el origen del universo
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Monografia del origen del UniversoTRANSCRIPT
“AÑO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE
Y COMPROMISO CLIMATICO”
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS
ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
Tema: ORIGEN DEL UNIVERSO
Docente: Ing. Rusbell Zevallos Dávila
Alumna: Angélica Sánchez Cahuana
2014
Origen y evolución del universo
El universo es todo lo que existe físicamente: el espacio, el tiempo, todas las formas de la
materia, la energía y el impulso. También forma parte de él las leyes y constantes físicas
que lo gobiernan. Él tiene sus orígenes y estudios a partir de la antigua Grecia por el
astrónomo Claudio Tolomeo quien planteaba que La Tierra era el centro del universo
(teoría geocéntrica) y que el resto de los planetas incluyendo al Sol se encontraban en
línea recta.
Muchos años después se creó otra teoría llamada heliocéntrica y fue expuesta por Nicolás
Copérnico la cual explicaba que el centro del universo era el Sol y que todos los planetas
se encontraban alrededor de él.
Estos fueron los comienzos de las investigaciones acerca del universo, pero más adelante
llego uno de los científicos más reconocidos como lo fue Einstein quien se encargó de
introducir entre los físicos la teoría de la relatividad. Esta establece que aparte de las tres
dimensiones que ya conocemos como son: largo, ancho y profundo había que agregarle
una cuarta dimensión la cual es el espacio y el tiempo.
A partir de este hecho comenzaron a existir muchas hipótesis acerca del origen del
universo. Las teorías más estudiadas por los astrónomos son: la teoría del Big Rip o del
desgarramiento, la teoría del Big Crunch o gran colapso, la teoría inflacionaria y la teoría
del Big Bang o gran explosión. Las dos suposiciones más aceptadas en la actualidad son
las dos últimas.
Teoría Inflacionaria
Teoría Inflacionaria (cosmología), teoría desarrollada a
comienzos de la década de 1980 por el físico
estadounidense Alan Guth que trata de explicar los
acontecimientos de los primeros momentos del Universo.
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 (véase Cosmología). 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.
Guth basó su teoría inflacionaria en el trabajo de físicos como Stephen Hawking, que
había estudiado campos gravitatorios sumamente fuertes, como los que se encuentran en
las proximidades de un agujero negro o en los mismos inicios del Universo. Este trabajo
muestra que toda la materia del Universo podría haber sido creada por fluctuaciones
cuánticas en un espacio ‘vacío’ bajo condiciones de este tipo. La obra de Guth utiliza la
teoría del campo unificado para mostrar que en los primeros momentos del Universo
pudieron tener lugar transiciones de fase y que una región de aquel caótico estado
original podía haberse hinchado rápidamente para permitir que se formara una región
observable del Universo.
¿Qué es la Teoría del Big Bang?
La teoría del Big Bang explica la expansión del Universo, la existencia de un pasado
denso y caliente, el origen de los elementos químicos primordiales y la formación de los
objetos astronómicos que se observan en la esfera celeste (estrellas, galaxias, cúmulos
de galaxias, etc.).
Esta teoría se basa en la Relatividad General de Einstein y en combinación con las
predicciones de la física nuclear y la física de partículas e interacciones constituye
el modelo estándar de la de la cosmología moderna.
La cosmología del Big Bang es consistente con las observaciones que se han realizado.
El Big Bang explica la evolución del universo a partir del primer segundo, pero no explica
cómo se generó el universo ni qué ocurrió antes del primer segundo. Existen varias
hipótesis sobre este evento, entre las cuales el modelo de inflación es de interés ya que
resuelve algunas dificultades teóricas inherentes en la teoría del Big Bang. Mientras que
el Big Bang goza de un sólido soporte en observaciones, el modelo de inflación requiere
mayor evidencia observacional para ser aceptado definitivamente.
¿Qué había antes del Big Bang?
Durante las primeras fracciones de segundo el Universo era tan pequeño y denso que
para poder estudiarlo es necesario desarrollar una teoría cuántica de la gravedad. La
gravedad es la interacción dominante porque se trata de un objeto con mucha masa ( toda
la masa del universo), sin embargo, toda esta masa y energía está encerrada en un punto
no más grande que una partícula elemental, por lo tanto es un sistema cuántico.
Aún no se ha desarrollado esa teoría pero se han logrado encontrar algunas
aproximaciones que son consistentes con la teoría cuántica. Según estos modelos, del
vacío pueden aparecer estados de materia de forma espontánea.
Un nivel de energía absolutamente determinado e igual a cero no puede darse en la
naturaleza debido a los principios cuánticos. Por lo tanto, en el vacío existen fluctuaciones
energéticas a nivel cuántico. Una de estas fluctuaciones puede dar origen a la creación
espontánea de materia y antimateria (manteniendo la energía promedio total igual a cero
en todo momento).
La creación de una par partícula - antipartícula, por ejemplo, es un evento que ocurre en
la naturaleza y en el laboratorio. En este proceso se conserva la energía, tal como lo
piden las leyes conocidas de la física. Espacio y tiempo son conceptos que no tienen
sentido antes de la aparición de la materia en el universo. El espacio y el tiempo aparecen
con la materia al momento del big-bang.
Que el universo entero haya aparecido del vacío (de la nada) va en contra de nuestra
intuición y por eso es difícil entender. La lógica con la que nuestra mente se relaciona con
el mundo exterior y construye modelos del mismo, está construida sobre la base de
experiencias con el mundo macroscópico y no con el mundo subnuclear. Es por esta
razón que queremos someter todos los procesos a un modelo sencillo de 'causa-efecto', y
lo que salga de ese modelo muy difícilmente lo podemos entender.
Desafortunadamente el modelo 'causa-efecto' se rompe con las teorías cuánticas que
explican el comportamiento a nivel subnuclear.
En sistemas cuánticos es posible por ejemplo que un objeto esté simultáneamente en
varios lugares, o que un objeto salte de un lugar a otro sin 'pasar' por los puntos
intermedios (efecto túnel cuántico). Este tipo de situaciones no se ajustan al modelo
'causa-efecto' y no tienen equivalente alguno con procesos a escala humana.
Preguntar qué había antes del big-bang es equivalente a preguntar qué hay más allá del
borde del universo. Existe un 'espacio' dentro del cual se está expandiendo el universo?
La respuesta igualmente va en contra de nuestra intuición: es el espacio mismo el que se
está expandiendo en el big-bang.
La primera fracción de segundo
Comenzamos la descripción de
la historia del universo una centésima
de segundo después de la gran
explosión. La densidad es
inimaginable, la temperatura es de
100.000 millones de grados Kelvin.
Aun no existen átomos. La materia que
aparece en los primeros segundos del
universo es en forma de partículas
elementales: electrones, neutrinos,
fotones (luz) y algunos pocos
neutrones y protones. El universo es
como una sopa densa de partículas
elementales que se van creando en
pares partícula-antipartícula. Por
ejemplo un par electrón-positrón se
puede formar a partir de un fotón que tenga la
Energía suficiente El origen de los neutrinos
.
Aniquilación de antimateria
El universo continúa en expansión y después de 13.8
segundos los electrones (materia) y los positrones
(antimateria) se aniquilan generando una gran cantidad de
energía en forma de fotones.
El universo está dominado por radiación. Lo único que queda además de neutrinos y
fotones son unos pocos electrones, neutrones y protones (un protón por cada 1.000
millones de fotones). Con estas partículas más adelante se van a formar las estrellas, las
galaxias, los planetas y todo lo que observamos en el universo incluyendo los seres vivos.
Nucleosíntesis
Los núcleos atómicos están hechos de neutrones y protones. A los 3 minutos ya existen
las condiciones para la formación de los primeros núcleos atómicos.
El núcleo más sencillo que se puede formar es el de Deuterio. ¿Cómo? Por
la fusión nuclear de 1 protón + 1 neutrón. Unos segundos antes no se podían formar
porque la temperatura aún era muy alta y se destruirían con facilidad. En seguida se
puede formar el núcleo de Helio (= 2 protones + 2 neutrones).
Fin de la nucleosíntesis
Este es la época en la cual se fija la composición química primordial del universo. Para
que se pueda mantener la formación de núcleos atómicos se debe contar con una
temperatura y densidad muy alta. Sin embargo, el universo se enfría a medida que se
expande. A los 34 minutos se frena la producción de núcleos atómicos porque la
temperatura no es lo suficientemente alta para lograr la fusión nuclear de elementos más
pesados. El resultado final es que el universo queda con una composición química
primordial así: 25% helio (2He4), 75% hidrógeno (1H1) y unas pequeñas trazas de
deuterio (1H2), helio-3 (2He3) y litio (3Li7).
Esta es la materia normal que aparecerá en las estrellas, planetas, y todos los objetos
astronómicos que observamos. En el universo también hay una gran componente de
partículas elementales de naturaleza distinta. Este tipo de materia se llama materia oscura
y aún no ha sido observada directamente.
Formación de átomos
Pasan 380.000 años, el universo sigue en
expansión, la materia y la radiación interactúan
fuertemente por medio de fuerzas electromagnéticas
que hacen que la luz sea dispersada por los
electrones. Esto quiere decir que la radiación
(fotones) sufre muchas colisiones que no le permiten
la libre propagación. Situados en un lado del
universo en esta época no podríamos ver que
estaba sucediendo al otro lado del universo por que la radiación no se propagaba
libremente. Era como estar inmerso en la neblina.
Aun no existen los átomos, las altas temperaturas no permiten que los núcleos de
hidrógeno y helio existentes atrapen electrones para formar átomos neutros. Para formar
átomos es necesario contar con electrones libres de baja energía que puedan ser atraídos
por la fuerza electromagnética del núcleo. Al comienzo, la temperatura es muy alta y no
se pueden formar átomos. En estas condiciones, si un átomo llegara a formarse
inmediatamente se destruiría debido al excesivo número de colisiones energéticas entre
las partículas.
Un evento importante sucede a los 380.000 años de edad del universo: la temperatura
baja a 3.000 grados Kelvin, suficientemente baja para permitir la formación de átomos
neutros. Antes de la formación de átomos neutros la luz no podía viajar libremente de un
extremo a otro del universo, por el contrario, los electrones libres formaban un medio
difuso y opaco para la luz, como una nube densa. Cuando los electrones libres son
absorbidos por los átomos recién formados el medio cambia repentinamente de difuso a
transparente para la radiación. Se origina así un fondo cosmológico de radiación (o
radiación cósmica de fondo).
La radiación cósmica de fondo
En las condiciones de alta temperatura y densidad
que se encuentran en las primeras etapas del
universo los fotones tienen mucha energía y por lo
tanto se comportan como partículas. Estas partículas
(fotones) sufren muchos choques haciendo que el
medio sea opaco.
Cuando el universo tiene una edad de 380.000 años se forman átomos neutros. En este
proceso los electrones libres quedan atrapados en los átomos y como consecuencia los
fotones pueden viajar libremente. La luz ahora se propaga libremente y constituye un
fondo de radiación constante en el universo.
Formación de estructura
Una vez generada la radiación cósmica de
fondo, pasan muchos millones de años muy
aburridores para la historia del universo. No
pasa nada excepto la continuación de la
expansión y el enfriamiento. Durante esta época
el universo es oscuro, como una bola
de gas que alcanza el equilibrio termodinámico.
No hay estrellas o galaxias que emitan rayos de
luz. La única forma de radiación es la radiación
cósmica de fondo proveniente del Big Bang, que se enfría en forma proporcional a la
expansión del espacio.
Pero, IMPORTANTE: las pequeñas fluctuaciones en la distribución de la materia se
amplifican por la acción de la gravedad. Éste es el principio de la formación de estrellas,
galaxias y estructuras mayores.
Comenzando a los 200 millones de años de edad del universo las nubes más densas
colapsan por la acción de la gravedad y se convierten en las primeras estrellas. Las
galaxias se forman por agregación de estrellas y nubes de gas a partir de los 700.000
años, y más adelante las galaxias se agrupan en sistemas mayores. El proceso de
formación de estructura aun continua hoy con cúmulos galácticos y super-cúmulos que
encierran una masa total equivalente a 10.000.000 de millones de soles (= 1014 masas
solares).
Las primeras estrellas
La época oscura del universo termina cuando
aparece la luz de las primeras estrellas a los
200 millones de años después del Big Bang.
Dentro de las nubes que se forman por
colapso gravitacional existen regiones con
mayor concentración de masa. El colapso de
estas nubes de materia primordial se produce
con la ayuda de la gravedad proveniente de la
materia oscura en el universo. En estas nubes superdensas la energía gravitacional se
convierte en calor, sube la temperatura y la presión y comienza el proceso de fusión
nuclear haciendo que las primeras estrellas brillen.
La luz de las primeras estrellas alcanza a ionizar los átomos del medio interestelar. Por
esta razón a esta época se le llama de re-ionización. Vuelven a aparecer electrones libres
con los que se dispersa la radiación cósmica de fondo, dejando una huella característica
en este fondo de radiación.
Las primeras estrellas solo tienen hidrógeno y helio, pero en sus núcleos se forman
elementos químicos más pesados y cuando estas llegan al término de su vida, algunas se
convierten en supernovas que explotan enriqueciendo el medio interestelar con los
nuevos elementos químicos que aparecerán en estrellas formadas posteriormente.
Basados en observaciones muy cuidadosas, los astrónomos han podido determinar que el
universo está compuesto de aproximadamente 100
mil millones de galaxias.
Las galaxias normalmente se encuentran
agrupadas en cúmulos, pero tomado en conjunto el
universo parece ser uniforme.
Las distancias entre galaxias son colosales (varios millones de años luz). El tamaño del
universo es inimaginable: a la velocidad de la luz tardaríamos 30.000 millones de años
para ir de un extremo a otro del universo.
Galaxias
Una galaxia es un conglomerado de miles de millones de estrellas como el Sol. Por
ejemplo la galaxia donde se encuentra nuestro sistema solar, se llama La Vía Láctea, y
alberga 100 mil millones de estrellas. Algunas galaxias tienen forma de espiral con sus
estrellas rotando a gran velocidad en torno a su centro donde puede residir un agujero
negro.
Las distancias entre las galaxias son enormes. La galaxia Andrómeda es una de nuestras
vecinas y se encuentra a 2,2 millones de años-luz.
Nuestra galaxia
Nuestro sistema solar se encuentra en el llamado brazo de Orión de una galaxia espiral
llamada LA VÍA LÁCTEA a una distancia de 30.000 años-luz de su centro.
La Vía Láctea está formada principalmente por 100.000 millones de estrellas, agrupadas
en un disco que da vueltas a una velocidad de 1 revolución cada 300 millones de años.
Las distancias entre las estrellas son enormes. Por ejemplo la distancia a la estrella más
cercana al Sol (Próxima Centauri) es de 4,3 años-luz. El espacio entre las estrellas no es
totalmente vacío, existe una gran cantidad de polvo interestelar y gas de hidrógeno en
nubes y nebulosas. Además existe evidencia sobre la existencia de materia oscura.
En torno al centro de la Vía Láctea se encuentran del orden de 300 agrupaciones de
estrellas cada una de ellas compuesta por 100 mil a 1 millón de estrellas. Estas
agrupaciones se llaman cúmulos globulares.
Teorías sobre el fin del Universo
¿El colapso final del Universo no es inevitable gracias a la oscuridad del cosmos?
Una nueva teoría que considera unitariamente toda la oscuridad del cosmos, es decir,
la materia y la energía oscuras, describe al Universo en expansión acelerada eterna
porque la densidad de energía del vacío disminuye con el tiempo. Eso quiere decir que
el fin del mundo no es un destino inevitable, sino que las estrellas y galaxias pueden
prolongarse eternamente en el tiempo y dar oportunidades infinitas a la especie humana.
Existen pocas dudas ya de que el Universo donde vivimos se originó hace algo menos de
catorce mil millones de años en una inimaginablemente poderosa explosión (el
archifamoso Big Bang) de un punto que contenía toda la energía, creándose así a la vez
el espacio, el tiempo y la propia materia.
Después de sufrir algunos avatares iniciales sorprendentes (la llamada inflación cósmica o
la generación de perturbaciones que fueron después semillas de las galaxias), el Universo
entró en una fase de expansión en la que ésta se iba desacelerando paulatinamente
debido al dominio de la fuerza de la gravedad sobre el impulso difusivo original.
Hasta hace poco, se creía que el Universo podía evolucionar a partir de entonces
siguiendo uno de dos caminos cualitativamente diferentes: si la geometría del universo
fuera abierta o plana (que es la forma más favorecida por las observaciones), el universo
continuaría su expansión indefinidamente, tendiendo a un tamaño infinito a un tiempo
infinitamente alejado en el futuro.
Pero si la geometría del Universo fuera cerrada, éste se expandiría hasta alcanzar un
tamaño máximo a un tiempo finito en el futuro y luego se contraería hasta acabar de
nuevo en un punto (el Big Crunch), donde todo lo que existe volvería a concentrarse con
una densidad infinita. En este último caso, el Universo sólo existiría durante un tiempo
finito.
Nuevo modelo cosmológico
Desde hace unos pocos años y cada vez con mayor incidencia, un nuevo modelo
cosmológico ha irrumpido en la escena astronómica. Es el llamado modelo del Big
Rip (que podríamos traducir como la "Gran separación") que ya forma, junto con el Big
Bang y el Big Crunch, lo que podríamos llamar la "gran trilogía de los Bigs" de la
cosmología moderna.
Se trata de un escenario en el que la expansión cósmica, en lugar de desacelerarse, se
acelera cada vez más, de tal manera que en un tiempo finito el tamaño del Universo se
hace infinito.
Las galaxias, estrellas, planetas, poco a poco al principio y después muy rápidamente, se
separan unas de otras y hacen que, empezando por los objetos más lejanos, unos tras
otros se vayan perdiendo más allá de nuestro horizonte.
Cerca ya del Big Rip, los mismos átomos y partículas elementales se convertirían en
objetos cosmológicos y sufrirían la gran separación. Finalmente, en el momento del Big
Rip, nada quedaría: sería el fin del universo y de todo lo que contiene. Una catástrofe que,
al contrario de lo que parece predecir la Biblia, consistiría en una dilución infinita en la
nada del contenido material de nuestro cosmos.
Aceleración del Universo
La historia que condujo finalmente a esta descripción del fin del mundo comenzó hace
cinco años, cuando dos consorcios científicos internacionales descubrieron que, en lugar
de desacelerarse, la expansión de nuestro Universo se estaba acelerando.
Aunque pilló por sorpresa a la mayoría de los cosmólogos, este soberbio descubrimiento
no implicaba necesariamente nada parecido al Big Rip, sino que podía perfectamente dar
lugar a una expansión acelerada eterna o incluso limitada a un cierto periodo, como ya
ocurrió con la inflación primigenia.
De hecho, la primera interpretación del fenómeno observado consistió en recurrir a la
llamada constante cosmológica, la energía de vacío: debido a las peculiaridades de la
teoría cuántica, lo que tradicionalmente se entendía como vacío está lleno de objetos sub-
microscópicos en continua creación y aniquilación, que existen durante un tiempo lo
suficientemente corto como para no poder ser observados. Pues bien, la energía de
vacío, ya considerada por Einstein, puede generar efectivamente una expansión
acelerada eterna.
Sin embargo, esta interpretación no es sino un caso particular de otra más general en la
que el vacío posee una densidad de energía (energía por unidad de volumen) y
una presión que están mutuamente relacionadas a través de un parámetro constante, por
lo que se denomina ecuación de estado.
Constante cosmológica
La constante cosmológica de Einstein corresponde al caso particular en el que el
parámetro vale -1. No obstante, dicho parámetro puede tomar otros valores. En realidad,
los últimos datos experimentales permiten valores entre –0.8 y –1.5 para este parámetro.
Si finalmente resultara ser igual o mayor que –1, estaríamos en un Universo que se
expande de forma acelerada eternamente.
El problema aparece para aquellos valores del parámetro menores que –1 no excluidos
por las observaciones.
Para cualquiera de tales valores, por muy próximo a –1 que sea, deberemos enfrentarnos
con el fenómeno Big Rip y con la llamada "energía fantasma" (es decir, una energía de
vacío para la que la suma de la densidad de energía más la presión da un valor negativo
y, por ello, permite la existencia de objetos patológicos en el Universo, tales como
agujeros de gusano).
En tal caso, y dependiendo de cuanto menor que –1 fuera el parámetro y del tamaño del
Universo al iniciarse la expansión acelerada, tendrían nuestros descendientes en un
futuro más o menos lejano, pero siempre finito, que enfrentarse al Big Rip.
Aunque, en cualquier caso, el Big Rip sólo podría ocurrir en un futuro muy lejano de
nuestras generaciones, uno siempre puede imaginar que exista alguien con un sentido tan
arraigado de especie que le haga sentir temor y lástima por la generación a la que tocará
lidiar con la destrucción del Universo.
Evitar la catástrofe
Sin duda la posibilidad de que exista un ser humano con estas características en nuestro
mundo capitalista cada vez más y más regido por el egoísmo y la deslealtad son muy
remotas.
Más, por si sí o por si no, creo que aún merece la pena explorar las posibilidades que
puedan existir de evitar la catástrofe del futuro. Después de todo, no hace tanto tiempo
que vivió en nuestro planeta un médico argentino que fue capaz de cambiar un puesto de
ministro por la lucha en favor de sus semejantes desconocidos, o que existió la
generación de la República Española.
El caso es que a la energía de vacío a la que nos hemos referido y que constituye el 70%
de la energía total del Universo se le llama "energía oscura" (ya que no hay forma de
detectarla). Pero no es esta la única entidad "oscura" de nuestro Universo. En realidad, la
mayor parte del 30% restante de materia tampoco puede detectarse y, por ello, se le
llama también "materia oscura".
Aunque la descripción anterior se refiere sólo a la energía oscura, existen
algunos modelos que son capaces de dar cuenta de forma unitaria de toda la oscuridad
del Universo; es decir, de la energía oscura y la materia oscura simultáneamente.
Gas de oscuridad
Se supone en dichos modelos que el Universo está ocupado por un cierto gas de vacío
para el que la ecuación de estado, que relaciona la presión con la densidad de energía, es
tal que reproduce la materia oscura a altas densidades y la energía oscura cuando el
tamaño del Universo se hace muy grande.Pues bien, cuando este "gas de oscuridad"
satisface ciertas condiciones físicas razonables que garantizan la estabilidad del sistema,
resulta que, incluso en el caso de que exista energía fantasma (es decir, cuando la suma
p+r es negativa), la solución cosmológica correspondiente describe un Universo con
expansión acelerada eterna, ¡no un Big Rip! La razón es que en este caso la densidad de
energía del vacío disminuye con el tiempo, al contrario de lo que ocurre cuando existe el
Big Rip.
La moraleja de este cuento puede generalizarse de la siguiente forma: si deliberadamente
o por error sólo consideras una parte de la "oscuridad" existente (ya sea en
cosmología, política, sociología o religión) es inevitable que se prediga una gran
catástrofe (cósmica, sociológica, religiosa o militar) "ficticia" en el futuro, para evitar la cual
producirás catástrofes interesadas en el presente. Si por el contrario toda la "oscuridad"
es tomada honradamente en consideración, podremos mirar tanto el presente como el
futuro con optimismo y alegría.
¿Un Gran Rasgón?
Hasta ahora se ha pensado que el Universo tomará uno de dos caminos: volverá a
colapsar en un big-crunch, o se expandirá por siempre hacia un estado infinitamente
diluido" dice Robert Caldwell de la Universidad de Dartmouth (New Hampshire). "Ahora
hemos propuesto una tercera posibilidad - el gran rasgón."
Que este gran rasgón se haga una realidad depende de la naturaleza de la energía
oscura, la que está haciendo que el Universo se separe cada vez más. Hoy se sabe que
la expansión está acelerándose, aunque la mayoría de los físicos suponen que la
aceleración tenderá a mantenerse constante o, incluso, a debilitarse con el tiempo.
Más Caldwell se aferra a otro punto de vista. Él piensa que la energía oscura que está
causando esta expansión acelerada podría estar creciendo enormemente. "Es lo que
llamamos la energía fantasma," dice. "Es un asunto realmente sorprendente."
Bajo la influencia de la energía fantasma, esta expansión desbocada del Universo se
tornará aún más violenta, estirando el Universo cada vez más, hasta el punto en que
la luz de las estrellas no será capaz de alcanzar nuestras miradas.
"Para todo observador el Universo visible se irá encogiendo en su entorno cada vez más
rápido, hasta eventualmente alcanzar las dimensiones de un punto", afirma Caldwell. Para
todo propósito práctico, el Universo se habrá terminado en ese momento.
La existencia de la energía fantasma en cuestión ha sido siempre una posibilidad –
aunque poco probable. Hay que decir que los astrónomos han intentado refutarla, pero
han fallado en ese propósito. Más aún, mediciones extremadamente detalladas de
la radiación de fondo dejada por el Universo temprano, efectuadas en Febrero de 2003,
dejaron las puertas abiertas.
Ahora, Caldwell y sus colegas de Caltech (Instituto de Tecnología de California, en
Pasadena) han calculado en qué medida la energía fantasma conduciría al Universo al
patíbulo. Encontraron que a medida que la energía fantasma aumenta, su respectiva
fuerza repulsiva se hace tan poderosa como para desgarrar todos los sistemas que
componen el Universo, comenzando con los grandes cúmulos de galaxias y, rápidamente
trasladándose a la escala de las propias galaxias, las estrellas, los planetas y los átomos.
Caldwell dice que está sorprendido por la violencia de este posible fin del Universo – la
moraleja es que un universo en permanente expansión sólo puede terminar con un
quejido. "En los últimos momentos, hasta los núcleos atómicos serán destruidos," ha
dicho.
El último milisegundo
En el escenario más radical, el Gran Rasgón ocurrirá en 22 mil millones de años más,
habiendo sido destruida la Vía Láctea 60 millones de años antes, y los átomos, en los
últimos 10-19 segundos.
"Si humanoides sobrevivieran, serían capaces en principio de observar todo el proceso,
con excepción del último milisegundo," añade el astrónomo inglés Martin Rees,
otra persona que también se ha tomado en serio esto de la energía fantasma. "En ese
momento recién la repulsión cósmica supera la tensión que mantiene formados nuestros
propios cuerpos, terminando por desgarrarnos."
La mejor apuesta con la que los astrónomos esperan desentrañar el destino de nuestro
Universo, es el satélite Supernova/Acceleration Probe (SNAP), que será lanzado en la
década presente. El SNAP llevará a cabo minuciosas mediciones en miles de supernovas,
para precisar cuán rápido se alejan aquellas de nosotros y así extraer la respuesta a
cómo cambia la energía oscura con el tiempo.
Todo este escenario, sin embargo, no entusiasma a muchos físicos, los que no
encuentran deseable la posibilidad de esta energía fantasma. De existir, causaría todo
tipo de dolores de cabeza en las teorías actuales, en particular dentro de la Relatividad
General de Einstein.
Por ejemplo, esta teoría de la gravitación de Einstein predice la existencia de
minúsculos agujeros de gusano – una especie de atajos en el espacio-tiempo. La
existencia de estos atajos crea algunas dificultades con la causalidad -la correlación entre
causa y efecto-, pero ésta se ha resuelto hasta ahora, porque, por lo general, estos
agujeros se cierran de golpe, con tanta rapidez que nunca somos capaces de advertirlos.
Sin embargo, la gravedad repulsiva de la energía fantasma podría ser suficientemente
poderosa como para mantener los agujeros de gusano abiertos un buen tiempo y, quizás,
bastante como para que naves espaciales los pudieran usar para viajes a
mayor velocidad que la velocidad de la luz. "Esto ensancha el espectro de
posibles máquinas del tiempo, con sus respectivas paradojas, y las cuales son bastante
incómodas para la física actual," dice Caldwell.
¿Tiene fin nuestro mundo, la Tierra?
Podemos contestar con toda seguridad que sí. Nuestra estrella, el Sol, con una larga vida
de aproximadamente 4.600 millones de año, en "apenas" otros 5.000 millones de años
llegará a su fin, pero antes atrapará en su expansión a la Tierra, destruyendo así nuestro
querido planeta.
El Sol es el elemento más importante en nuestro sistema solar. Es el objeto más grande y
contiene aproximadamente el 98% de la masa total del sistema solar. Se requerirían
ciento nueve Tierras para completar el disco solar, y su interior podría contener más de
1.3 millones de Tierras. La capa exterior visible del Sol se llama la fotosfera y tiene
una temperatura de 6,000°C (11,000°F). Esta capa tiene una apariencia manchada debido
a las turbulentas erupciones de energía en la superficie.
La energía solar se crea en el interior del Sol. Es aquí donde la temperatura (15.000.000°
C; 27.000.000° F) y la presión (340 millares de veces la presión del aire en la Tierra al
nivel del mar) son tan intensas que se llevan a cabo las reacciones nucleares. Éstas
reacciones causan núcleos de cuatro protones ó hidrógeno para fundirse juntos y formar
una partícula alfa ó núcleo de helio. La partícula alfa tiene cerca de .7 por ciento menos
masa que los cuatro protones. La diferencia en la masa es expulsada como energía y es
llevada a la superficie del Sol, a través de un proceso conocido como convección, donde
se liberan luz y calor. La energía generada en el centro del Sol tarda un millón de años
para alcanzar la superficie solar. Cada segundo se convierten 700 millones de toneladas
de hidrógeno en cenizas de helio. En el proceso se liberan 5 millones de toneladas de
energía pura; por lo cual, el Sol cada vez se vuelve más ligero.
La estabilidad del Sol como estrella se consigue por el equilibrio entre las fuerzas
interiores que tienden a expandirla y las fuerzas de gravitación que tienden a comprimirla.
La existencia estable del Sol depende de un equilibrio de fuerzas. Cuando ese equilibrio
se rompa, por falta de hidrógeno, la gravitación ganará la partida.
Cuando, en un futuro, el hidrógeno del Sol comience a escasear (cuando se haya perdido
alrededor del 10% del que posee), entonces, las fuerzas de gravitación ganarán la partida
a las fuerzas interiores y el Sol se colapsará y empezará a morir.
En ese momento, el Sol empezará hincharse en capas huecas y rojizas de hidrógeno
mientras su núcleo se va comprimiendo cada vez más. Alcanzarán un tamaño cada vez
mayor, hasta el punto que engullirá los planetas Mercurio, Venus, la Tierra, convirtiéndose
en una estrella gigante roja, y acabará lanzando esas capas de hidrógeno rojizo al vacío
interestelar, con lo que quedará solamente el núcleo blanco, pesado, caliente y luminoso
en su última etapa moribunda, convertida en una enana blanca del tamaño que hoy puede
tener la Tierra.
Y las capas de hidrógeno que el Sol lanza al espacio interestelar en su época de gigante
roja quedan flotando a merced de las fuerzas de gravitación que tienden a aplastarlas,
comprimirlas y calentarlas, hasta que, llegado un momento, cuando se alcancen
temperaturas del orden de un millón de grados kelvin y presiones de cientos de miles
de atmósferas, entonces puede saltar la chispa y comenzar a surgir una nueva estrella,
donde las fuerzas de fusión del hidrógeno equilibrarían de nuevo a la gravitación.
¿Qué futuro le espera a la especie humana?
La civilización humana tiene sólo unos miles de años sobre el planeta Tierra; es aún muy
joven comparada con todo lo que aún le falta por vivir al amparo del Sol y ha demostrado
ya una gran capacidad de desarrollo. ¿Quién puede predecir lo que serán las
civilizaciones terrestres dentro de 5.000 millones de años cuando el sol inicie
la evolución hacia su fin? Pero si hemos de guiarnos por la historia, podemos esperar
que el hombre encuentre la manera de preservar su especie, de salvar
su herencia cultural y transportarla al futuro.
Los viajes espaciales son ya una realidad y aunque aún estamos lejos de poder colonizar
otros mundos, aunque aún no conocemos otros mundos hospitalarios a los que poder
emigrar, esto no se ve ya muy remoto. 5.000 millones de años son tiempo de sobra para
resolver los problemas que en la actualidad ya están planteados. El instinto de
supervivencia, la utilización racional de su inteligencia y la conciencia del valor de la
conciencia han hecho del hombre la especie más empeñada y más capaz de sobrevivir en
un universo cambiante y podemos abrigar grandes esperanzas de que lo logre.
Posibles causas del fin del mundo conocido
De todas las especies que poblaron el mundo, el 99% ya se extinguió. Alguna vez le
tocará el turno a la especie humana.
A) Desastres naturales:
Erupción solar gigante: las eyecciones de masa de la corona solar bombardean a la
Tierra con un torrente de partículas subatómicas de alta velocidad. Esto ocurre
permanentemente, pero se encontró que las estrellas pueden incrementar su brillo en
unas 20 veces, probablemente debido a erupciones gigantes.
Disminución de actividad solar: otras estrellas de tipo parecido al sol pasan por
períodos en que se observa una disminución del brillo del 1%. Parece poca cosa, pero
puede terminar en otra Edad de Hielo, o algo bastante más frío y peor.
Inversión del campo magnético terrestre: a lo largo de la historia geológica del planeta
el campo magnético se invirtió varias veces. Durante el siglo pasado el campo magnético
de la Tierra disminuyó un 5%. El campo magnético desvía las tormentas de partículas y
los rayos cósmicos, y deja de protegernos si se anula.
Epidemias globales: siempre coexistieron los gérmenes y el género humano, pero
algunas veces este equilibrio se desbalancea. Una de cada cuatro personas sucumbió a
la Peste Negra en el siglo XIV, la gripe tuvo 20 millones de víctimas entre 1918 y 1919,
y el SIDA tiene una mortalidad semejante. Los gérmenes están adquiriendo inmunidad a
los antibióticos, y como consecuencia en Estados Unidos se incrementó en un 58% la
mortalidad debida a gérmenes patógenos entre 1980 y 1982.
Impacto de asteroides: uno de los temas con los que se encariñó Hollywood, pero no
por eso imposible. Tomemos por caso el meteorito de apenas 70 metros de diámetro que
se estrelló en 1908 en Siberia, liberando una energía mil veces mayor que la bomba de
Hiroshima. Si se nos viniera encima uno de los 100.000 objetos con diámetros superiores
a los 50 km que orbitan el sol en el cinturón de Kuiper un poco más allá de Neptuno, no
quedaría ni siquiera una mísera cucaracha que tenga algo que decir.
Erupción de rayos gama: de la colisión de dos estrellas colapsadas se liberan energías
insospechadas en forma de radiación gama, hasta 1016 veces la potencia del sol.
Si esto se produjera a una distancia relativamente cercana (menos de 1.000 años luz) la
atmósfera terrestre nos protegería inicialmente, pero los óxidos de nitrógeno que se
producirían destruirían la capa de ozono, con lo que la radiación UV del sol nos llegaría
sin amortiguar. El resultado no sería sólo cáncer de piel, sino que se destruría el plancton
oceánico que constituye la base de la cadena alimentaria y que provee buena parte
del oxígeno de la atmósfera.
Agujeros negros no identificados: los astrónomos estiman que sólo en la Vía Láctea
hay 10 millones de agujeros negros, invisibles porque su inmensa gravedad se "traga" la
luz que emiten, los que orbitan como cualquier otra estrella, por lo que no es muy
probable que se nos acerquen. Pero si una estrella "normal" se acerca lo sabremos con
anticipación, no así con un agujero negro. Nos daríamos cuenta sólo por la distorsión en
las órbitas planetarias... incluida la nuestra. En el mejor de los casos terminaríamos en
una órbita altamente elíptica, que llevaría a variaciones climáticas extremas, y en el peor
pasaríamos a una trayectoria hiperbólica que nos llevaría fuera del sistema solar, a un
destino más que congelado.
B) Causas no terrestres:
Invasión extraterrestre: hace décadas que los científicos de SETI buscan señales de
civilizaciones extraterrestres. Hasta ahora sin éxito, pero por algo siguen buscando. ¿Qué
sucederá si alguna vez hacen contacto? No necesariamente se producirá
un conflicto directo, pero los extraterrestres podrían estar interesados en recursos de
nuestro sistema solar (por ejemplo, el agua de nuestros océanos para obtener hidrógeno
para sus naves propulsadas por fusión). Sin quererlo, los extraterrestres podrían importar
microorganismos que tuvieran especial apetito por carne humana. De la misma manera
como la civilización occidental tuvo un efecto destructivo sobre todas las civilizaciones
primitivas con las que tuvo contacto (pensemos p. ej. en el descubrimiento de América),
podría suceder los mismo cuando llegaran los hipotéticos extraterrestres.
En conclusión se tiene que los orígenes del universo son muy variados y que los
investigadores y astrónomos deben de realizar más estudios y avanzar en la tecnología
para poder descubrir realmente cual es nuestro principio como raza humana y cada una
de las características de nuestros alrededor y del espacio exterior. También gracias a
ellos tenemos un poco de conocimiento de lo maravilloso que puede ser la naturaleza y
todo lo que nos rodea.