desintegra o un imán en movimiento en la dinámo de una bicicleta produce una corriente eléctrica.

Todo esto eran buenas noticias para los físicos. A mediados de la década de 1970 tenían teorías separadas para la Gravedad, el Electromagnetismo, la Fuerza débil (de la que se deriva la radiactividad) y la Fuerza fuerte (de la que se deriva las fuerzas nucleares) que estaban de acuerdo con los sucesos observados. La conservación de una pauta invariable en cada caso requería que existiese la respectiva fuerza de la Naturaleza y determinara en detalle cómo y sobre qué debería actuar. ¿Por qué debería el mundo estar gobernado por cuatro pautas invariables diferentes?

Hemos aprendido que las fuerzas de la naturaleza no son tan diferentes como a primera vista nos pueden parecer. Parecen tener intensidades muy diferentes y actuar sobre partículas elementales diferentes. Pero esto es una ilusión creada por nuestra necesidad de habitar un lugar en el Universo donde la temperatura es más bien baja; suficientemente baja para que existan átomos y moléculas. Conforme la temperatura aumenta y las partículas elementales de materia colisionan entre sí a energías cada vez más altas, las fuerzas separadas que gobiernan nuestro mundo quiescente a baja temperatura se hacen cada vez más parecidas. Las fuerzas fuertes se debilitan y las fuerzas débiles se fortalecen. aparecen nuevas partículas a medida que se alcanzan temperaturas más elevadas y consiguen producir interacciones entre las familias separadas de partículas que, a bajas temperaturas, parecen estar aisladas entre sí.

 

Gran número de partículas generadas después del choque en el Gran Colisionador de Hadrones.

Las partículas viajan a velocidades cercanas a la velocidad de la luz y haces de hadrones chocan con tal violencia que, a muchos miles de millones de grados de temperatura, surge una nueva materia y partículas desconocidas que, durante una pequeñísima fracción de tiempo – de una trillonésima de segundo- son captadas por las potentes computadoras para que, posteriormente, los expertos experimentadores, diluciden los misterios que han surgido de ese big bang en miniatura.

Así, poco a poco, a medida que alcanzamos esas inimaginables condiciones de la temperatura “última” que Max Planck encontró definida por las cuatro constantes G, k, c y h, esperamos que las diferencias se vayan borrando completamente y que las fuerzas de la Naturaleza presenten al fín, un único frente unido como se cree que sucedía al principio de todo, antes de que las temperaturas iniciales del Universo se enfriaran y diera lugar a que, la única fuerza existente en aquel momento, se escindiera en las cuatro que hoy conocemos.

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Ahí, en ese recinto misterioso se producen conexiones sin fin que generan los pensamientos

Todo esto que aquí podemos contar es posible gracias a que existe algo que llamamos cerebro en el que se estructura un algo que llamamos mente y que, ha llegado a un nivel de consciencia  de inusitada grandeza, capaz de percibir esos parámetros y pautas de la Naturaleza que la hacen como es y que, permiten que dicha mente pueda estar presente para observar todo lo que aquí ocurre en tan inmenso Universo.

Hay cosas que se nos escapan pero que, de alguna manera presentimos. Por ejemplo, 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.

 

Imaginar lo que puediera ser… siempre se nos ha dado muy bien y, a veces, hasta hemos acertado.

Es cierto que existen campos en los que tenemos dudas y queremos seguir avanzando, es mucha la ignorancia que sobre nuestros hombros cargamos pero, por ejemplo, si bien existe confusión e intriga acerca de su uso y factibilidad, la computación cuántica no es un sueño. De hecho, muchos expertos la ven como inevitable. En los computadores tradicionales, el procesamiento paralelo divide una tarea en partes y las delega a procesadores separados. La computación cuántica hace mas o menos lo mismo, solo que el procesamiento ocurre a nivel subatómico, donde rigen las leyes de la mecánica cuántica.

Mientras que un bit magnético tradicional puede representar solo un 1 o un 0, los bits cuánticos, o “qubits”, consistentes de atomos y partículas subatómicas ofrecen una gama de posibilidades exóticas. Un computador cuántico puede guardar datos en el espín de los electrónes, o en la posición de un cierto electrón. Un qubit, por ejemplo, puede ser 0, 1 y 0 y 1 al mismo tiempo, permitiendo la construcción de procesadores inmensamente más rápidos que los procesadores tradicionales.

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Sabemos que, en el centro del átomo se encuentra un pequeño grano compacto aproximadamente 100.000 veces más pequeño que el propio átomo: el núcleo atómico. Su masa, e incluso más aún su carga eléctrica, determinan las propiedades del átomo del cual forma parte. Debido a la solidez del núcleo parece que los átomos, que dan forma a nuestro mundo cotidiano, son intercambiables entre sí, e incluso cuando interaccionan entre ellos para formar sustancias químicas (los elementos). Pero el núcleo, a pesar de ser tan sólido, puede partirse. Si dos átomos chocan uno contra el otro con gran velocidad podría suceder que los núcleos llegaran a chocar entre sí y entonces, o bien se rompen en trozos, o se funden liberando en el proceso partículas subnucleares. La nueva física de la primera mitad del siglo XX estuvo dominada por los nuevos acertijos que estas partículas planteaban.

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Pero tenemos la mecánica cuántica; ¿es que no es aplicable siempre?, ¿cuál es la dificultad? Desde luego, la mecánica cuántica es válida para las partículas subatómicas, pero hay más que eso. Las fuerzas con que estas partículas interaccionan y que mantienen el núcleo atómico unido son tan fuertes que las velocidades a las que tienen que moverse dentro y fuera del núcleo están cerca de la velocidad de la luz, c, que es de 299.792’458 Km/s. Cuando tratamos con velocidades tan altas se necesita una segunda modificación a las leyes de la física del siglo XIX; tenemos que contar con la teoría de la relatividad especial de Einstein.

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Esta teoría también fue el resultado de una publicación de Einstein de 1905. en esta teoría quedaron sentadas las bases de que el movimiento y el reposo son conceptos relativos, no son absolutos, como tampoco habrá un sistema de referencia absoluto con respecto al cual uno pueda medir la velocidad de la luz.

Pero había más cosas que tenían que ser relativas. En este teoría, la masa y la energía también dependen de la velocidad, como lo hacen la intensidad del campo eléctrico y del magnético.Einstein descubrió que la masa de una partícula es siempre proporcional a la energía que contienen, supuesto que se haya tenido en cuenta una gran cantidad de energía en reposo de una partícula cualquiera, como se denota a continuación:

E = mc2

Imagen abstracta que representa la velocidad de la luz mediante una curva de rayos coloridos convergiendo juntos sobre un fondo negro.  Foto de archivo - 7441629

Como la velocidad de la luz es muy grande, esta ecuación sugiere que cada partícula debe almacenar una cantidad enorme de energía, y en parte esta predicción fue la que hizo que la teoría de la relatividad tuviese tanta importancia para la física (¡y para todo el mundo!). Para que la teoría de la relatividad también sea autoconsistente tiene que ser holista, esto es, que todas las cosas y todo el mundo obedezcan a las leyes de la relatividad. No son sólo los relojes los que se atrasan a grandes velocidades, sino que todos los procesos animados se comportan de la forma tan inusual que describe esta teoría cuando nos acercamos a la velocidad de la luz. El corazón humano es simplemente un reloj biológico y latirá a una velocidad menor cuando viaje en un vehículo espacial a velocidades cercanas a la de la luz. Este extraño fenómeno conduce a lo que se conoce como la “paradoja de los gemelos”, sugerida por Einstein, en la que dos gemelos idénticos tienen diferente edad cuando se reencuentran después de que uno haya permanecido en la Tierra mientras que el otro ha viajado a velocidades relativistas.

Einstein comprendió rápidamente que las leyes de la gravedad también tendrían que ser modificadas para que cumplieran el principio relativista. Y, tras profundos pensamientos y continuados sufrimientos, él pudo elaborar su ecuación que es el reflejo de una de las mayores muestras de ingenio que han podido ser hechas por un humnano. Su Ecuación de campo de la Relatividad General.

R_{\mu\nu} - {1\over 2}R g_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = {8 \pi G \over c^4} T_{\mu\nu}

De la ecuación de campo de Einstein (entre otras muchas cosas) nos sale el esquema de la curvatura del espacio-tiempo que se produce en presencia de grandes masas. Ahí, también está encerrado el exótico agujerom negro. En esa breve ecuación subyace la inmensidad del Cosmos, de su geometría y configuración. Así que, en el presente comentario, vamos a explicar una serie de cosas que ocurren y están aquí con nosotros en el Universo, e incluso, formar parte de nosotros mismos o hacen posible que podamos estar aquí.

Leyendo el material enviado por un amigo al que pidió ayuda, Einstein quedó paralizado. Ante él, en la primera página de una conferencia dada ante el Sindicato de Carpinteros, 60 años antes por un tal Riemann, tenía la solución a sus desvelos: el tensor métrico de Riemann, que le permitiría utilizar una geometría espacial de los espacios curvos que explicaba su relatividad general.

La región de formación estelar S106

                                                  ¡La belleza y los misterios del Universo!

Para poder aplicar el principio de la relatividad a la fuerza gravitatoria, el principio tuvo que ser extendido de la siguiente manera: no sólo debe ser imposible determinar la velocidad absoluta del laboratorio, sino que también es imposible distinguir los cambios de velocidad de los efectos de una fuerza gravitatoria.

Resultado de imagen de El Espacio Tiempo se arruga por la Gravedad

Einstein comprendió que la consecuencia de esto era que la gravedad hace al espacio-tiempo lo que la humedad a una hoja de papel: deformar la superficie con desigualdades que no se pueden eliminar. Hoy en día se conocen muy bien las matemáticas de los espacios curvos, pero en el época de Einstein el uso de estas nociones matemáticas tan abstractas para formular leyes físicas era algo completamente nuevo, y le llevó varios años encontrar la herramienta matemática adecuada para formular su teoría general de la relatividad que describe cómo se curva el espacio en presencia de grandes masas como planetas y estrellas.

Claro que, no siempre es todo como creemos verlo, ni siempre estamos en disposición de elegir. Nada es lo que nos dicen nuestros sentidos que es. Y, lo que entendemos por libre albedrío, de la misma manera, está distorsionado por mil parámetros ajenos a nosotros que, sólo podemos ejercer de manera parcial y hasta el punto en que, el entorno nos lo permite.

emilio silvera

Lo importante es descubrir el Universo sin importar como

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Un Telescopio en el fondo del mar para observar el universo más recóndito

Un proyecto europeo impulsa la el mayor detector de neutrinos del mundo. Se sumergirá a 2.500 metros de profundidad en el Meditarráneo.

 

 

12.000 sensores submarinos barrerán un kilómetro cúbico de mar en busca de neutrinos. / Propriety KM3NeT Collaboration

El fondo del mar no parece ser el mejor lugar para instalar un telescopio. Y, sin embargo, es el emplazamiento idóneo para estudiar algunas de las zonas más recónditas del universo. Lugares de extraordinaria densidad o muy alejados en los que se producen algunos de los fenómenos más violentos del cosmos (explosiones de rayos gamma, núcleos de galaxias activas) escapan de los métodos de estudio convencionales y solo pueden ser analizados gracias a una tecnología que consiste en detectar neutrinos procedentes de lejanas galaxias para reconstruir los confines del espacio.

Los neutrinos son unas partículas que transmiten información muy valiosa, pero son muy escurridizos ya que apenas interaccionan con la materia. Por ello, los sensores capaces de detectar su rastro requieren de unas condiciones especiales que solo se dan en entornos de grandes volúmenes de hielo o agua. Un proyecto europeo con participación española ha diseñado el que será el mayor telescopio de neutrinos del mundo. El dispositivo -que funciona como una red de sensores- se comenzará a instalar este año a más de 2.500 metros de profundidad en distintos puntos del Mediterráneo.

Con una inversión prevista de 150 millones de euros, estará a pleno rendimiento en 2020. Hace menos de dos años, un equipo similar (el IceCube), emplazado en el hielo de la Antártida consiguió identificar por primera vez neutrinos de origen cósmico de alta energía. En el Mediterráneo, un proyecto de menor tamaño (Antares) lleva funcionando desde 2007 y ha servido de banco de pruebas del futuro KM3NeT (acrónimo en inglés de telescopio de neutrinos de un kilómetro cúbico, en referencia al volumen de agua que analizará). Un centenar de investigadores de las 40 instituciones que participan en esta iniciativa –procedentes de 10 países- se reunieron recientemente en Valencia para preparar la puesta en marcha de este nuevo telescopio.

 

Registro del neutrino de más alta energía captado en el observatorio IceCube, en la Antártida. / IceCube Collaboration

 

“El mensajero por excelencia de la información del universo es la luz [los fotones], sobre ella se basa la astronomía”, explica, Juan José Hernández Rey, del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), un centro mixto del CSIC y la Universitat de València que lidera la participación española. “Ello incluye tanto la luz visible como todo el espectro electromagnético, desde los infrarrojos hasta los rayos X o los gamma”, añade. También sirven para estudiar el espacio los rayos cósmicos que llegan a la tierra (protones y núcleos atómicos).

Pero a alta energía, los neutrinos tienen importantes ventajas sobre ellos: no son absorbidos por la materia intergaláctica, ni por la que rodea a las fuentes que los generan. Además, como no cuentan con carga eléctrica, sortean los campos magnéticos sin desviarse. Por ello, pueden atravesar zonas muy densas, cargadas de materia, y cruzar enormes distancias sin transformarse.

Estas propiedades hacen posible reconstruir fielmente la dirección de donde proceden a través de su trayectoria y obtener datos muy valiosos de su procedencia. Pero también complican  extraordinariamente que se les pueda dar caza. Es muy difícil que colisionen con la materia y así registrar su paso. En todo caso, a pesar de que se trata de un fenómeno muy infrecuente, a veces sucede.

Lanzamiento de los módulos de detección al mar antes de desplegarlos en hileras. / Propriety KM3NeT Collaboration

En estos casos excepcionales, un neutrino interacciona con la materia, choca contra el núcleo de un átomo y surge otra partícula secundaria denominada muón. Esta partícula elemental genera una onda luminosa, una luz azulada denominada luz de Cherenkov. Se trata del mismo tipo de radiación electromagnética que se produce en las piscinas de las centrales nucleares que dan a estas instalaciones un tono casi fluorescente. Es un destello tenue y fugaz, casi imperceptible.

Este fenómeno solo es visible en el agua o el hielo. Al ser tan poco frecuente, cuantas mayores sean las cantidades de materia (en este caso, de agua) sometidas a observación, más fácil será cazar a los escasísimos neutrinos que generen la luz que revela su presencia.

Por ello se despliegan grandes redes de detectores dispuestos en línea (una especie de collares con cuentas colgantes). El prototipo ya en marcha, Antares, está situado a unos 40 kilómetros de las costas de Marsella y consta de 12 líneas que contienen un total de 1.000 sensores ultrarrápidos capaces de registrar estas señales luminosas. El objetivo del KM3NeT es emplear hasta 12.000 detectores capaces de vigilar simultáneamente un kilómetro cúbico de agua en busca de que se produzca este pequeño destello. Para ello, se anclarán nuevos módulos frente a Sicilia, cerca de Catania, además de Marsella.

Para evitar la contaminación de otras fuentes de luz o las interferencias de los rayos cósmicos que bombardean la superficie terrestre, los equipos se encuentran sumergidos a gran profundidad. A partir de algo más de 700 metros -depende de la turbidez del agua- los rayos del sol ya no son perceptibles. Pero puede haber especies submarinas bioluminiscentes e incluso otras fuentes de radiación, como el potasio 40, que es muy frecuente en toda la Tierra, capaces de engañar a los sensores. Para esquivar todo este ruido lumínico, los equipos se instalan entre los 2.000 y los 3.500 metros bajo la superficie del mar. Curiosamente, los neutrinos que se detectan son los que provienen de las antípodas. Cruzan la masa de agua, las distintas capas de la Tierra, salen de nuevo al mar e interaccionan cerca del telescopio produciendo un muón, cuyo destello Cherenkov revelará su presencia.

Frente al proyecto IceCube de la Antártida, Hernández Rey destaca que la iniciativa europea cuenta con varias ventajas. “El agua ofrece mayor resolución que el hielo”, indica. Pero además, “al estar en el hemisferio norte podemos ver el centro de nuestra galaxia”, por lo que la iniciativa europea “aún siendo complementaria, es más competitiva”. La primera fase debe estar acabada a finales del año que viene: se desplegarán 30 líneas con 2.500 detectores de los 12.000 previstos.

¡El Big Bang! ¿Creador del Universo?

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Nunca estamos de acuerdo con esa certeza que buscamos para predecir la “Creación” del Universo, o, mejor, su origen. Y, para ello, buscamos incansables las pruebas que nos lleven hacia esa verdad que no hemos podido encontrar… ¡todavía! Muchos son los secretos que tendremos que desvelar antes de estar seguros de que, fue el Big Bang, el que nos trajo el Universo en el que viovimos. Y, para ello, se han llevado a cabo múltiples proyectos y se han fabricado ingenios que, enviados al Espacio, han tratado y están tratando de medir aquellas primeras radiaciones del fondo de microondas que nos digan, de una vez por todas (también con la detección de ondas gravitacionales y fluctuaciones de vacío), lo que realmente pudo pasar en aquellos primeros momentos. Nadie ha podido sondear el pasado hasta el comienzo del Tiempo y, existe una infinitesimal fracci´çon de aquel primer segundo que nos tiene a ciegas, toda vez que, nunca, la ciencia ni las matemáticas,han podido ir más allá del Tiempo de Planc.

Se han puesto hoy un par de páginas que siguen a este trabajo y que se refieren a entrevistas realizadas sobre el mismo tema a dos prestigiosos Físicos que nos hablan del Big Bang y de sus puntos de vistas al respecto. Ahora veámos lo que se cree y está asentado como cierto en la comunidad cientifica.

Hablaremos ahora del Big Bang, esa teoría aceptada por todos y que nos dice cómo se formó nuestro universo y comenzó su evolución hasta ser como ahora lo conocemos. De acuerdo a esta teoría, el universo se originó a partir de un estado inicial de alta temperatura y densidad, y desde entonces ha estado siempre expandiéndose. La teoría de la relatividad general predice la existencia de una singularidad en el comienzo, cuando la temperatura y la densidad eran infinitas.

La mayoría de los cosmólogos interpretan esta singularidad como una indicación de que la relatividad general de Einstein deja de ser válida en el universo muy primitivo (no existía materia), y el comienzo mismo debe ser estudiado utilizando una teoría de cosmología cuántica.

Con nuestro conocimiento actual de física de partículas de altas energías, podemos hacer avanzar el reloj hacia atrás a través de la teoría leptónica y la era hadrónica hasta una millonésima de segundo después del Big Bang, cuando la temperatura era de 1013 K. Utilizando una teoría más especulativa, los cosmólogos han intentado llevar el modelo hasta 1035 s después de la singularidad, cuando la temperatura era de 1028 K. Esa infinitesimal escala de longitud es conocida como límite de Planck,  = 10-35 m, que en la ley de radiación de Planck, es distribuida la energía radiada por un cuerpo negro mediante pequeños paquetes deiscretos llamados cuantos, en vez de una emisión continua. A estas distancias, la Graverdad está ausente para dejar actuar a la mecánica cuántica.

Gamov, alumno de Friedmann, fue el que presentó en 1948 las bases definitivas de la teoría del Big Bang tal como la conocemos. Entre otras, predijo la radiación cosmológica de fondo.

La misión WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) de la NASA ha publicado los resultados de cinco años de observación de la radiación de fondo de microondas del firmamento completo. Estos resultados confirman bastante de lo que ya sospechábamos acerca de la infancia del Universo, además de alcanzar una precisión sin precedentes en las estimaciones acerca de la edad y la composición del Universo.

La teoría del Big Bang es capaz de explicar la expansión del universo, la existencia de una radiación de fondo cósmica y la abundancia de núcleos ligeros como el helio, el helio-3, el deuterio y el litio-7, cuya formación se predice que ocurrió alrededor de un segundo después del Big Bang, cuando la temperatura reinante era de 1010 K.

Abundancia de núcleos ligeros en el universo temprano

La radiación de fondo cósmica proporciona la evidencia más directa de que el universo atravesó por una fase caliente y densa. En la teoría del Big Bang, la radiación de fondo es explicada por el hecho de que durante el primer millón de años más o menos (es decir, antes del desacoplo de la materia y la radiación), el universo estaba lleno de plasma que era opaco a la radiación y, por tanto, en equilibrio térmico con ella. Esta fase es habitualmente denominada “bola de fuego primordial”.

Cuando el universo se expandió y se enfrió a unos 3000 ºK, se volvió transparente a la radiación, que es la que observamos en la actualidad, mucho más fría y diluida, como radiación térmica de microondas. El descubrimiento del fondo de microondas en 1.956 puso fin a una larga batalla entre el Big Bang y su rival, la teoría del universo estacionario de F. Hoyle y otros, que no podía explicar la forma de cuerpo negro del fondo de microondas. Es irónico que el término Big Bang tuvo inicialmente un sentido burlesco y fue acuñado por Hoyle, contrario a la teoría del universo inflacionario y defensor del estacionario.

De aquella explosión primera, surgieron todas las fuerzas que rigen hoy nuestro universo, se estabilizaron las constantes universales que le dan su sello característico, y, se formaron las primeras estrellas necesarias para que, en su hornos nucleares se crearan los materiales complejos presentes en los mundos y en los seres vivos.

Veamos que paso:

Cronología del Big Bang
Era Duración Temperatura
Era de Planck de 0 a 10-43 seg. a 10-34 K
Era de radiación de 10-43 a 30.000 años desde 10-34 a 104 K
Era de la materia de 30.000 años al presente (13.500.000.000 años). desde 104 a 3 K actual

Para fijar más claramente los hechos se debe extender la explicación evolutiva del universo en las fases principales que son las eras reseñadas en el recuadro de arriba, su duración y temperatura.

Primera forma de la materia, los primeros átomos. Pero, expliquemos algo más sobre las Eras en el proceso del Big Bang:

Está claro que las estrellas y los planetas no se formaron de hoy para mañana, el proceso fue algo más largo y, las primeras estrellas aparecieron a los doscientos mil años después del Big Bang, y, con ellas, se fueron formando también los primeros planetas. Más tarde se confromaron las galaxias que agruparon estrellas y material interestelar por la fuerza de gravitatoria.

De la materia

Es la era que comenzó cuando el efecto gravitacional de la materia comenzó a dominar sobre el efecto de presión de radiación. Aunque la radiación es no masiva, tiene un efecto gravitacional que aumenta con la intensidad de la radiación. Es más, a altas energías, la propia materia se comporta como la radiación electromagnética, ya que se mueve a velocidades próximas a la de la luz. En las etapas muy antíguas del universo, el ritmo de expansión se encontraba dominado por el efecto gravitacional de la presión de radiación, pero a medida que el universo se enfrió, este efecto se hizo menos importante que el efecto gravitacional de la materia. Se piensa que la materia se volvió predominante a una temperatura de unos 104 K, aproximadamente 30.000 años a partir del Big Bang. Este hecho marcó el comienzo de la era de la materia.

Aún colean los últimos éxitos del acelerador de partículas por excelencia y ya ha vuelto a dar el campanazo con su reciente experimento, una recreación a escala de lo que sucedió en los orígenes del Universo. Se han utilizado los iones de plomo para alcanzar este logro. Un metal poco glamuroso en comparación con otros más caros pero que posee la cualidad de ser uno de los más pesados.

Como no dejamos de indagar sobre lo que pudo pasar en aquellos primeros momentos, en el CERN, tras los innumerables problemas de puesta a punto,  etapa que quedó atrás y los científicos se muestran muy ufanos con el funcionamiento del acelerador desde que comenzaron los experimentos una vez reparadas las averías. La sorpresa que nos traen los responsables del LHC sitúa a este aparato de nuevo en la cúspide de la carrera de la física por alcanzar los misterios de la creación. Los expertos han hecho colisionar iones de plomo a alta velocidad con el resultado de una violenta generación de calor que supera en 1 millón de grados la temperatura que existe en el centro del Sol. Las primeras colisiones se registraron a las 00.30 hora local (Suiza) del Domingo día 7 de Noviembre pasado.

Según el CERN estos experimentos con iones de plomo abren “una nueva vía en la investigación del programa del acelerador para sondear la materia tal como era en los primeros instantes del Universo, justo después del Big Bang”. Aclaran que “uno de los principales objetivos de esta nueva fase es producir cantidades ínfimas de esta materia, llamada “plasma quark-gluon y estudiar su evolución hacia aquella que constituye el Universo actualmente”. Hace tan sólo 4 días que terminaron los experimentos con protones, cuyo trabajo no tiene nada que ver con lo realizado con los iones de plomo (átomos de plomo a los que se le han eliminado los electrones). Sin embargo, los responsables del LHC se muestran contentos con el funcionamiento del aparato pues afirman que “la rapidez en la transición hacia las colisiones de iones de plomo supone un síntoma de madurez del LHC”.

Los iones de plomo pueden alcanzar una aceleración brutal de 287 teraelectrovoltios (TeV), muy por encima de lo que pueden llegar los protones. Para el director general del CERN, Rolf Heuer, esto no supone ningún problema porque dice que “la máquina funciona como un reloj justo después de varios meses con la misma operación”. El acelerador seguió con su experimentación de colisiones de iones de plomo hasta el día 6 de Noviembre, fecha en la que realizó una parada técnica para tareas de mantenimiento y revisión. En Febrero de 2011 reanudó sus trabajos y seguirá trayendo nuevas sorpresas, a tenor de la enorme fiabilidad de que ha hecho gala estos últimos meses.

Traigo aquí este breve comentario sobre tareas que se están realizando en el LHC para, haceros ver que, siempre estamos tratando de ahondar en el saber de la amteria y lo que pudo pasar en aquellos primeros momentos de la creación.

See full size image El Tiempo de Plank nos lleva hacia la

Era de la Radiación


Periodo entre 10-43 s (la era de Planck) y 300.000 años después del Big Bang. Durante este periodo, la expansión del universo estaba dominada por los efectos de la radiación o de las partículas rápidas (a altas energías todas las partículas se comportan como la radiación). De hecho, la era leptónica y la era hadrónica son ambas subdivisiones de la era de radiación.

La era de radiación fue seguida por la era de la materia que antes se reseña, durante la cual las partículas lentas dominaron la expansión del universo.

Era hadrónica

Corto periodo de tiempo entre 10-6 s y 10-5 s después del Big Bang en el que se formaron las partículas atómicas pesadas, como protones, neutrones, piones y kaones entre otras. Antes del comienzo de la era hadrónica, los quarks se comportaban como partículas libres. El proceso por el que se formaron los quarks se denomina transición de fase quark-hadrón. Al final de la era hadrónica, todas las demás especies hadrónicas habían decaído o se habían desintegrado, dejando sólo protones o neutrones. Inmediatamente después de esto el universo entró en la era leptónica.

Ahora, como todos sabeis, en el LHC se están preparando para contiinuar las pruebas con una capacidad de energía del doble a la que hasta el momento han utilizado para encontrar el Bosón de Higgs. Con estas energías, seguramente, aparecerán nuevas partículas y… ¡Y muchas cosas más! Seguramente nos descubrirán secretos de la Naturaleza que están escondidos en el corazón de la materia y, ¡Por qué no? también se podría dar el caso de que, por fín, se pueda saber si realmente existe esa dichosa “materia oscura” de la que tanto suelene hablar sin tener ni idea de que pueda ser. Otra posibilidad que está en el aire, será que sea el LHC, o, en último caso su sucesor el ILC, el que nos diga de una vez por todas si realmente existío un Big Bag.

               Bueno, esa es una de las incognitas que se quiere desvelar

Era Leptónica

Intervalo que comenzó unos 10-5 s después del Big Bang, en el que diversos tipos de leptones eran la principal contribución a la densidad del universo. Se crearon pares de leptones y antileptones en gran número en el universo primitivo, pero a medida que el universo se enfrió, la mayor parte de las especies leptónicas fueron aniquiladas. La era leptónica se entremezcla con la hadrónica y ambas, como ya dije antes, son subdivisiones de la era de la radiación. El final de la era leptónica se considera normalmente que ocurrió cuando se aniquilaron la mayor parte de los pares electrón-positrón, a una temperatura de 5×109 K, más o menos un segundo después del Big Bang. Después, los leptones se unieron a los hadrónes para formar átomos.

Así se formó nuestro universo, a partir de una singularidad que explotó expandiendo toda la densidad y energía a unas temperaturas terroríficas, y a partir de ese mismo instante conocido como Big Bang, nacieron, como hermanos gemelos, el tiempo y el espacio junto con la materia que finalmente desembocó en lo que ahora conocemos como universo.

El universo es el conjunto de todo lo que existe, incluyendo el espacio, el tiempo y la materia.  El estudio del universo se conoce como cosmología. Los cosmólogos distinguen al Universo con “U” mayúscula, significando el cosmos y su contenido, y el universo con “u” minúscula, que es normalmente un modelo matemático deducido de alguna teoría física como por ejemplo, el universo de Friedmann o el universo de Einstein–de Sitter. El universo real está constituido en su mayoría de espacios que aparentemente están vacíos, existiendo materia concentrada en galaxias formadas por estrellas, planetas, gases y otros objetos cosmológicos.

Los telescopios espaciales de la NASA han captado, a 62 millones de años luz de la Tierra, una colisión de dos galaxias que comenzó hace 100 millones de años y aún continúa. La espectacular imagen publicada por la agencia espacial ha sido obtenida combinando las las tomadas por las cámaras del Observatorio de rayos X Chandra, el Telescopio Espacial Hubble y el Spitzer.

El universo se está expandiendo, de manera que el espacio entre las galaxias está aumentando gradualmente, provocando un desplazamiento al rojo cosmológico en la luz procedente de los objetos distantes. Existe evidencia creciente de que el espacio puede estar lleno de una materia oscura invisible que puede constituir muchas veces la masa total de las galaxias visibles.

Este gráfico de Shalafi nos muestra algunas características que se podrían dar en los universos. Algunos colapsan muy pronto, otros se pueden expandir demasiado rápidos, y, otros, como el nuestro, consiguen el ritmo adecuado para que se puedan formar las galaxias y estrelas que posibilitan la presencia de la vida en un sin fin de mundos, y, todo eso, hizo posible que pudiéramos llegar a efectuar proezas como la que podemos contemplar más abajo

                      ¿Hasta donde podremos llegar? Mucho dependerá de nuestras aptitudes y decisiones

Como ya quedó claro antes, el concepto más favorecido de origen del universo es la teoría del Big Bang, de acuerdo con la cual el universo se creó a partir de una densa y caliente concentración enorme de materia (una singularidad) en una bola de fuego que explotó y se expandió para crear el espacio, el tiempo y toda la materia que lo conforme. Todo ello ocurrió, según los datos de que se disponen, hace ahora aproximadamente 15.000 millones de años, o 15 eones (109).

El universo se formó y apareció el tiempo, el espacio y la materia. Mucho después, en un planeta insignificante en el contexto del inemnso Universo, pudimos surgir nosotros que, como observadores, podemos constar todo aquello que vamos descubriendo de esa Naturaleza maravillosa que, con cada nuevo paso hacia adelante que podemos dar, no podemos por menos que asombrarnos ante tanta grandeza y perfeccción. Es lo que dice la teoría que antes hemos descrito. Sin embargo, hay muchas cuestiones que, por lo menos a mí, no han quedado claras y me llevan a preguntas tales como:

Muchas son aún, las cosas que no sabemos, y, nuestra enorme ignorancia nos lleva a formular preguntas que nadie sabe contestar

  • ¿Qués es, en realidad, la materia?
  • ¿Tiene un final, un borde el Universo?
  • ¿Que misterio esconde el hecho de que, a partir de la “materia inerte”, podamos estar nosotros aquí?
  • ¿Cómo pueden desarrollar las estrellas transformaciones de fase tan perfectas en la materia, hasta conseguir los materiales complejos necesarios para la vida?
  • Si el Universo es igual en todas sus regiones por muy alejadas que estén, daremos por supuesto que existe vida similar o parecida a la nuestra en otros mundos lejanos, y, si eso es así, ¿por qué nadie aún, en tanto tiempo, no se ha puesto en contacto con nosotros?
  • Definitivamente, ¿Estamos en un Universo abierto, cerrado y curvo, o, como decía Einstein plano e infinito?
  • ¿Existe la materia oscura? Seguramente sin ella no podrían haberse formado las primeras estrellas y galaxias.
  • ¿Qué hay en ese mal llamado vacío?

Bueno, la lista de preguntas sería interminable. ¡Es tan grande nuestra ignorancia!

emilio silvera