Cosmologìa

Cosmologia
  
¿Que es?

La cosmologia estudia el universo o cosmos en gran escala, o sea, su origen, su historia y desarrollo, y el porqué y cómo la humanidad tiene un sitio en él.

Se trata de una ciencia dinámica que está en constante evolución y desde ese punto de vista le da validez a sus conocimientos.

Hay muchas ramas de la cosmología, cuyas teorías y pensamientos varían, pero que al fin y al cabo, tratan sobre lo mismo: el cosmos.

La Teoria del Big Bang

Según la teoría el Big Bang, el Universo se originó en una singularidad espacio-temporal de densidad infinitamatemáticamente paradójica. El universo se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofísicos se han alejado unos respecto de los otros.

La teoría del Big Bang o teoría de la gran explosión, es un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espacio-temporal. Este modelo se basa en ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedmann -Lemai-tre - Robertson - Walker.

El término Big Bang se utiliza para referirse al momento en el que se inició la expansión observable del Universo y para referirse al paradigma cosmológico que explica el origen y la evolución del mismo.

Modelo Inflacionario

De acuerdo con la teoría del Big Bang, el Universo surgió de una explosión inicial que ocasionó la expansión de la materia desde un estado de condensación extrema. Sin embargo, en la formulación original de la teoría, quedaban varios problemas sin resolver. El estado de la materia en la época de la explosión era tal que no se podían aplicar las leyes físicas normales. El grado de uniformidad observado en el universo era difícil de explicar porque, de acuerdo con esta teoría, el universo se habría expandido con demasiada rapidez para desarrollar esta uniformidad.

Según la teoría del Big Bang, la expansión del universo pierde velocidad, mientras que la teoría inflacionaria lo acelera e induce el distanciamiento, cada vez más rápido, de unos objetos de otros. Esta velocidad de separación llega a ser superior a la velocidad de la luz, sin violar la teoría de la relatividad, que prohíbe que cualquier cuerpo de masa finita se mueva más rápido que la luz. Lo que sucede es que el espacio alrededor de los objetos se expande más rápido que la luz, mientras los cuerpos permanecen en reposo en relación con él.

A esta extraordinaria velocidad de expansión inicial se le atribuye la uniformidad del universo visible, las partes que lo constituían estaban tan cerca unas de otras, que tenían una densidad y temperatura comunes.

Alan Guth sugirió que el universo caliente, en un estadio intermedio, podría expandirse exponencialmente. La idea de Guth postulaba que este proceso de inflación se desarrollaba mientras el universo primordial se encontraba en el estado de superenfriamiento inestable. Este estado superenfriado es común en las transiciones de fase; por ejemplo, en condiciones adecuadas, el agua se mantiene líquida por debajo de cero grados. Por supuesto, el agua superenfriada termina congelándose; este suceso ocurre al final del período inflacionario.

En 1982 el cosmólogo ruso Andrei Linde, se dio cuenta de que la inflación es algo que surge de forma natural en muchas teorías de partículas elementales, incluidos los modelos más simples de los campos escalares. Considerando todos los posibles tipos y valores de campos escalares en el universo primordial y tratando de comprobar si alguno de ellos conduce a la inflación, se encuentra que en los lugares donde no se produce ésta, se mantienen pequeños, y en los dominios donde acontece terminan siendo exponencialmente grandes y dominan el volumen total del universo. Teniendo en cuenta que los campos escalares pueden tomar valores arbitrarios en el universo primordial, se la llama a esta hipótesis "inflación caótica".

La teoría inflacionaria, predice que el universo debe ser esencialmente plano, lo cual puede comprobarse experimentalmente, ya que la densidad de materia de un universo plano guarda relación directa con su velocidad de expansión.

Colisionador de Hadrones LHC

Se le llama LHC por sus siglas en inglés (Large Hadron Collider) y es un túnel en forma de círculo a cien metros bajo tierra en las cercanías de Ginebra y con una longitud de 27 kilómetros de largo.

¿Para qué se emplea? Dentro de él, los científicos pueden hacer que dos partículas subatómicas alcancen el 99,9% de la velocidad de la luz -nada puede viajar más rápido que la luz-. En un momento dado, se hace que las dos partículas choquen, liberando una gran cantidad de energía. Una explosión a ínfima escala que reproduce los efectos del Big Bang. Es decir, el inicio del Universo observado en primera persona por el ser humano.

¿Por qué un circuito cerrado? Es un circuito cerrado por la tecnología actual. Hacer un recorrido lineal requeriría varias veces los 27 km. que tiene el circuito cerrado, resultaría muy caro y sería inestable. En un acelerador de circuito cerrado se puede dar más empuje a las partículas sin tener que extender la longitud de su recorrido. El límite es la capacidad de hacer girar una partícula cargada a la que se entregó mucha energía. Se necesita campos magnéticos muy intensos y los que usa el LHC son los más altos alcanzados con la tecnología actual.

 ¿Hay peligro en explorar las cosas nuevas que se ensayarán? No se advierte que pueda haber peligro en explorar las cosas nuevas que se ensayarán. El universo hace constantemente lo que hará el acelerador y no se han visto consecuencias catastróficas. Los rayos cósmicos que llegan a la Tierra y chocan con la materia de la atmósfera superior traen energías mayores, en algunos casos enormemente mayores. La diferencia es que en el acelerador se puede controlar el experimento y analizar con detalle lo producido.

Teoria de las Cuerdas

La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".

De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un punto sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.

Glosario de Cosmologìa

Agujero Negro: objeto astronómico colapsado donde la fuerza de atracción gravitacional es tan intensa que nada (ni siquiera la luz) puede salir de él.

Antimateria: es un tipo de materia que existe en la naturaleza y que está compuesta de partículas elementales que se aniquilan (es decir toda su masa se convierte en luz) al momento de entrar en contacto con su correspondiente partícula. Por ejemplo, el positrón es la antipartícula del electrón y cuando un positrón entra en contacto con un electrón, la masa conjunta del par desaparece y la energía equivalente aparece en forma de dos fotones (luz).

Átomo: mínima cantidad que se puede tener de un elemento químico; compuesto por un núcleo con protones y neutrones rodeado de electrones que ocupan capas con niveles discretos de energía.

Big Bang: teoría sobre el comienzo del universo y del tiempo hace 13.700 millones de años en un pasado denso y caliente, seguido de la expansión del espacio.

Brillo Intrínseco: también llamado luminosidad; cantidad de energía por unidad de tiempo emitida por una estrella.

Brillo Aparente: cantidad de energía recibida de un objeto astronómico por unidad de tiempo por unidad de área colectora.

Colapso Gravitacional: proceso mediante el cual todas las partículas en una nube de materia en el espacio caen hacia el centro de la nube atraídas por la fuerza de gravedad.

Cosmología: estudio científico del universo como un todo incluyendo su origen, evolución y constitución.

Constelación: es una de las 88 regiones en que se ha partido la esfera celeste siguiendo la guía de siluetas imaginarias dibujadas en la antigüedad. Los vértices de estas siluetas son estrellas que se ven a simple vista y las figuras toman forma de dioses o animales. Las más famosas constelaciones son las del zodíaco (Aries, Tauro, Géminis, Cáncer, Leo, Virgo, etc.), y todo el mundo las conoce debido a la infundada noción de que la posición de los planetas al momento del nacimiento de las personas determina su personalidad y suerte.

Cuásar: es el núcleo de una galaxia (usualmente lejana) que emite luz de brillo muy intenso (se piensa debido a la existencia de un agujero negro masivo en el centro de la galaxia).

Cúmulos Globulares: es la acumulación de miles de estrellas agrupadas por la acción de la gravedad.

Desplazamiento Rojo: cuando una estrella se aleja del observador, las frecuencias de luz emitida por la estrella se desplazan hacia el lado rojo del espectro.

Espacio-Tiempo: es la unión de las coordenadas espacio y tiempo propuesta por la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Espectro: es la medida de las energías de una onda electromagnética (la luz, por ejemplo) ordenadas en intesidad. Cuando se forma un arco iris vemos la luz solar separada de acuerdo a sus energías (es decir, sus colores) y así visualizamos el espectro de la luz solar.

Espectro Electromagnético: en orden de menor a mayor energía: radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos-X, y rayos gamma.

Estrella: es una bola de gas (primordialmente hidrógeno y helio) flotando en el espacio. En su centro la temperatura y la densidad son tan altas que pueden producir reacciones nucleares que generan una gran cantidad de energía. Para que estas condiciones se den, sin embargo, la estrella debe tener una masa mayor que unas 80 veces la masa de Júpiter.

Estrella Variable: es una estrella cuyo brillo cambia cíclicamente. La astrónoma Henrietta Leavitt descubrió en 1912 una ley que relaciona el brillo intrínseco de las estrellas variables tipo Cefeidas con la frecuencia de variabilidad de su brillo. Este descubrimiento permitió medir las distancias a galaxias lejanas, ya que conociendo el brillo intrínseco de una estrella se puede determinar la distancia (midiendo el brillo aparente).

Galaxia: grupo de estrellas mantenido por la atracción gravitacional entre ellas.

Geocentrismo: modelo del universo que pone a la Tierra en el centro, los planetas y estrellas girando en torno a la Tierra. La teoría se originó en la antigua Grecia y fue promovida por Ptolomeo (90-168 d.C.).

Heliocentrismo: modelo del universo que ubica al Sol en el centro y los planetas girando en torno al Sol. La teoría heliocéntrica fue propuesta por Aristarco de Samos, pero Nicolás Copérnico la desarrolló y Galileo Galilei la promovió.

Inflación: es un componente de la teoría del Big Bang, en la cual el universo, en sus comienzos, en un instante de tiempo extremadamente pequeño se expandió a un tamaño inimaginable.

Ley de Hubble: relación entre la distancia y la velocidad de recesión de una galaxia lejana (V = H x d, donde V = velocidad de recesión, d = distancia a la galaxia, H = constante de Hubble). Descubierta en 1929 por Edwin Hubble.

Materia Oscura: una forma de materia en el universo que los astrónomos no han observado directamente (porque no emite luz) pero sus efectos gravitacionales sí se han observado.

Nebulosa: nube de gas y polvo interestelar.

Nebulosa Planetaria: la capa de gas más externa a una estrella gigante roja que es expelida al espacio durante los momentos finales de la estrella; la luz ultravioleta del núcleo estelar remanente hace que estas nubes brillen y así aparecen en nuestros telescopios como intrigantes y hermosas nubes en el espacio.

Neutrino: partícula elemental neutra producida en reacciones nucleares donde interviene la fuerza nuclear débil. La masa del neutrino es inferior a una mil millonésima de la masa del átomo de hidrógeno (el átomo más ligero).

Quark: partícula elemental que se encuentra dentro del protón y del neutrón.

Relatividad Especial (o restringida): teoría desarrollada por el físico Albert Einstein en 1905 que explica lo que ocurre cuano algo se mueve a una velocidad cercana a la velocidad de la luz. De aquí sale la noción de que el espacio y el tiempo forman un continuo y también la famosa relación entre masa y energía. Esta teoría no considera sistemas donde hay fuerzas gravitacionales.

Relatividad General: teoría sobre la gravedad desarrollada por el físico Albert Einstein en 1915. Según Einstein, la gravedad es producida por una modificación del espacio generada por objetos con masa.

Supernova: es la explosión de una estrella masiva cuando se agota el material que produce energía nuclear en su interior.

Teoría de Cuerdas: teoría que busca unificar la mecánica cuántica con la relatividad general de Einstein; postula que las partículas elementales no son puntuales sino compuestas de entidades unidimensionales llamadas cuerdas; las vibraciones de esas cuerdas determinan las propiedades de las partículas.

Vía Láctea: la galaxia donde se encuentra nuestro sistema solar.