{"id":17134,"date":"2017-02-01T09:41:51","date_gmt":"2017-02-01T08:41:51","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=17134"},"modified":"2017-02-01T09:41:51","modified_gmt":"2017-02-01T08:41:51","slug":"penrose-plantea-un-nuevo-modelo-cosmologico","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2017\/02\/01\/penrose-plantea-un-nuevo-modelo-cosmologico\/","title":{"rendered":"Penrose plantea un nuevo modelo cosmol\u00f3gico"},"content":{"rendered":"
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Se remonta hasta la la frontera metaf\u00edsica previa al Big Bang<\/a><\/h2>\n
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Roger Penrose ha vuelto a sorprendernos con un nuevo libro de f\u00edsica especulativa. En la frontera entre lo cient\u00edfico y lo metaf\u00edsico presenta un modelo geom\u00e9trico del origen de nuestro universo que se remonta, m\u00e1s all\u00e1 del tiempo, hasta la frontera metaf\u00edsica previa al Big Bang<\/a>. Cycles of time es la reciente publicaci\u00f3n que corona cinco a\u00f1os de esfuerzo intelectual por abordar grandes preguntas del conocimiento. \u00bfQu\u00e9 hubo antes del Big Bang<\/a>? \u00bfCu\u00e1l es el origen del orden estructural? \u00bfC\u00f3mo ser\u00e1 el futuro de nuestro universo? Por Manuel B\u00e9jar.<\/h3>\n

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\"Portada<\/div>\n
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Portada del nuevo libro de Roger Penrose.<\/div>\n<\/div>\n
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A lo largo de la historia de la ciencia del siglo XX han existido diferentes modelos cosmol\u00f3gicos c\u00edclicos. El original modelo de Friedmann propuso que nuestro universo es un estadio m\u00e1s de una sucesi\u00f3n ilimitada de universos cerrados que nacen y colapsan en extra\u00f1as singularices f\u00edsicas. Animado por Einstein<\/a>, Tolman relacion\u00f3 ideas relativistas con leyes termodin\u00e1micas para formar un nuevo modelo c\u00edclico del universo con una flecha temporal definida, sin incluir los grados de libertad de la gravedad.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

El modelo de Smolin ofrece una visi\u00f3n m\u00e1s reciente acerca de m\u00faltiples universos beb\u00e9s originados en las singularidad<\/a>es de los agujeros negros<\/a>. La ampl\u00edsima gama de tipos universos explica el origen de la vida en t\u00e9rminos de probabilidad. Otras tentativas en teor\u00eda de cuerdas como el modelo de Veneziano se basan en nuevas geometr\u00edas sin lograr evitar las irregulares singularidad<\/a>es. Hawking consigui\u00f3 eliminarlas en sus modelos cosmol\u00f3gicos sin fronteras. Ashtekar y Bojowald han conseguido el mejor modelo sin singularidad<\/a> inicial, usando novedosas aproximaciones a la gravedad cu\u00e1ntica. Sin embargo, ning\u00fan modelo cosmol\u00f3gico ha incluido a\u00fan los grados de libertad gravitatorios. \u00bfEs posible un nuevo modelo mejorado?<\/p>\n

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El orden estructural: el misterio de la Segunda Ley.<\/strong><\/p>\n

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\"Resultado<\/p>\n

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La Mec\u00e1nica de Newton<\/a> y la Relatividad General de Einstein<\/a> son teor\u00edas f\u00edsicas locales con sim\u00e9trica temporal. En contra de la experiencia ps\u00edquica fenomenol\u00f3gica, no admiten una direcci\u00f3n temporal: pasado y futuro son sim\u00e9tricos. No existe, pues, un flujo del tiempo desde el pasado hacia el futuro. Por simetr\u00eda, tampoco existe un flujo hacia el pasado; simplemente, el tiempo no fluye. No fluye porque no tiene por donde hacerlo. El espacio-tiempo de Einstein<\/a> es una \u00fanica estructura de cuatro dimensiones donde espacio y tiempo son finitos y est\u00e1n predeterminados.<\/p>\n

Las actuales teor\u00edas f\u00edsicas constituyen un conjunto completo de leyes f\u00edsicas locales, en referencia a un espacio-tiempo que permite describir la historia del Universo hasta el mismo Big Bang<\/a>. El Big Bang<\/a> como singularidad<\/a> geom\u00e9trica primordial no pertenece en s\u00ed mismo al canon del conocimiento f\u00edsico, pues las vigentes leyes f\u00edsicas no pueden aplicarse a algo que no pertenece al espacio-tiempo: no es posible predecir lo que sucede en una singularidad<\/a>.<\/p>\n

La segunda ley de la Termodin\u00e1mica afirma que todos los procesos irreversibles en el Universo conllevan un incremento global de la entrop\u00eda<\/a>, es decir, de la magnitud que cuantifica el grado de desorden o desinformaci\u00f3n de un sistema termodin\u00e1mico. Este aumento de entrop\u00eda<\/a> nos permite diferenciar el antes y el despu\u00e9s de todo proceso irreversible. Todo estado posterior se corresponde con una mayor cantidad de entrop\u00eda<\/a> o desorden, distinto del antes con menor desorden. El aumento de la entrop\u00eda<\/a> nos permite, pues, diferenciar un sentido positivo del flujo temporal. Es decir, definir una flecha del tiempo coherente con la experiencia subjetiva.<\/p>\n

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\"Resultado<\/p>\n

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De acuerdo con la Termodin\u00e1mica, todo sistema en equilibrio termodin\u00e1mico tiene un nivel m\u00e1ximo de entrop\u00eda<\/a>. Parece existir entonces una contradicci\u00f3n entre la flecha del tiempo termodin\u00e1mica y las observaciones cosmol\u00f3gicas que conducen a un estado primordial de m\u00e1xima entrop\u00eda<\/a>. Si, realmente, el Universo parti\u00f3 de un estado termalizado m\u00e1ximamente desordenado, entonces no es posible explicar el origen de las actuales estructuras materiales y la Segunda Ley queda sin explicaci\u00f3n l\u00f3gica plausible. Sencillamente, toda la energ\u00eda del universo en equilibrio t\u00e9rmico es in\u00fatil.<\/p>\n

La energ\u00eda funcional precisa de variaciones en la entrop\u00eda<\/a> que, a su vez permiten la emergencia de las estructuras f\u00edsicas para originar la vida. El Big Bang<\/a> no pudo ser un estado primigenio en absoluto equilibrio t\u00e9rmico. La interacci\u00f3n f\u00edsica dominante, la gravedad, debi\u00f3 de desempe\u00f1ar un papel relevante.<\/p>\n

La vida en la Tierra depende del sol. No es del todo cierto que el sol sea una fuente de energ\u00eda para la tierra, pues la potencia recibida de la luz solar es similar a la emitida por la Tierra de vuelta al cosmos. La clave es la diferencia de energ\u00eda entre el sol y el cosmos. Los fotones<\/a> procedentes del sol poseen mayor energ\u00eda-frecuencia que los fotones<\/a> reflejados por la tierra debido a un corrimiento al rojo por dispersi\u00f3n.<\/p>\n

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\"Resultado<\/p>\n

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En consecuencia, para mantener el equilibrio radiativo, debe haber un mayor n\u00famero de fotones<\/a> reflejados por la Tierra que el n\u00famero de fotones<\/a> recibidos. Este aumento del n\u00famero de fotones<\/a> supone mayor posibilidad de desorden y, por ende, un incremento de entrop\u00eda<\/a> en la energ\u00eda devuelta al cosmos.<\/p>\n

Los seres vivos se sirven de este proceso a trav\u00e9s de la fotos\u00edntesis. Toma la energ\u00eda ordenada del sol y la devuelven con mayor entrop\u00eda<\/a>, benefici\u00e1ndose de un estado vital ordenado que consigue ox\u00edgeno a partir de di\u00f3xido de carbono. Herb\u00edvoros y carn\u00edvoros aprovechan el ox\u00edgeno para controlar su entrop\u00eda<\/a> vital. La energ\u00eda ordenada del sol, que hace emerger las estructuras complejas de la vida, procede de procesos nucleares en el interior solar que, en \u00faltima instancia, dependen de la interacci\u00f3n gravitatoria.<\/p>\n

De nuevo la gravedad se entrelaza con la Segunda Ley en los procesos evolutivos que desembocan en el origen de la complejidad material, las estructuras conformocionales de los seres vivos y, en definitiva, en la din\u00e1mica ps\u00edquica que permite la sensibilidad y la conciencia en el mundo f\u00edsico. La activaci\u00f3n de los grados de libertad gravitatorios, latentes en el comienzo del universo, permiten explicar la evoluci\u00f3n temporal de la materia hacia la emergencia de la gran diversidad psi<\/a>cobiof\u00edsica presente en nuestro universo. Pero, \u00bfpodemos saber m\u00e1s acerca del mism\u00edsimo Big Bang<\/a>?<\/p>\n

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Antes del tiempo: la extra\u00f1a naturaleza especial del Big Bang<\/a><\/strong><\/p>\n

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El Tiempo naci\u00f3 con el Big BaNG<\/p>\n

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Las principales evidencias de la expansi\u00f3n del universo se basan en la velocidad de recesi\u00f3n de las galaxias observada por Hubble<\/a>, la radiaci\u00f3n de fondo de microondas descubierta accidentalmente por Penzias-Wilson y las recientes observaciones de los grupos de Perlmutter y Schimdt sobre la creciente aceleraci\u00f3n de la expansi\u00f3n c\u00f3smica.<\/p>\n

La radiaci\u00f3n de fondo presenta un ajustad\u00edsimo espectro de cuerpo negro, que revela una radiaci\u00f3n procedente de un estado universal en equilibrio termodin\u00e1mico muy pr\u00f3ximo al Big Bang<\/a>. En sinton\u00eda con la Segunda Ley, este estado de equilibrio termodin\u00e1mico se corresponder\u00eda con una entrop\u00eda<\/a> m\u00e1xima, contrariamente a lo razonablemente esperable: un universo inicialmente ordenado que evoluciona temporalmente hacia estados globales de mayor entrop\u00eda<\/a>.<\/p>\n

Penrose propone que la gravedad incrementa la entrop\u00eda<\/a> de un estado de materia uniforme al formarse c\u00famulos de alta densidad derivados de la formaci\u00f3n de agujeros negros<\/a>. La entrop\u00eda<\/a> de los sistemas gravitatorios intensos supera la elevada entrop\u00eda<\/a> de la radiaci\u00f3n de fondo. En las primeras etapas del universo, dominado por la radiaci\u00f3n, la gravedad era una interacci\u00f3n secundaria debido a la alta homogeneidad del universo primitivo. La enorme entrop\u00eda<\/a> potencial, asociada a latentes grados de libertad gravitatorios, har\u00eda posteriormente emerger estructuras complejas. La cosmolog\u00eda de Penrose se desv\u00eda de los modelos c\u00edclicos cl\u00e1sicos al incluir estos grados de libertad gravitatorios. De este modo el universo surgi\u00f3 de un estado primordial extraordinariamente ordenado.<\/p>\n

Una singularidad<\/a> es una obstrucci\u00f3n del continuo espacio-tiempo. As\u00ed como el Big Bang<\/a> se asocia con la singularidad<\/a> f\u00edsica que origina el tiempo, los agujeros negros<\/a> representan el final del tiempo. Son el problema sim\u00e9trico temporal del Big Bang<\/a>. Cualquier trayectoria causal en el universo estirada hacia el pasado comienza en el Big Bang<\/a>. An\u00e1logamente, la inevitable singularidad<\/a> espaciotemporal del agujero negro<\/a> es el futuro final de cualquier objeto atrapado por el agujero negro<\/a>.<\/p>\n

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\"Resultado<\/p>\n

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Sin embargo, el razonamiento de Penrose sobre la diferencia de entrop\u00eda<\/a> entre estos dos sucesos establece una asimetr\u00eda. El Big Bang<\/a> es una singularidad<\/a> de una extraordinaria baja entrop\u00eda<\/a> comparada con la elevad\u00edsima entrop\u00eda<\/a> que caracteriza a las singularidad<\/a>es en los agujeros negros<\/a>.<\/p>\n

En el Big Bang<\/a> el universo estaba tan caliente que la energ\u00eda cin\u00e9tica de las part\u00edculas superaba su energ\u00eda en reposo. Por tanto, la materia podr\u00eda considerarse con masa despreciable o, sencillamente, sin masa efectiva. Tambi\u00e9n el bos\u00f3n<\/a> de Higgs<\/a>, que dota de masa a las dem\u00e1s part\u00edculas salvo a s\u00ed misma, tendr\u00eda una masa efectiva nula como los fotones<\/a> de la radiaci\u00f3n. Las part\u00edculas sin masa son independientes de la m\u00e9trica del espacio-tiempo. Necesitan y les basta una parte denominada geometr\u00eda conforme, que es insensible a los cambios de escala locales.<\/p>\n

Los fotones<\/a> son part\u00edculas sin masa que median entre los campos electromagn\u00e9ticos. La electromagn\u00e9tica teor\u00eda de campos es invariante bajo transformaciones de la m\u00e9trica conforme. Esto quiere decir que las soluciones de las ecuaciones de Maxwell en una determinada escala conforme se corresponden exactamente con las soluciones para otra elecci\u00f3n cualquiera de escala. Los fotones<\/a> s\u00f3lo necesitan que el espacio-tiempo tenga estructura de cono nulo (estructura espaciotemporal conforme) sin necesidad de un factor de escala que distinga una m\u00e9trica de otras.<\/p>\n

En sinton\u00eda con estas ideas, es de esperar que en el universo primitivo caliente, las masas en reposo sean despreciables, la masa efectiva sea nula y los procesos f\u00edsicos queden dominados por leyes invariantes bajo transformaciones conformes, es decir, ciegas al factor de escala. La geometr\u00eda conforme se convierte as\u00ed, en la principal estructura espaciotemporal del universo primigenio. Siguiendo este razonamiento, toda la actividad f\u00edsica primitiva fue insensible a los cambios locales de escala.<\/p>\n

Al perderse la pista de la escala temporal, el universo primitivo adquiere una geometr\u00eda conforme, en vez de la m\u00e9trica completa de la Relatividad. Esto supone una p\u00e9rdida total de cualquier referencia temporal. Es la ausencia de relojes que marquen el tiempo. Y, en ausencia de tiempo, m\u00e1s all\u00e1 de la f\u00edsica ordinaria, es posible pensar en una geometr\u00eda conforme que describa la eternidad que caus\u00f3 el Big Bang<\/a>. Pero, \u00bfc\u00f3mo podemos entender mejor la eternidad?<\/p>\n

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\"Extragalactic<\/div>\n
Extragalactic Space Balls (Artist Concept). NASA.<\/div>\n
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Art\u00edculos relacionados<\/div>\n<\/div>\n