El cosmos, la materia y la energía, el origen y el futuro del universo explicados por la ciencia, de la manera más sencilla posible. Colección de los grandes artículos de divulgación científica hallados en la web.
Imagen: Primer Campo Profundo (Deep Field) realizado por el telescopio espacial James Webb (12Jul2022), del cúmulo de galaxias SMACS 0723, a 4.600 millones de años luz de la Tierra, donde además puede verse la galaxia más antigua fotografiada, de 13,1 mil millones de años.
Más noticias sobre el Telescopio Espacial James Webb (JWST).
Quizás lo más esperado por los cosmólogos sea descubrir las galaxias más antiguas, tal vez las primeras en formarse en el Universo. El recientemente encendido (el 12 de julio pasado) telescopio espacial nos ha regalado la ya famosa imagen imponente del cúmulo de galaxias SMACS J0723-73 haciendo de lupa para que podamos ver posibles galaxias primigenias a 13.100 millones de años-luz de nosotros, o sea, apenas unos 600 millones de años después del Big Bang.
Francisco Villatoro nos alienta -muy raro en él, debo admitir- a pensar que esas pinceladas curvas rojizas en la foto First Deep Field podrían ser galaxias de cuando el Universo era une niñe de tan sólo 180-250 millones de años. Pensemos que el reinado de los dinosaurios duró unos 160-180 millones de años (Mesozoico). O que el ser humano se estima aparecido hace alrededor de 2 millones de años (Homo habilis).
El artículo está repleto de datos técnicos, así que es una buena oportunidad de ver cómo se cuece la cosmología en serio. En estos casos, vale tratar de entender los conceptos básicos que toda esa información compleja nos están diciendo.
Una de las predicciones de la mecánica cuántica más desconcertante es que el vacío en realidad está lleno.
En los aceleradores colisionadores de partículas los físicos arrancan partículas y energía del vacío.
El cosmos entero a gran escala se está expandiendo por una energía enigmática que podría estar contenida en el vacío mismo, en el espacio, la energía oscura.
Uno de los pilares de la mecánica cuántica es el que nos obliga a pensar así y a demostrarlo empíricamente una y otra vez: el Principio de Incertidumbre (1927) de Werner Heisenberg (1901-1976).
Les dejo esta perla de la divulgación científica a cargo del muy serio Francisco Villatoro (https://francis.naukas.com/), físico y matemático de la Universidad de Málaga, España. Aquí nos explica las consecuencias del experimento (2021) que midió el momento magnético anómalo del muon, cuya diferencia con los cálculos teóricos del Modelo Estándar se expresa como g-2 ("g menos 2").
g-2 es un número decimal muy pequeño que representa una de las extrañas falencias del exitosísimo Modelo Estándar de la física de partículas, fundamento teórico de la mecánica cuántica, y que hace pensar a los físicos que aquél está incompleto y por lo tanto nuevas partículas y nueva física ha de estar encerrada en esa discrepancia.
Aquí QuantumFracture también explica la anomalía del momento magnético del muon:
Continuando con la composición del Universo a nivel fundamental que charlamos en https://ciencia-pop.blogspot.com/2022/07/la-energia-oscura-un-70-de-la-masa.html, traigo esta clara explicación de Derek Muller (Veritasium) sobre la formación de la materia bariónica, la ordinaria que constituye todo lo que vemos y sentimos directamente, en contraposición a la materia oscura y la energía oscura.
Cómo se formaron los primeros elementos, hidrógeno y deuterio, y el helio, justo después del Big Bang, en qué instantes del Universo bebé durante sus primeros 20 minutos.
Cómo se encuentran los rastros de materia "perdida"... en lo que los científicos llaman Medio Intergaláctico Caliente, (en inglés WHIM, Warm–hot intergalactic medium), donde se escondería en forma de plasma "rarificado" alrededor de la mitad de la materia ordinaria calculada.
En el posteo anterior hablamos de las inconcebibles distancias en el cosmos. Es comprensible que mucha gente no le dé demasiada importancia a lo inconmensurable que es nuestro Universo, pero también que muchas personas sean escépticas sobre la posibilidad de hacer esas mediciones... A qué distancia se halla el Sol, o la estrella más cercana a nuestro Sistema Solar, o el tamaño de éste, o el de nuestra galaxia, la Vía Láctea, o cuán lejos se halla la galaxia más próxima, Andrómeda.
En este video de QuantumFracture se explican con bastante claridad los métodos de medición de distancias usados por astrónomos y astrofísicos, evidenciando la complejidad de la tarea:
Para ilustrar con datos esta nota, se me ocurrió mostrarles los ejemplos de distancias cósmicas que muy atinadamente presenta Wikipedia en su entrada año-luz:
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En unidades del SI (Sistema Internacional de Unidades), un año luz equivale a:
Exactamente 9 460 730 472 580 800 m
Aproximadamente 9,46 × 10^12 km
Aproximadamente 9,4607 × 10^15 m
Aproximadamente 5,8786 × 10^12 millas
Aproximadamente 5,1084 × 10^12 millas náuticas
Aproximadamente 63 241 ua (unidades astronómicas, también UA, siendo 1 UA la distancia media Tierra-Sol; es muy utilizada para comparar a la Tierra con exoplanetas, los planetas que orbitan otras estrellas)
Aproximadamente 0,3066 pc (pársec, otra unidad de distancia astronómica).
Ningún planeta del sistema solar está a una distancia próxima a un año luz partiendo del Sol, el más lejano, Neptuno, se encuentra del mismo a 0,000 622 594 529 785 0989 años luz.
La distancia entre el Sol y la Nube de Oort exterior (cuerpos que rodean el Sistema Solar más allá de Neptuno, es la frontera con el espacio interestelar) es de 1 año luz aprox.
Un pársec equivale a 3,26 años luz. Es decir, 30 856 775 813 329,63 km.
La distancia entre el Sol y la estrella más cercana, Próxima Centauri, es de 4,22 años luz. Es decir, 39 924 282 594 290,98 km.
El diámetro de la Vía Láctea es de aproximadamente 150 000 años luz. Es decir, 1 419 109 570 887 120 000 km aproximadamente, siendo la segunda galaxia más grande del Grupo Local.
La distancia entre la Vía Láctea y la galaxia enana del Can Mayor, la más cercana, es de 25 000 años luz. Es decir, 236 518 261 814 520 000 km.
La distancia entre la Vía Láctea y la galaxia enana elíptica de Sagitario es de entre 63 000 y 77 000 años luz. Es decir, entre 596 026 040 000 000 000 km y 728 476 270 000 000 000 km.
El diámetro de la galaxia de Andrómeda (M31), la más grande del Grupo Local, es de 240 000 años luz. Es decir, 2 270 575 313 000 000 000 km.
La distancia entre la Vía Láctea y la Gran Nube de Magallanes es de 163 000 años luz aproximadamente. Es decir, 1 542 099 067 030 670 000 km aproximadamente.
La distancia entre la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda es de 2 500 000 años luz. Es decir, 23 651 826 181 452 000 000 km. Se encuentran, además, en trayectoria de colisión.
La distancia entre la Vía Láctea y GR8, la galaxia más lejana del Grupo Local, es de 5 200 000 años luz aproximadamente, es decir, 49 195 798 457 420 160 000 km.
El diámetro aproximado del Grupo Local es de una esfera de 10 000 000 años luz. Es decir, 94 607 308 000 000 000 000 km.
El diámetro aproximado del supercúmulo de Virgo, supercúmulo de galaxias que contiene al Grupo Local, es de 200 000 000 años luz. Es decir, 1 892 146 200 000 000 000 000 km.
El diámetro aproximado del complejo de supercúmulos Piscis-Cetus, complejo formado por supercúmulos de galaxias que incluye el supercúmulo de Virgo, se estima alrededor de 1 000 000 000 años luz. Es decir, unos 9 460 730 800 000 000 000 000 km.
El diámetro aproximado de la mayor estructura conocida del universo, la Gran Muralla de Hércules-Corona Boreal, es superior a los 10 000 000 000 años luz, lo que en kilómetros supone una cifra superior a 94 607 308 000 000 000 000 000 km.
El radio aproximado de la esfera del universo observable desde el planeta Tierra es de 46 500 000 000 años luz, por lo que el diámetro si nos situamos en el centro de un extremo al otro sería aproximadamente de 93 000 000 000 años luz. Es decir, unos 879 780 000 000 000 000 000 000 km.
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¡Qué viaje!
Continuará....
Prof. Ángel Castro
Nota: Las cifras enteras aparecen sin los puntos de los miles porque es una directriz del Sistema Internacional de Unidades para los textos científicos. Está claro que esa nomenclatura complica el traspaso de números a usos computacionales, tanto como el punto.
¿No nos preguntamos cómo hace la ciencia para medir las distancias a las estrellas dentro de la nuestra galaxia Vía Láctea, a las galaxias y estrellas fuera de ella, a exoplanetas, cuando nos informan lejanías que no podemos concebir ni imaginar?
Repasemos. La unidad de longitud más conocida de la astronomía es el año-luz. Año-luz es unidad de distancia, longitud, no de tiempo. Como el metro, el km, el nanómetro o el micrón.
Un año-luz es la distancia que recorre la luz en un año (juliano terrestre), y se abrevia a-l. La luz viaja en el vacío a 299.792,458 km/s, denominada c, la máxima velocidad que cualquier cosa puede alcanzar en la naturaleza; en realidad, sólo pueden viajar a la velocidad c la radiación electromagnética y las influencias a distancia de las fuerzas fundamentales, o dicho de otra manera, viajan a c sólo las partículas que transmiten la acción de las 4 fuerzas fundamentales (gravedad, electromagnetismo, y las fuerzas nucleares fuerte y débil). Podemos redondear c a unos 300.000 km/s.
Haciendo cuentas muy sencillas podemos advertir que la luz del Sol tarda unos 8:20 minutos en llegar a nosotros, porque lo orbitamos a unos 150 millones de km en promedio,
la estrella más cercana al Sol es Próxima Centauri, del sistema triple estelar Alpha Centauri, se halla a 4,22 años-luz... O sea que la luz de ella tarda en llegar a nosotros 4 años, 2 meses y 19 días. En km esa distancia es de 39.924.282.594.290,98, casi 40 millones de millones de km... Ni siquiera podemos imaginar ese número,
ergo, no podemos concebir cuán lejos está nuestra vecina estelar más cercana.
La espacionave más rápida construida por la humanidad, el Voyager 1, llegaría en 72.000 años a Próxima Centauri.
Pensemos que la historia escrita de la humanidad tiene unos 5.500 años, la decimotercera parte (1/13) de ese tiempo.
La agricultura tiene unos 10.000 años. El viaje a Próxima Centauri duraría 7,2 veces ese tiempo, la edad de la humanidad "civilizada".
Nuestra galaxia Vía Láctea, espiralada en un disco de unos 100.000 años-luz de diámetro, una longitud 23.700 veces la distancia a nuestra vecina estelar más cercana.
Busqué en la web videos que nos permitan visualizar las distancias inconcebibles que hay en nuestro cosmos.
En el extremo, Aldo nos explica cómo se calcula el diámetro de nuestro Universo visible:
Siempre me hice una pregunta, desde que supe de las distancias reales en el espacio exterior y el cosmos todo: ¿qué sentido existencial tiene nuestra ínfima escala humana si vivimos en un Universo que se presenta prácticamente imposible de recorrer?
El Fondo Cósmico de Microondas es la "foto" final del plasma original que se expandió con el espacio dando lugar a los objetos que observamos en el cosmos, galaxias, estrellas, planetas, agujeros negros, unos 380.000 años después del Big Bang (inicio de la inflación abrupta del Universo). Cuando la inflación agrandó tanto el espacio como para que los fotones pudieran escapar de la sopa de partículas, éstos produjeron la radiación que hoy vemos como FCM, también llamada radiación de fondo de microondas, ocosmic microwave background (CMB) en inglés.
Estudiando minuciosamente esa "luz", los cosmólogos calculan la cantidad de materia y energía ordinarias, de energía oscura (la responsable de la expansión del espacio a gran escala, resumida en la constante cosmológica, , letra griega lambda mayúscula) y de materia oscura (la responsable de mantener unidos a los cúmulos galácticos mediante la atracción gravitatoria), de todo el Universo.
Y los números son asombrosos. La densidad de masa-energía del Universo tiene apenas una aporte de un 5% de la materia y la energía ordinarias, visibles en los planetas, las estrellas, los agujeros negros, la radiación electromagnética.
La energía oscura aporta un 70% en la densidad del Universo, expandiéndolo con un mecanismo aún desconocido, con sospechoso bien apuntado: la energía de punto cero de los campos cuánticos, o la energía del vacío, para ser breves.
La materia oscura aporta el restante 25%, y es la responsable de que aún sigamos viendo galaxias y cúmulos galácticos más allá de nuestro Grupo Local, manteniéndolos unidos contra la expansión del Universo, aunque sólo podamos imaginarla y medirla sólo por sus efectos gravitacionales pues no emite ni refleja radiación (ondas electromagnéticas, luz). El 5% de materia+energía ordinaria no alcanzaría para explicar esa unión con su aporte gravitatorio.
Además, los cuerpos que orbitan alrededor de las galaxias lo hacen casi a la misma velocidad sin importar la distancia a la que se encuentran del centro gravitatorio de ellas, lo que contradice algo básico de la Ley de Gravedad: cuanto más lejos de la galaxia, un cuerpo atrapado gravitatoriamente debería girar más lentamente alrededor de ella. Una de las explicaciones que dan los astrofísicos es que todas las galaxias están rodeadas por un halo de materia que no podemos ver en ninguna longitud de onda electromagnética, un tipo de materia que no interactúa con la "luz".
El siguiente video es una de las mejores piezas de divulgación sobre este tema:
La energía oscura es hoy en día una de las partes fundamentales de nuestra visión del cosmos, el Modelo Cosmológico Lambda-CDM (energía oscura + materia oscura).
Aunque suene increíble, fue puesta en las ecuaciones de la Relatividad General por el mismísimo Einstein como una corrección en la cual él no creía. Se trata del coeficiente Lambda, , la constante cosmológica, que se puede interpretar como una energía que provoca la expansión del espacio mismo y aumenta con ella, la llamada energía oscura. No hay otro término en la ecuación de campo gravitatorio de la Relatividad General que pueda explicar la observada expansión del espacio.
El título es provocador porque sugiere una violación de la Teoría de la Relatividad de Einstein (1905), que establece a la velocidad de la luz en el vacío (casi 300.000 km/s, llamada c) como el límite de velocidad de cualquier cuerpo o señal que viaje por el espacio.
¡Exacto! Nada en el espacio puede superar c, pero el espacio en sí mismo sí puede estirarse más rápido que c, y no conocemos límite para su velocidad de expansión... Es la expansión acelerada del Universo que se estima generada por la llamada energía oscura que está en el espacio mismo, en el vacío intergaláctico.
Por la Ley de Hubble sabemos que los cuerpos muy lejanos en el cosmos se apartan de nosotros más rápido cuanto más lejos se hallan. Podemos imaginar un límite a una distancia donde esos cuerpos se mueven en promedio a la velocidad de la luz debido a la expansión del espacio. Ese límite demarcaría una burbuja 3D con centro en nosotros y un radio de 13.700 millones de años-luz, distancia que habría recorrido la luz en los 13.700 millones de años de edad del Universo (en realidad la primera "luz" del Universo que podemos llegar a ver se liberó a los 380.000 años de edad del mismo, es el Fondo Cósmico de Microondas). Se trata de nuestra Burbuja de Hubble.
Más allá de esa burbuja hay galaxias y otros astros alejándose de nosotros a velocidades superiores a la de la luz, según la ley de expansión acelerada del Universo. Y como su luz es más lenta, podríamos suponer que nunca nos llegará.
Pero no es así. Como el espacio mismo de esa burbuja se está expandiendo, va al encuentro de esa luz, y así podemos ver objetos en un radio de más de 46.000 millones de años-luz. Ése es nuestro "Universo observable" actualmente.
En el siguiente video, Derek Muller de Veritasium, plantea una consecuencia muy inquietante de esta visión del Universo si admitimos que es infinito, el Big Bang sucedió en todas partes y no en un punto. Y si asumimos que el Universo no se expande en un espacio de mayor dimensión, se estaría expandiendo en sí mismo...
En el posteo anterior, dijimos que había una discrepancia imposible de conciliar entre los dos métodos más aceptados de medir la constante de Hubble y por lo tanto, la expansión del Universo. Se trata del análisis del Fondo Cósmico de Microondas mediante el modelo cosmológico vigente Lamdba-CDM (energía oscura + materia oscura). Y por otro lado, de la medición del corrimiento al rojo de galaxias más allá de nuestro Grupo Local. Ambos pasan por su mayor etapa de refinamiento, es decir, redujeron mucho sus errores de medición.
En 1964, el astrónomo noruego Sjur Refsdal propuso medir la constante de Hubble usando las imágenes de una supernova producidas por una lente gravitacional entre ella y nosotros. Dichas imágenes nos llegan con diferentes retrasos porque atraviesan distancias distintas aunque parten de la misma supernova. Y como la luz de una supernova es muy bien conocida por la astrofísica, esas distancias pueden ser calculadas.
Recién en 2015 pudo ser observada por primera vez una supernova mediante una lente gravitacional, que nos dio 4 imágenes separadas de ella. De los datos de estas observaciones se dedujo un valor de H0 más cercano al dado por el modelo cosmológico, unos 19,6 km/s por cada millón de años-luz de distancia entre galaxias, y con alta incertidumbre (error de medición).
Todo esto indica que hay que seguir refinando los métodos más utilizados y seguir buscando otros modos de medir la expansión del Universo.
Edwin Hubble (1889-1953) fue el astrónomo que descubrió la expansión del Universo en 1929 midiendo el corrimiento al rojo de la luz de las galaxias lejanas, demostrando que casi todos esos objetos se alejan de nosotros, y a mayor velocidad cuanto más lejos se hallan. Excluyó el Grupo Local de galaxias vecinas, ligadas gravitatoriamente con nuestra galaxia Vía Láctea.
Y lo asombroso fue que además demostró que ese corrimiento al rojo de la luz (vinculado a la velocidad) del objeto lejano es proporcional a la distancia que lo separa de nosotros. Por ejemplo, una galaxia ubicada al doble de distancia que otra se mueve al doble de velocidad que ésta última.
Esa proporcionalidad estableció una simple ley que define a la cosmología moderna, la Ley de Hubble (hoy Ley de Hubble-Lemaître), que expresa la expansión del Universo en un valor constante de unos 22,5 km/s por cada millón de años-luz de distancia entre dos objetos cualesquiera. Sorprende que ese valor se repita con objetos a diferentes distancias de nosotros, como si fuese un sello de nuestro Universo, es la famosa Constante de Hubble, H0.
Por tratarse de una ley surgida de la observación de objetos tan lejanos, depende del grado de exactitud disponible en las tecnologías de medición y observación cosmológicas, y por ello ha sufrido grandes variaciones desde su establecimiento. Pero además, es razonable que esa H0 no haya sido siempre igual a lo largo del tiempo. Incluso, H0 nos permite calcular la edad del Universo como 1/H0, dando el valor de 13,787 millones de años ± 20 millones de años, según el modelo Lambda-CDM.
Actualmente hay dos métodos de medición de la Constante de Hubble, que discrepan tanto entre sí que ambos están puestos en duda. Uno de ellos consiste en medir los corrimientos al rojo de las galaxias. El otro se basa en el análisis del Fondo Cósmico de Microondas, la "foto" final del plasma original del que surgió toda la materia y la radiación, según el paradigma cosmológico actual, que considera que el Universo está dominado por la energía oscura y la materia oscura.
El siguiente video presenta muy claramente el arduo debate actual sobre el valor que define no solo el ritmo de expansión del Universo/espacio sino también la edad del mismo:
Sigo buscando perlas de divulgación científica para tenerlas a mano en un solo lugar.
Hoy sabemos que el Universo es la materia, la radiación, la energía oscura, y el espaciotiempo donde ellas existen, se mueven y actúan... Siendo la energía oscura la responsable de la expansión del espaciotiempo.
La cosmología moderna permite elegir de entre todas las posibilidades una cantidad limitada de posibles tipos de universo.
Las diferencias entre los distintos tipos de universo están determinadas por la geometría de su espaciotiempo, definida a su vez por la puja entre la materia+gravedad y la energía oscura.
Las observaciones cosmológicas indican que es la energía oscura la que está ganando la batalla por ahora: aparentemente, los cúmulos de galaxias se están alejando entre sí en ciertas regiones muy lejanas a velocidades mayores a la de la luz, y no porque violen la teoría de la Relatividad de Einstein, sino porque el espacio mismo se estira por efecto de esa enigmática energía del vacío.
He aquí una sencilla descripción de 9 tipos de universo:
QuantumFracture es un gran canal de divulgación científica.
¿Qué forma tiene el Universo... el espacio, mejor dicho?
La mejor herramienta que tenemos para pensar cómo es el espacio donde se mueven las galaxias y los cúmulos galácticos es la geometría, y dentro de ella las geometrías no planas (no euclideanas).
¿Por qué sólo menciono galaxias y no estrellas o planetas? Porque la escala universal puede observarse mediante las estructuras más grandes que se han formado a la fecha: las galaxias constituidas por cientos de miles de millones de estrellas, y sus agrupaciones dispersas por el espacio. Planetas y estrellas constituyen las galaxias y son inimaginablemente más pequeños y mucho menos luminosos que ellas... salvo que se trate de supernovas o agujeros negros.
Como decíamos en el artículo anterior, el espacio del Universo es al menos tridimensional (3D), y podría ser finito sin borde / límite, o infinito, podría estar inmerso en una cuarta dimensión espacial o no, podría ser plano o estar curvado.
Entonces, imaginábamos qué sucedería en un viaje hipotético partiendo en una nave espacial moviéndonos sin límite de tiempo en línea recta.
En un universo cerrado, recorreríamos el universo descubriendo más y más galaxias, comenzando en algún momento a ver por segunda vez algunas de ellas y hasta pudiendo volver al Sistema Solar.
En un universo abierto, un viaje lo suficientemente largo nos pondría increíblemente lejos de la Tierra y la Vía Láctea, pero también muy lejos en el tiempo, cuando las galaxias ya estén tan separadas entre sí debido a la expansión del universo que dejaríamos de verlas. Esto aparece muy bien explicado en el segundo video.
Las observaciones cosmológicas permiten decidir la descripción geométrica más verosímil de nuestro universo.
El siguiente clip es una excelente explicación de uno de los temas más abstractos de la cosmología:
Son bienvenidos los comentarios. Hasta la próxima!
El espacio tridimensional de nuestro universo se expande, es un hecho verificado observacionalmente por la astronomía, la astrofísica y la cosmología.
Pero, ¿dónde se expande? ¿en un espacio 3D mayor? ¿En un espacio de más dimensiones espaciales, un 4D+tiempo, un 5D+tiempo...?
La cosmología actual no descubrió indicios de esos ámbitos extra universales: las galaxias, los cúmulos de galaxias parecen alejarse entre sí en un espacio 3D que a su vez se expande.
Por lo tanto, el universo no tiene límites, ni bordes. Sin embargo, podemos sopesar dos tipos de universo: abierto o cerrado.
En un universo cerrado, si partimos con una nave espacial en un viaje hipotético en línea recta, luego de siglos o millones de años, o billones de años, retornaríamos aquí.
En un universo abierto, haciendo ese mismo viaje, no volveríamos jamás y seguiríamos viendo galaxias y todo tipo de astros hasta el fin de los tiempos, cada vez más dispersas, quizás hasta llegar a un vacío total...
Las observaciones cosmológicas insisten en indicarnos que nuestro universo es prácticamente plano, y las geometrías no euclideanas ayudan a visualizar y matematizar espacios 3D curvos que no requieren de una cuarta dimensión espacial.
Este bello video es una excelente aproximación a estas concepciones geométricas sobre el universo todo:
El Big Bang podría no ser una explicación suficiente para la uniformidad que vemos en nuestro universo en todas direcciones (isotropía), ni para la formación de las irregularidades del espacio que dieron origen a las galaxias tan inimaginablemente lejanas entre sí.
Hay una Teoría de la Inflación Cósmica que propone al espacio universal como un campo generado por una partícula madre de todos los campos y partículas que hoy conocemos, el inflatón.
Antes del Big Bang, toda la materia, la energía y el espacio estaban concentrados en un volumen mínimo lleno de un campo energético que le dio a todos los puntos de ese espacio las mismas propiedades físicas, pero con fluctuaciones cuánticas típicas del mundo subatómico dispersas en todo ese volumen.
Ese campo inflatón le dio la uniformidad al universo y provocó su expansión abrupta y bestial con un mecanismo aún desconocido. Y sus fluctuaciones cuánticas generaron irregularidades espaciales que se alejaron inmensamente con la expansión del espacio mismo, y en las que la materia se juntó para formar las primeras galaxias.
El Modelo Estándar de partículas elementales es una de las dos grandes teorías fundamentales de la física moderna, la más exitosa de la historia de la ciencia según muchos físicos.
Es la base de la mecánica cuántica, nacida con el siglo XX, fundamento de la electrónica, las computadoras, los celulares inteligentes, las pantallas y luces led, la química, las tecnologías de la información, la criptografía, la energía nuclear.
Sin embargo, sigue siendo dramáticamente incompleta puesto que no incluye a la gravedad en su descripción del universo.
Dicho de otro modo, el ME no ha podido ser unificado con la Teoría General de la Relatividad de Einstein (1915), que describe de manera muy precisa la gravedad, su influencia sobre el espaciotiempo, y la evolución y las formas materiales del universo todo.
De los intentos de completar el Modelo Estándar surgen conceptos que deberían ser comprobados empíricamente para encaminarse hacia la unificación de la física. Los más notables y revolucionarios son
las dimensiones extra más allá del espaciotiempo 4D (3 espaciales, 1 temporal)
la supersimetría: nuevas partículas complementarias de las conocidas, que en estos momentos son buscadas en los aceleradores más poderosos
el acoplamiento fuerte: algunas partículas serían compuestas en vez de elementales (indivisibles), como el bosón de Higgs, y deberían poder ser divididas en los aceleradores.
Ésta es una bella pieza de divulgación científica sobre la búsqueda de la arquitectura fundamental de la materia y la energía:
El universo se expande desde hace 13.700 millones de años, justo con el Big Bang o el inicio de la inflación cósmica.
Primero fue una expansión abrupta desde un volumen subatómico en una fracción infinitesimal de segundo, que se detuvo de golpe para seguir expandiéndose muchísimo más lentamente.
Hoy se cree saber que el espacio mismo se expande aceleradamente y los físicos atribuyen esto a que el espacio no está realmente vacío sino, al revés, lleno de energía y partículas, algunas de las cuales aparecen por un instante de la nada para volver a desaparecer en el falso vacío.
Esa extraña energía del vacío, del espacio mismo, debe tener ciertas propiedades que no se corresponden con las energías fundamentales conocidas (gravedad, electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil), y aparece expresada en la ecuación de la Relatividad General como un factor "antigravitatorio" que tiende a alejar entre sí a los grandes cúmulos galácticos, cuyas gigantescas masas los mueven a juntarse.
La que sigue es una sencilla explicación de uno de los mayores enigmas de la cosmología y la física fundamental:
Hace décadas que la física intenta unificar sus dos teorías fundamentales: la Relatividad General de Albert Einstein y la mecánica cuántica plasmada en el Modelo Estándar de partículas elementales.
De esa tarea ciclópea surgieron teorías "unificadoras" que aún no lograron ser comprobadas experimentalmente, ya que predicen fenómenos muy difíciles de detectar con nuestra actual tecnología.
Una de ellas es la Teoría de Cuerdas, que básicamente propone describir a las partículas elementales (electrones, quarks, neutrinos, gluones, etc) como objetos de una dimensión, o sea, segmentos o anillos, ya no como puntos, como los trata la mecánica cuántica tradicional.
Ese aparentemente simple cambio de modelo genera conceptos revolucionarios tanto en el mundo subatómico como a nivel cosmológico, y muchos científicos consideran que es una seria candidata a unificar los dos pilares de la física moderna.
La Teoría de Cuerdas exige la existencia de 9 dimensiones espaciales, es decir, 6 más que las 3 que perciben nuestros sentidos, pero además, y a consecuencia de esas dimensiones extra invisibles predice 10 a la 500 (10^500) posibles configuraciones del espacio 9D, o sea, 10^500 posibles universos, al menos.
Dicho de otro modo, es una de las teorías físicas que proponen que vivimos en un multiverso: nuestro universo sería sólo uno de los universos que "en realidad" existen.
Este videoclip es una de las mejores piezas de divulgación científica sobre esta teoría tan compleja:
El telescopio más poderoso construido por la humanidad, el James Webb Space Telescope (JWST), publicó sus primeras imágenes el 12 de julio de 2022 y dio mucha alegría a los amantes de la cosmología, la astronomía y la exoplanetología.
Para no dejarse engañar por títulos rimbombantes cargados de inexactitudes, elegí esta entrevista bien seria a una de las científicas involucradas en el proyecto.
Por lo pronto, estas primeras fotografías nos dieron
1. Las imágenes más nítidas de galaxias primitivas de los primeros 600 millones de años de edad del universo conocido.
¡No del Big Bang!
Puesto que la "luz" más antigua que detectamos desde 1964 es el Fondo Cósmico de Microondas, que data de los 380.000 años de edad del universo.
2. Para retroceder en el tiempo, y por lo tanto en el espacio, el JWST deberá tomar fotos con mucho más tiempo de exposición, para poder captar más luz / fotones.
El objetivo de estas capturas es ver las primeras galaxias que se formaron en nuestro universo.
3. Se encontraron señales de agua en estado gaseoso en un exoplaneta gigante gaseoso, apenas más chico que Júpiter.
¡No se encontró agua líquida en un exoplaneta de tipo terrestre! El JWST no podría hacerlo.
, letra griega lambda mayúscula) y de materia oscura (la responsable de mantener unidos a los cúmulos galácticos mediante la atracción gravitatoria), de todo el Universo.
