Flecha del tiempo termodinámica
Este concepto viene previsto en la Segunda Ley de la Termodinámica, que sostiene que en el seno de un sistema aislado, la entropía sólo puede incrementarse con el tiempo, y nunca disminuir. La entropía puede ser concebida como la tendencia al desorden de todo sistema organizado, o como una medida de ese desorden, y de esta manera la Segunda Ley implica que el tiempo es asimétrico con respecto a la cantidad de orden en un sistema aislado: a medida que el tiempo pasa, todo sistema se vuelve más desordenado.
La consecuencia inmediata es que esta asimetría puede servir empíricamente para distinguir entre pasado y futuro.
La termodinámica no es aplicable estrictamente a todos los fenómenos, dado que ciertos sistemas pueden fluctuar a estados de menor entropía, de acuerdo con la conjetura de Poincaré. Sin embargo, sirve para describir la tendencia general existente en la naturaleza a una mayor entropía.
Flecha del tiempo cosmológica
La flecha del tiempo cosmológica define la dirección de un universo en expansión, o inflacionario. Esto puede ser relacionado con la flecha de la termodinámica, la cual, debido a la antes descrita entropía, prevé un universo encaminado a una muerte térmica (en inglés, Big Chill o Big Freeze) en que la cantidad de energía aprovechable se vuelve insignificante.
El físico británico Stephen Hawking se plantea, en este sentido, qué ocurriría si el universo dejase de expandirse y empezase a contraerse por haber superado el límite gravitacional crítico, con una flecha del tiempo invertida, en la cual la gravedad tendiese a colapsarlo todo en un Big Crunch (en castellano gran implosión o gran crujido, contraria al Big Bang).
Concluye que la flecha termodinámica no se invertiría y no se iniciaría la disminución del desorden. "La gente no viviría sus vidas hacia atrás, hacia el nacimiento."
Asimismo, sigue Hawking, con arreglo al principio antrópico, actualmente sólo podemos estar viviendo en la fase expansiva (y de evolución biológica) del universo, ya que seres inteligentes sólo pueden existir en dicha fase debido a que la fase contractiva sería inadecuada para ello, al no poseer una flecha termodinámica y psicológica clara del tiempo (a consecuencia del gran enfriamiento y del bajo nivel de entropía a que se habría llegado).
Flecha del tiempo de la radiación
Toda onda física, desde las ondas de radio hasta las ondas sonoras, o las que surgen alrededor de una piedra arrojada al agua, se expanden hacia afuera desde su fuente, aunque las ecuaciones de onda contemplan la existencia tanto de ondas convergentes como de ondas radiantes. Esta flecha ha sido invertida en experimentos cuidadosamente diseñados que han originado ondas convergentes. La posibilidad de crear condiciones iniciales para producir ondas convergentes es mucho más baja que la probabilidad de las condiciones que producen ondas radiantes. Normalmente, pues, la onda radiante incrementa la entropía, mientras que la onda convergente la reduce, oponiéndose por tanto esta última, en circunstancias corrientes, a la Segunda Ley de la Termodinámica.
Flecha del tiempo causal
Las causas normalmente anteceden a los efectos. El futuro puede ser controlado, no así el pasado. Pero el problema de usar la causalidad como una flecha del tiempo, es que, como señaló el filósofo David Hume, la relación causal no puede ser percibida por sí misma, ya que el observador sólo es capaz de percibir “el encadenamiento”, la sucesión de los sucesos, de la causa y el efecto, pero no un vínculo, por así decir, material o de alguna manera registrable.
Por otra parte, es sumamente difícil aportar una explicación clara del significado real de los términos causa y efecto. Está claro que dejar caer el vaso de cristal es la causa y su rotura el efecto, sin embargo, pudiera ser que la asimetría que el observador percibe en tal caso no es la propia de la flecha del tiempo causal realmente, sino de la termodinámica. Si la flecha termodinámica fuese invertida, entonces uno podría pensar que los trozos de vidrio eran la causa y el vaso recomponiéndose sobre la mesa el efecto. (Véase Retrocausalidad.)
Flecha del tiempo débil
Ciertas interacciones en el plano subatómico implican que la fuerza nuclear débil viola la conservación de la paridad, pero sólo muy raramente. De acuerdo con el teorema de la simetría CPT (simetría fundamental de las leyes físicas en el entorno de transformaciones que involucran las inversiones de la carga, paridad y tiempo simultáneamente), esto significa que el tiempo podría ser reversible, y por tanto establece una flecha del tiempo. Estos procesos podrían ser responsables de la creación de materia en el universo primitivo.
Esta flecha no está relacionada con ninguna otra por ningún mecanismo conocido, lo que podría sugerir que nuestro universo podría estar hecho de antimateria en lugar de materia. Más probablemente, las definiciones de materia y antimateria pueden ser invertidas.
Esta paridad rota muy raramente significa que la flecha sólo por muy poco apunta en una dirección, colocándose aparte de otras flechas cuyas direcciones son mucho más claras.
Flecha del tiempo cuántica
De acuerdo con la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, la evolución cuántica se halla gobernada por la ecuación de Schrödinger, que es temporalmente simétrica, y por el colapso de la función de onda, que es irreversible en el tiempo. Dado que el mecanismo del colapso de función de onda es todavía oscuro, no se conoce cómo esta flecha se vincula con las otras. Mientras que en el nivel microscópico el colapso parece no mostrar tendencia a incrementar o disminuir la entropía, algunos científicos opinan que existe un prejuicio que pone al descubierto a escala macroscópica la flecha termodinámica. De acuerdo con la teoría de la decoherencia cuántica, y asumiendo que el colapso de la función de onda es sólo aparente, esta flecha del tiempo es una consecuencia de la flecha del tiempo termodinámica (véase Entropía).
Flecha del tiempo psicológica
El tiempo psicológico es, en parte, el catálogo de la acumulación creciente de datos en la memoria a partir de continuas fluctuaciones en la percepción. En otras palabras, lo que recordamos configura el pasado, mientras que el futuro consiste en esos sucesos que no pueden ser recordados. El viejo método de comparar sucesos únicos para comprender y generalizar sucesos repetidos, como el movimiento aparente del sol, la luna y las estrellas, trasladado a todos los cuerpos celestes, es un buen modelo de ello. La acumulación de recuerdos en la memoria crea una flecha del tiempo mental.
Otra flecha se origina por la sensación de que nuestra percepción es un continuo movimiento e intercambio entre lo desconocido (el futuro) y lo conocido (el pasado). La anticipación de lo desconocido conforma el futuro psicológico que siempre parece ser algo que avanza hacia delante, pero, como el reflejo en el espejo, configura lo que se haya archivado ya en la memoria, como los deseos, los sueños y las esperanzas, que, en efecto, parecen hallarse siempre para la persona más allá en el tiempo.
La asociación mental entre el pasado (detrás) y el futuro (delante) puede hallarse culturalmente condicionada, como demuestra una investigación efectuada en 2006 con los indios Aimara, los cuales, contrariamente a los demás pueblos, perciben el futuro por detrás y el pasado por venir.
La flecha del tiempo psicológica es reductible a la termodinámica si vemos la memoria como la correlación entre las neuronas (o los bits informáticos) y el mundo exterior.
lunes, 6 de junio de 2016
Flecha de tiempo
El concepto de flecha del tiempo se refiere popularmente a la dirección que el mismo registra y que discurre sin interrupción desde el pasado hasta el futuro, pasando por el presente, con la importante característica de su irreversibilidad, es decir, que futuro y pasado, sobre el eje del presente, muestran entre sí una neta asimetría (el pasado, que es inmutable, se distingue claramente del incierto futuro).
La expresión en sí, flecha del tiempo, fue acuñada en el año 1927 por el astrónomo británico Arthur Eddington, quien la usó para distinguir una dirección en el tiempo en un universo relativista de cuatro dimensiones, el cual, de acuerdo con este autor, puede ser determinado por un estudio de los distintos sistemas de átomos, moléculas y cuerpos.
Historia de la expresión
En 1928, Eddington publicó su libro The Nature of the Physical World, que contribuyó a popularizar la flecha del tiempo. En él, el autor escribió:
Dibujemos una flecha del tiempo arbitrariamente. Si al seguir su curso encontramos más y más elementos aleatorios en el estado del universo, en tal caso la flecha está apuntando al futuro; si, por el contrario, el elemento aleatorio disminuye, la flecha apuntará al pasado. He aquí la única distinción admitida por la física. Esto se sigue necesariamente de nuestra argumentación principal: la introducción de aleatoriedad es la única cosa que no puede ser deshecha. Emplearé la expresión “flecha del tiempo” para describir esta propiedad unidireccional del tiempo que no tiene su par en el espacio.
Eddington, por lo tanto, señala tres puntos distintivos de esta flecha:
Es vívidamente reconocida por la conciencia.
Es igualmente exigida por la razón, que nos informa de que una flecha reversible sería un absurdo (como veremos en el ejemplo del vaso).
La flecha del tiempo no viene recogida en la ciencia física, salvo en el estudio de la organización de fenómenos determinados.
Así pues, de acuerdo con Eddington, la flecha del tiempo indica la dirección del incremento progresivo del elemento aleatorio. Siguiendo un antiguo argumento de la termodinámica, Eddington concluye que en lo que respecta a la ciencia física, la flecha del tiempo es una propiedad exclusiva de la entropía.
martes, 31 de mayo de 2016
Semana Astronomica
La Semana de Astronomía y Astrofísica trae la ciencia de las estrellas a la capital
La XIII Semana de Astronomía y Astrofísica se celebrará durante los días 1, 2 y 3 de junio en Clasijazz. Abrirá la semana, José Carlos del Toro Iniesta, del Instituto de Astrofísica de Andalucía CSIC, que hablará de la misión Solar Orbiter de la Agencia Espacial Europea, una gran aventura en la que, por primera vez el hombre conseguirá acercar un instrumento a nuestra estrella a distancias impensables hasta ahora.
La nave se situará mucho más cerca de Mercurio. Llevará una batería de instrumentos para encontrar respuesta a algunas grandes preguntas sobre el origen y el comportamiento de los fenómenos solares que tienen repercusión en nuestra vida en la Tierra.
El investigador principal de CARMENES, Pedro Amado, instrumento que opera en el observatorio de Calar Alto desde principios de años será el encargado de impartir la segunda conferencia el día dos de Junio. ¿Existen otras Tierras en nuestra Galaxia? es el título de la charla en la que explicará cómo está funcionando el instrumento. Ese mismo día recibirá. de manos del presidente de la Asociación de Amigos de Calar Alto, la insignia de la asociación que también se le ha concedido a Andreas Quirrenbach, el investigador principal por la parte alemana. La decisión fue unánime de la
junta directiva por lo que el proyecto CARMENES, supone para Calar Alto. Ese día se contará con la presencia del director del Instituto de Astrofísica de Andalucía, José Vilches.
El 3 de junio, John Beckman del Instituto de Astrofísica de Canarias tratará sobre Astronomía: la más antigua y la más moderna de las ciencias. Los antepasados tenían, en un cierto sentido, mejores oportunidades para observar el cielo que nosotros.
Como cierre de la semana se hará entrega de los diplomas a los ganadores y finalistas del I Concurso de Astrofotogtrafía y Timelapse de Calar Alto. Durante los tres días de conferencias se pondrán ver los trabajos ganadores y la exposición que conmemora el treinta aniversario de la Asociación Astronómica y Cultural Orión.
XIII Semana de Astronomía y Astrofísica
Lugar: Classijazz, Maestro Serano
Días: 1,2, y 3 de Junio de 2016
Hora: 20 h el día 1 y ls días 2 y 3 será a las 19:45 h
La XIII Semana de Astronomía y Astrofísica se celebrará durante los días 1, 2 y 3 de junio en Clasijazz. Abrirá la semana, José Carlos del Toro Iniesta, del Instituto de Astrofísica de Andalucía CSIC, que hablará de la misión Solar Orbiter de la Agencia Espacial Europea, una gran aventura en la que, por primera vez el hombre conseguirá acercar un instrumento a nuestra estrella a distancias impensables hasta ahora.
La nave se situará mucho más cerca de Mercurio. Llevará una batería de instrumentos para encontrar respuesta a algunas grandes preguntas sobre el origen y el comportamiento de los fenómenos solares que tienen repercusión en nuestra vida en la Tierra.
El investigador principal de CARMENES, Pedro Amado, instrumento que opera en el observatorio de Calar Alto desde principios de años será el encargado de impartir la segunda conferencia el día dos de Junio. ¿Existen otras Tierras en nuestra Galaxia? es el título de la charla en la que explicará cómo está funcionando el instrumento. Ese mismo día recibirá. de manos del presidente de la Asociación de Amigos de Calar Alto, la insignia de la asociación que también se le ha concedido a Andreas Quirrenbach, el investigador principal por la parte alemana. La decisión fue unánime de la
junta directiva por lo que el proyecto CARMENES, supone para Calar Alto. Ese día se contará con la presencia del director del Instituto de Astrofísica de Andalucía, José Vilches.
El 3 de junio, John Beckman del Instituto de Astrofísica de Canarias tratará sobre Astronomía: la más antigua y la más moderna de las ciencias. Los antepasados tenían, en un cierto sentido, mejores oportunidades para observar el cielo que nosotros.
Como cierre de la semana se hará entrega de los diplomas a los ganadores y finalistas del I Concurso de Astrofotogtrafía y Timelapse de Calar Alto. Durante los tres días de conferencias se pondrán ver los trabajos ganadores y la exposición que conmemora el treinta aniversario de la Asociación Astronómica y Cultural Orión.XIII Semana de Astronomía y Astrofísica
Lugar: Classijazz, Maestro Serano
Días: 1,2, y 3 de Junio de 2016
Hora: 20 h el día 1 y ls días 2 y 3 será a las 19:45 h
lunes, 30 de mayo de 2016
Teoría del estado estacionario
Teoría del estado estacionario
La teoría del estado estacionario es una teoría cosmológica propuesta a mediados del siglo XX, para dar cuenta de ciertos problemas cosmológicos. De acuerdo con la teoría del estado estacionario, la disminución de la densidad que produce el universo al expandirse se compensa con una creación continua de materia. Debido a que se necesita poca materia para mantener constante la densidad del Universo mientras este se expande (un protón al año en cada Km³ del Universo), esta hipótesis no se ha podido demostrar directamente. La teoría del estado estacionario surge de la aplicación del llamado principio cosmológico perfecto, el cual sostiene que para cualquier observador el universo debe parecer el mismo en cualquier lugar del espacio. La versión perfecta de este principio incluye el tiempo como variable por la cual el universo no solamente presenta el mismo aspecto desde cualquier punto sino también en cualquier instante de tiempo, siendo sus propiedades generales constantes tanto en el espacio como en el tiempo. El origen del universo estacionario se remonta al infinito hacia el pasado con un ritmo de expansión exponencial. El ritmo de expansión tiende a cero cuando el tiempo tiende a menos infinito, y tiende a infinito cuando el tiempo tiende a infinito.
Formulación matemática
El modelo del estado estacionario puede ser encabido en el contexto de la teoría de la relatividad general modelizado un espacio-tiempo de tipo De Sitter, en el que la materia se mueve a lo largo de geodésicas temporales. Aunque Bondi y Gold (1948) no lograron formular las ecuaciones de este modelo explícitamente Pirani (1955) y Hoyle y Narlikar (1964) concluyeron que la métrica de este espacio-tiempo es una solución exacta de las ecuaciones de campo de Einstein sin constante cosmológica en las que además de materia ordinara se introduce un campo escalar con densidad de energía negativa que daría cuenta de la creación continua de materia necesaria para mantener el estado estacionario.
La métrica de este espacio tiempo se puede representar como:
g = -c^2dt\otimes dt + e^{2t/\alpha} \left( dx\otimes dx + dy\otimes dy + dz\otimes dz \right)
Donde \alpha > 0 da la velocidad de expansión y de hecho está relacionada con el inverso de la constante de Hubble.
La teoría del estado estacionario es una teoría cosmológica propuesta a mediados del siglo XX, para dar cuenta de ciertos problemas cosmológicos. De acuerdo con la teoría del estado estacionario, la disminución de la densidad que produce el universo al expandirse se compensa con una creación continua de materia. Debido a que se necesita poca materia para mantener constante la densidad del Universo mientras este se expande (un protón al año en cada Km³ del Universo), esta hipótesis no se ha podido demostrar directamente. La teoría del estado estacionario surge de la aplicación del llamado principio cosmológico perfecto, el cual sostiene que para cualquier observador el universo debe parecer el mismo en cualquier lugar del espacio. La versión perfecta de este principio incluye el tiempo como variable por la cual el universo no solamente presenta el mismo aspecto desde cualquier punto sino también en cualquier instante de tiempo, siendo sus propiedades generales constantes tanto en el espacio como en el tiempo. El origen del universo estacionario se remonta al infinito hacia el pasado con un ritmo de expansión exponencial. El ritmo de expansión tiende a cero cuando el tiempo tiende a menos infinito, y tiende a infinito cuando el tiempo tiende a infinito.
Formulación matemática
El modelo del estado estacionario puede ser encabido en el contexto de la teoría de la relatividad general modelizado un espacio-tiempo de tipo De Sitter, en el que la materia se mueve a lo largo de geodésicas temporales. Aunque Bondi y Gold (1948) no lograron formular las ecuaciones de este modelo explícitamente Pirani (1955) y Hoyle y Narlikar (1964) concluyeron que la métrica de este espacio-tiempo es una solución exacta de las ecuaciones de campo de Einstein sin constante cosmológica en las que además de materia ordinara se introduce un campo escalar con densidad de energía negativa que daría cuenta de la creación continua de materia necesaria para mantener el estado estacionario.
La métrica de este espacio tiempo se puede representar como:
g = -c^2dt\otimes dt + e^{2t/\alpha} \left( dx\otimes dx + dy\otimes dy + dz\otimes dz \right)
Donde \alpha > 0 da la velocidad de expansión y de hecho está relacionada con el inverso de la constante de Hubble.
La teoría inflacionaria
De acuerdo con la teoría de la Gran Explosión o del Big Bang, generalmente aceptada, 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 del Big Bang 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 también 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.
El físico y cosmólogo Alan H Guth, del Instituto Tecnológico de Massachussets (M.I.T.), sugirió en 1981 que el universo caliente, en un estadio intermedio, podría expandirse de forma exponencial.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 introdujo lo que se llamó "nueva hipótesis del universo inflacionario". Linde se dió 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.
Si la mayoría de los físicos han asumido que el universo nació de una sola vez; que en un comienzo éste era muy caliente, y que el campo escalar en el principio contaba con una energía potencial mínima, entonces la inflación aparece como natural y necesaria, lejos de un fenómeno exótico apelado por los teóricos para salir de sus problemas. Se trata de una variante que no requiere de efectos gravitatorios cuánticos, de transiciones de fase, de un superenfriamiento o también de un supercalentamiento inicial.
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. Considerando que los campos escalares pueden tomar valores arbitrarios en el universo primordial, Andrei Linde llamó 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.
La otra predicción comprobable de esta teoría tiene que ver con las perturbaciones de densidad producidas durante la inflación. Se trata de perturbaciones de la distribución de materia en el universo, que incluso podrían venir acompañadas de ondas gravitacionales. Las perturbaciones dejan su huella en el fondo cósmico de microondas, que llena el cosmos desde hace casi 13.800 millones de años.
viernes, 27 de mayo de 2016
George gamow
George Gamow fue un físico y astrónomo ruso, que trabajó en casi todos los campos de astrofísica. Comenzó a trabajar en la universidad de George Washington en 1934, donde publicó trabajos con Edward Teller, Mario Schoenberg, y Ralph Alpher. Gamow trabajó después en ciertos establecimientos antes de huir de la opresión creciente en Rusia y se trasladó a los Estados Unidos en 1934, nacionalizándose estadounidense en 1940. Después del descubrimiento de la estructura de la ADN, Gamow propuso que la secuencia de nucleótidos formaba un código. Estuvo de acuerdo con los investigadores sobre este concepto. Permaneció en Washington hasta 1954, trabajando en la universidad de Berkeley, California, en la universidad de Colorado en Boulder (1956-1968). En 1956 la Unesco le concedió el premio Kalinga, por su trabajo en ciencia con la serie de libros del Sr. Tompkins (1939-1967), Un dos tres..., El infinito, y otros trabajos.También predijo que el Big Bang había dado lugar a la radiación de fondo que fue identificada en 1965 por Arno Penzias y Robert Wilson.
Gamow se interesó por la evolución de las estrellas y en concreto, por cómo se genera la energía en ellas. También trabajó en la nucleosíntesis estelar tratando de averiguar como se formaron los distintos elementos químicos así como prediciendo la proporción de estos en el Universo.
Las ideas de Gamow sobre el Big Bang y la nucleosíntesis estelar han sido puestas a prueba por numerosos experimentos y se han encontrado evidencias que lo avalan:
1.-Las mediciones han mostrado que el universo está expandiéndose Las galaxias están tomando distancia unas de otras a velocidades colosales. Esto concuerda con el surgimiento explosivo del universo. Al imaginar el comienzo de aquella expansión, los astrónomos han calculado que el universo había nacido hace 15.000 millones de años, aproximadamente.
2.-La hipótesis de Gamow es apoyada por la detección de radiación cósmica. Durante miles de millones de años, el universo incandescente se ha ido enfriando a no más de -270 °C. A esta temperatura buena parte de la energía se concentra en la región de radiación de microondas. Debido a que el Big Bang pudo acaecer simultáneamente a la formación del diminuto volumen del universo, la radiación generada podría haber llenado todo el confín cósmico. Por ello, la radiación debería ser la misma en cualquier dirección que se observara (véase isotropía). En efecto, las señales de microondas registradas por los astrónomos, indican la dispersión de un gas difuso formado por hidrógeno y helio a través de todo el universo naciente mucho antes de que se formaran las galaxias. En el año 1995, astrónomos analizaron una luz ultravioleta de un quasar (que se cree que era una galaxia que hizo explosión en los márgenes del universo) y encontraron que una parte de la luz era absorbida por atómos de helio en su viaje a la Tierra. Ya que este quasar está a más de 10.000 millones de años luz, la luz que llega a la Tierra revela hechos de hace 10.000 millones de años. No se ha detectado mayor abundancia de hidrógeno, porque un átomo de H sólo tiene un electrón, el cual es quitado por la luz de un quásar en un proceso conocido como ionización, los átomos de hidrógeno ionizados no pueden absorber ninguna luz del quasar. Por otro lado, el átomo de helio tiene 2 electrones; la radiación puede arrancarle un electrón, pero no siempre ambos. Los átomos de helio ionizados aún pueden absorber la luz, por lo cual es posible su detección.
3.- El descubrimiento del helio primitivo. Los científicos estiman que el hidrógeno y helio fueron los primeros elementos formados en las etapas de comienzo de la evolución cósmica; se piensa que los demás elementos, se originaron mediante una serie de reacciones nucleares en que participaron hidrógeno y el helio en el centro.
Gamow se interesó por la evolución de las estrellas y en concreto, por cómo se genera la energía en ellas. También trabajó en la nucleosíntesis estelar tratando de averiguar como se formaron los distintos elementos químicos así como prediciendo la proporción de estos en el Universo.
Las ideas de Gamow sobre el Big Bang y la nucleosíntesis estelar han sido puestas a prueba por numerosos experimentos y se han encontrado evidencias que lo avalan:
1.-Las mediciones han mostrado que el universo está expandiéndose Las galaxias están tomando distancia unas de otras a velocidades colosales. Esto concuerda con el surgimiento explosivo del universo. Al imaginar el comienzo de aquella expansión, los astrónomos han calculado que el universo había nacido hace 15.000 millones de años, aproximadamente.
2.-La hipótesis de Gamow es apoyada por la detección de radiación cósmica. Durante miles de millones de años, el universo incandescente se ha ido enfriando a no más de -270 °C. A esta temperatura buena parte de la energía se concentra en la región de radiación de microondas. Debido a que el Big Bang pudo acaecer simultáneamente a la formación del diminuto volumen del universo, la radiación generada podría haber llenado todo el confín cósmico. Por ello, la radiación debería ser la misma en cualquier dirección que se observara (véase isotropía). En efecto, las señales de microondas registradas por los astrónomos, indican la dispersión de un gas difuso formado por hidrógeno y helio a través de todo el universo naciente mucho antes de que se formaran las galaxias. En el año 1995, astrónomos analizaron una luz ultravioleta de un quasar (que se cree que era una galaxia que hizo explosión en los márgenes del universo) y encontraron que una parte de la luz era absorbida por atómos de helio en su viaje a la Tierra. Ya que este quasar está a más de 10.000 millones de años luz, la luz que llega a la Tierra revela hechos de hace 10.000 millones de años. No se ha detectado mayor abundancia de hidrógeno, porque un átomo de H sólo tiene un electrón, el cual es quitado por la luz de un quásar en un proceso conocido como ionización, los átomos de hidrógeno ionizados no pueden absorber ninguna luz del quasar. Por otro lado, el átomo de helio tiene 2 electrones; la radiación puede arrancarle un electrón, pero no siempre ambos. Los átomos de helio ionizados aún pueden absorber la luz, por lo cual es posible su detección.
3.- El descubrimiento del helio primitivo. Los científicos estiman que el hidrógeno y helio fueron los primeros elementos formados en las etapas de comienzo de la evolución cósmica; se piensa que los demás elementos, se originaron mediante una serie de reacciones nucleares en que participaron hidrógeno y el helio en el centro.
Evidencias de la Teoria del Bing Bang
Evidencias
En general, se consideran tres las evidencias empíricas que apoyan la teoría cosmológica del Big Bang. Éstas son: la expansión del universo que se expresa en la Ley de Hubble y que se puede apreciar en el corrimiento hacia el rojo de las galaxias, las medidas detalladas del fondo cósmico de microondas, y la abundancia de elementos ligeros. Además, la función de correlación de la estructura a gran escala del Universo encaja con la teoría del Big Bang.
Expansión expresada en la ley de Hubble
De la observación de galaxias y quasares lejanos se desprende la idea de que estos objetos experimentan un corrimiento hacia el rojo, lo que quiere decir que la luz que emiten se ha desplazado proporcionalmente hacia longitudes de onda más largas. Esto se comprueba tomando el espectro de los objetos y comparando, después, el patrón espectroscópico de las líneas de emisión o absorción correspondientes a átomos de los elementos que interactúan con la radiación. En este análisis se puede apreciar cierto corrimiento hacia el rojo, lo que se explica por una velocidad recesional correspondiente al efecto Doppler en la radiación.
Al representar estas velocidades recesionales frente a las distancias respecto a los objetos, se observa que guardan una relación lineal, conocida como Ley de Hubble: v=H_0 \cdot D \, donde v es la velocidad recesional, D es la distancia al objeto y H0 es la constante de Hubble, que el satélite WMAP estimó en 71 ± 4 km/s/Mpc.
Radiación cósmica de fondo
La radiación en este momento habría tenido el espectro del cuerpo negro y habría viajado libremente durante el resto de vida del universo, sufriendo un corrimiento hacia el rojo como consecuencia de la expansión de Hubble. Esto hace variar el espectro del cuerpo negro de 3345 K a un espectro del cuerpo negro con una temperatura mucho menor. La radiación, vista desde cualquier punto del universo, parecerá provenir de todas las direcciones en el espacio.Una de las predicciones de la teoría del Big Bang es la existencia de la radiación cósmica de fondo, radiación de fondo de microondas o CMB (Cosmic microwave background).
El universo temprano, debido a su alta temperatura, se habría llenado de luz emitida por sus otros componentes. Mientras el universo se enfriaba debido a la expansión, su temperatura habría caído por debajo de 3000 K. Por encima de esta temperatura, los electrones y protones están separados, haciendo el universo opaco a la luz. Por debajo de los 3000 K se forman los átomos, permitiendo el paso de la luz a través del gas del universo.
Abundancia de elementos primordiales
Se puede calcular, usando la teoría del Big Bang, la concentración de helio-4, helio-3, deuterio y litio-7.1 en el universo como proporciones con respecto a la cantidad de hidrógeno normal, H. Todas las abundancias dependen de un solo parámetro: la razón entre fotones y bariones, que por su parte puede calcularse independientemente a partir de la estructura detallada de la radiación cósmica de fondo. Las proporciones predichas (en masa, no volumen) son de cerca de 0,25 para la razón 4He/H, alrededor de 10-3 para 2He/H, y alrededor de 10-4 para 3He/H.
Estas abundancias medidas concuerdan, al menos aproximadamente, con las predichas a partir de un valor determinado de la razón de bariones a fotones, y se considera una prueba sólida en favor del Big Bang, ya que esta teoría es la única explicación conocida para la abundancia relativa de elementos ligeros. De hecho no hay, fuera de la teoría del Big Bang, ninguna otra razón obvia por la que el universo debiera, por ejemplo, tener más o menos helio en proporción al hidrógeno.
Evolución y distribución galáctica
Las observaciones detalladas de la morfología y estructura de las galaxias y cuásares proporcionan una fuerte evidencia del Big Bang. La combinación de las observaciones con la teoría sugiere que los primeros cuásares y galaxias se formaron hace alrededor de mil millones de años después del Big Bang, y desde ese momento se han estado formando estructuras más grandes, como los cúmulos de galaxias y los supercúmulos. Las poblaciones de estrellas han ido envejeciendo y evolucionando, de modo que las galaxias lejanas (que se observan tal y como eran en el principio del universo) son muy diferentes a las galaxias cercanas (que se observan en un estado más reciente).
Por otro lado, las galaxias formadas hace relativamente poco son muy diferentes a las galaxias que se formaron a distancias similares pero poco después del Big Bang. Estas observaciones son argumentos sólidos en contra de la teoría del estado estacionario. Las observaciones de la formación estelar, la distribución de cuásares y galaxias, y las estructuras más grandes concuerdan con las simulaciones obtenidas sobre la formación de la estructura en el universo a partir del Big Bang, y están ayudando a completar detalles de la teoría.
En general, se consideran tres las evidencias empíricas que apoyan la teoría cosmológica del Big Bang. Éstas son: la expansión del universo que se expresa en la Ley de Hubble y que se puede apreciar en el corrimiento hacia el rojo de las galaxias, las medidas detalladas del fondo cósmico de microondas, y la abundancia de elementos ligeros. Además, la función de correlación de la estructura a gran escala del Universo encaja con la teoría del Big Bang.
Expansión expresada en la ley de Hubble
De la observación de galaxias y quasares lejanos se desprende la idea de que estos objetos experimentan un corrimiento hacia el rojo, lo que quiere decir que la luz que emiten se ha desplazado proporcionalmente hacia longitudes de onda más largas. Esto se comprueba tomando el espectro de los objetos y comparando, después, el patrón espectroscópico de las líneas de emisión o absorción correspondientes a átomos de los elementos que interactúan con la radiación. En este análisis se puede apreciar cierto corrimiento hacia el rojo, lo que se explica por una velocidad recesional correspondiente al efecto Doppler en la radiación.
Al representar estas velocidades recesionales frente a las distancias respecto a los objetos, se observa que guardan una relación lineal, conocida como Ley de Hubble: v=H_0 \cdot D \, donde v es la velocidad recesional, D es la distancia al objeto y H0 es la constante de Hubble, que el satélite WMAP estimó en 71 ± 4 km/s/Mpc.
Radiación cósmica de fondo
La radiación en este momento habría tenido el espectro del cuerpo negro y habría viajado libremente durante el resto de vida del universo, sufriendo un corrimiento hacia el rojo como consecuencia de la expansión de Hubble. Esto hace variar el espectro del cuerpo negro de 3345 K a un espectro del cuerpo negro con una temperatura mucho menor. La radiación, vista desde cualquier punto del universo, parecerá provenir de todas las direcciones en el espacio.Una de las predicciones de la teoría del Big Bang es la existencia de la radiación cósmica de fondo, radiación de fondo de microondas o CMB (Cosmic microwave background).
El universo temprano, debido a su alta temperatura, se habría llenado de luz emitida por sus otros componentes. Mientras el universo se enfriaba debido a la expansión, su temperatura habría caído por debajo de 3000 K. Por encima de esta temperatura, los electrones y protones están separados, haciendo el universo opaco a la luz. Por debajo de los 3000 K se forman los átomos, permitiendo el paso de la luz a través del gas del universo.
Abundancia de elementos primordiales
Se puede calcular, usando la teoría del Big Bang, la concentración de helio-4, helio-3, deuterio y litio-7.1 en el universo como proporciones con respecto a la cantidad de hidrógeno normal, H. Todas las abundancias dependen de un solo parámetro: la razón entre fotones y bariones, que por su parte puede calcularse independientemente a partir de la estructura detallada de la radiación cósmica de fondo. Las proporciones predichas (en masa, no volumen) son de cerca de 0,25 para la razón 4He/H, alrededor de 10-3 para 2He/H, y alrededor de 10-4 para 3He/H.
Estas abundancias medidas concuerdan, al menos aproximadamente, con las predichas a partir de un valor determinado de la razón de bariones a fotones, y se considera una prueba sólida en favor del Big Bang, ya que esta teoría es la única explicación conocida para la abundancia relativa de elementos ligeros. De hecho no hay, fuera de la teoría del Big Bang, ninguna otra razón obvia por la que el universo debiera, por ejemplo, tener más o menos helio en proporción al hidrógeno.
Evolución y distribución galáctica
Las observaciones detalladas de la morfología y estructura de las galaxias y cuásares proporcionan una fuerte evidencia del Big Bang. La combinación de las observaciones con la teoría sugiere que los primeros cuásares y galaxias se formaron hace alrededor de mil millones de años después del Big Bang, y desde ese momento se han estado formando estructuras más grandes, como los cúmulos de galaxias y los supercúmulos. Las poblaciones de estrellas han ido envejeciendo y evolucionando, de modo que las galaxias lejanas (que se observan tal y como eran en el principio del universo) son muy diferentes a las galaxias cercanas (que se observan en un estado más reciente).
Por otro lado, las galaxias formadas hace relativamente poco son muy diferentes a las galaxias que se formaron a distancias similares pero poco después del Big Bang. Estas observaciones son argumentos sólidos en contra de la teoría del estado estacionario. Las observaciones de la formación estelar, la distribución de cuásares y galaxias, y las estructuras más grandes concuerdan con las simulaciones obtenidas sobre la formación de la estructura en el universo a partir del Big Bang, y están ayudando a completar detalles de la teoría.
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