NUESTRO LUGAR EN EL UNIVERSO

Redes se adentra en los misterios del universo. El astrofísico mexicano y Eduard Punset realizan un repaso de los grandes hitos de la astronomía y la cosmología, desde las primeras observaciones de Copérnico hasta las más modernas averiguaciones sobre la materia y la energía oscuras

RESPONDE:

1. ¿Cómo se denomina al instante inicial de formación del universo? ¿Hace cuánto tiempo ocurrió?

 - El fenómeno del Big-Bang

 - Ocurrió aproximadamente hace 14000 millones de años

2. ¿Cuándo y cómo se formo la luz en el Universo?

 Tuvieron que pasar unos 400.000 desde el Big Bang hasta que la luz pudo viajar libremente por el Universo.

Desde que se produjo el Big Bang, el Universo se ha ido expandiendo y enfriando, estirando la alta frecuencia de esa luz primitiva, de tal modo que hoy en día se puede detectar en forma de fotones en el rango de las microondas: la radiación cósmica de fondo que nos llega de todas las partes del Universo.

3. ¿Con qué revolución ocurrida en 1543 empezó la Astronomía moderna? ¿Cuáles fueron las consecuencias e implicaciones sociales de dicha teoría?

Con la revolución científica.

Las consecuencias son: 

• Desconfianza ante las intuiciones ingenuas del sentido común como intérprete de la realidad.
• Se incrementa el valor de la observación y de la experiencia y la necesidad de la verificación empírica. 
• Nuevo criterio de verdad.
• La deducción, que había reinado desde Parménides, cede el trono a la inducción. Galileo la practica, y Bacon acomete la tarea de justificarla teóricamente y de elaborar su metodología, de forma que constituya el nuevo instrumento (Novum Organum) de la ciencia en sustitución del Organon aristotélico.
• La expresión de la realidad se matematiza. La ciencia moderna desea predecir con exactitud los fenómenos, y para ello necesita conocer las leyes físico-matemáticas que los rigen.
• Cada rama de la ciencia se independiza de las otras (aunque aproveche indirectamente sus avances).
• Se derrumba la autoridad de Aristóteles. Se ve que Aristóteles se equivocó al afirmar el sistema geocéntrico de esferas, la incorruptibilidad de los astros, el cese del movimiento cuando cesa la causa, etc. El desprestigio de Aristóteles aumentó también por considerársele defensor a ultranza del método deductivo y la especulación pura.
• Cambia el concepto de ciencia. Ya no interesa lo óntico, sino lo fenoménico; la realidad subyacente, sino el comportamiento aparente. Algunos científicos como Galileo y Kepler solo se interesan por establecer las leyes matemáticas de los movimientos.

• Autonomía de la ciencia frente a cualquier autoridad. La última palabra corresponde a la razón, que parte de la experiencia científica y vuelve a ella para verificar sus conclusiones.
• El científico moderno suprime las explicaciones prenaturales de los fenómenos físicos, y busca sólo las causas inmanentes, intramundanas.

 Se desnvolvieron entonces una serie de revoluciones como la Revolución copernicana, Revolución darwiniana, Revolución einsteniana, Revolución indeterminista y Revolución cuántica

4. ¿De qué fenómeno astronómico se dio cuenta Hubble en 1929? 

 Edwin Powell Hubble  fue uno de los más importantes astrónomos estadounidenses del siglo XX, famoso principalmente por la creencia general de que en 1929 había demostrado la expansión del universo midiendo el corrimiento al rojo de galaxias distantes. Hubble es considerado el padre de la cosmología observacional aunque su influencia enastronomía y astrofísica toca muchos otros campos. Se dio cuenta de que las galaxias estaban en expansión moviéndose a velocidades inmensas.

5. ¿Cuál es el eco del Big Bang? ¿Cómo se ha medido?

  

Las radiaciones cósmicas de microondas. 

Su radiación se fue expandiendo por el espacio y y debido a la expansión se fue estirando hacia longitudes de onda más grandes po refecto Doppler. 

Se ha medido primeramente con el Explorador Cósmico de Microondas COBE y posteriormente con satélites mucho más modernos como el WMAP lanzados por la NASA

6. ¿Por qué se dice que somos polvo de estrellas? ¿Cuál es el origen de los elementos químicos que hay en la Tierra? ¿Cómo es la evolución de una estrella?

- Porque en las estrellas se formaron todos los elementos. Al principio del universo solo existia el Hidrogeno. En las estrellas, cuando alcanzaban un minimo de tamaño, debido a las tremendas temperaturas que se alcanzan en su interior, la movilidad que alcanzan los átomos de hidrógeno es tal que llegan a superar las distancias que los separan y chocan con tal fuerza que se fusionan. Al fusionarse se desprende energía y se juntan varios núcleos atómicos dando como resultado nuevos elementos. El Hidrógeno tiene un protón en su núcleo. De la unión de cuatro protones se forma un átomo de Helio, el segundo elemento más abundante en las estrellas. Al fusionarse los núcleos de Helio, se forman otros elementos. De la fusión de estos, se crean otros y así hasta formar todos los elementos que hoy conocemos. Estamos hechos de esos elementos que se formaron en el interior de las estrellas y que al morir soltaron al espacio difundiendose por todo el Universo, como el Oxígeno, Carbono, Nitrógeno, etc... Por eso se dice que somos polvo de estrellas.

- Los elementos químicos que hay en la tierra provienen de las explosiones de las estrellas que se produjeron desde el inicio del Big Bang.

- Las estrellas se forman cuando el helio y el hidrógeno se transforma en energía. Cuando el hidrógeno se agota, se consume el helio aumentando de tamaño y forma una gigante roja. Agotado el helio, se encoge y forma una enana blanca. Pero si la estrella es más masiva que el Sol consumirá el hidrógeno más rápido, será más luminosa y explotará, originando una supernova. 

7. ¿Qué son los exoplanetas? ¿Cómo y cuándo se ha descubierto?

-Se denomina planeta extrasolar o exoplaneta a un planeta que orbita una estrella diferente al Sol y que, por tanto, no pertenece al Sistema Solar. Los planetas extrasolares se convirtieron en objeto de investigación científica en el siglo XIX.

-La primera detección confirmada de un planeta extrasolar que orbita alrededor de una estrella con características de la secuencia principal similar a nuestro Sol, se hizo en 1995 por los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz. El planeta descubierto fue 51 Pegasi b. Desde entonces se han sucedido en ritmo creciente los descubrimientos de nuevos planetas.

8. ¿Qué es la materia oscura? ¿Y la energía oscura? ¿Qué explican cada uno de estos conceptos? ¿Que relación tienen con la materia común?

- Se denomina materia oscura a la hipotética materia que no emite suficiente radiación electromagnética para ser detectada con los medios técnicos actuales, pero cuya existencia se puede deducir a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, tales como las estrellas o las galaxias, así como en el fondo cósmico de microondas presente en el universo. 

- La energía oscura es una forma de materia o energía que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la expansión del Universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva. Considerar la existencia de la energía oscura es la manera más frecuente de explicar las observaciones recientes de que el Universo parece estar en expansión acelerada. En el modelo estándar de la cosmología, la energía oscura aporta casi tres cuartas partes de la masa-energía total del Universo.

- Ambos conceptos explican la expansión del Universo y la velocidad a la que lo hacen.

- Gracias a esta materia no se rompe la estructura galáctica.

9. ¿Qué implicaciones tiene el comprobar que el Universo se este acelerando, o sea que que la expansión del Universo cada vez se realiza a mayor velocidad? ¿Que consecuencias tiene esta aceleración sobre el final del Universo? ¿Como se explica dicha aceleración? ¿Qué es el Big Rip gran desgarro? ¿Por qué lleva aparejado a un gran enfriamiento del Universo?

- Se produciría un desgarramiento de toda la materia. Esto produciría un descenso de la temperatura, acabando con toda vida posible y el Universo se convertiría en partículas subatómicas flotantes que permanecerían para siempre separadas, sin cohesión gravitatoria ni energía alguna.

- El Big Rip es una nueva teoría sobre el fin del universo. En unos miles de millones de años una misteriosa fuerza llamada energía oscura será lo suficientemente fuerte como para hacer explotar todo, las rocas, los animales, las moléculas y hasta los átomos. En lugar de un disminución de la gravedad cósmica, como se supuso durante un siglo, las galaxias comenzaron a acelerarse hace alrededor de cinco mil millones de años. La energía oscura parecía algo enloquecido en ese momento, pero en los años siguientes una cascada de observaciones fortaleció el argumento de que algo realmente extraño está pasando en el cielo. 

- Porque nos separaríamos del Sol por lo que la luz tardaría mucho más en llegar.Pasaría lo mismo con la temperatura lo que produciría un descenso muy importante de la temperatura media de los planetas.

10. Comenta la frase del astrofísico Luis Felipe Rodríguez: "El Universo esta hecho principalmente de ingredientes que aún no entendemos?

Que la mayoría de cosas que forma el universo aún no se saben ni lo que son. Sabemos que existen pero no las podemos llegar a comprender su totalidad. Bien es cierto que ya es bastante toda la informacióm que se tiene acerca del universo, pero comparado con la inmensidad de este, nuestro conocimiento es ínfimo.

11. Realiza una biografía del astrofísico Luis Felipe Rodríguez indicando sus principales aportaciones a la ciencia.

Luis Felipe Rodríguez Jorge nació el 29 de mayo de 1948 en Mérida, Yucatán. Cursó sus estudios de primaria, secundaria y preparatoria en el Centro Universitario Montejo. En 1973 obtuvo la licenciatura en física en la Facultad de Ciencias de la UNAM, y en 1978 el doctorado en astronomía en la Universidad Harvard. Desde 1979 es investigador titular del Instituto de Astronomía de la UNAM. Es el iniciador en nuestro país de la radioastronomía, importante rama de la astronomía que se inicia en el mundo en la década de los años treinta, y en nuestro país en 1979, con su regreso al país.

El doctor Rodríguez Jorge realiza investigación principalmente sobre el nacimiento y juventud de las estrellas y sobre las fuentes galácticas de rayos X, en la que él y otros astrónomos mexicanos han realizado contribuciones fundamentales. Entre ellas se cuentan el descubrimiento de los flujos bipolares en estrellas jóvenes (1980), la elucidación del mecanismo que excita a los objetos Herbig-Haro (1981, 1985), y la aportación de evidencia de discos protoplanetarios en estrellas jóvenes (1986, 1992, 1996, y 1998). Gracias a estudios de este tipo en los últimos años se ha consolidado la idea de que las estrellas jóvenes se forman rodeadas de discos protoplanetarios de gas y polvo cósmico, de los cuales se irán condensando planetas, como ocurrió en el caso de nuestro sistema solar.

El trabajo realizado en los últimos 20 años por él y sus colaboradores en el área de formación estelar es considerado de punta mundialmente y no es exagerado afirmar que el conocimiento de los procesos que caracterizan la formación estelar debe mucho a las aportaciones del grupo mexicano, cuyo líder es el doctor Rodríguez Jorge. Sus artículos científicos, más de 316, han recibido más de 4000 referencias en la literatura especializada.

Obtuvo el Premio Robert J. Trumpler de la Sociedad Astronómica del Pacífico, el Premio Bruno Rossi de la Sociedad Astronómica Americana, el Premio de Física de la Academia de Ciencias del Tercer Mundo (TWAS) y, en nuestro país, el Premio de la Academia Mexicana de Ciencias, el Premio Universidad Nacional, el Primer Premio Ricardo J. Zevada, y el Premio Nacional de Ciencias

TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERAL

 

Responde:

1. ¿Qué diferencia existe entre el concepto de gravedad desarrollado por Newton y el desarrollado por Einstein?

2. ¿Cómo afecta la Teoría De la Relatividad General al espacio y al tiempo?

3. Hoy en día se pretende unificar las cuatro fuerzas fundamentales (Gravedad, Electromagnética, Nuclear Fuerte y Nuclear Débil) para crear una única teoría que explique del mismo la Relatividad General que la Mecánica Cuántica. Busca información sobre la Teoría de Cuerdas (puede ser vídeos que comentes después, presentación power point, redacción...) que describa en qué consiste.

1.  Newton decía que la fuerza que atría los cuerpos, al igual que los planetas, era la misma: la gravedad. Con la gravedad cielo y tierra se unieron en una sola teoría. Pero la teoría de Newton y la teoría de Einstein eran contradictorias.

Según Newton la gravedad actuaba instantaneamente a cualquier distancia. Si el Sol desapareciese, la Tierra dejaría de sentir su atracción y saldría de órbita inmediatamente. Eso significaba que el efecto gravitatorio viajaba a una velocidad infinita. Sin embargo, la teoría de la relatividad decía que nada puede ir más rapido que la luz. En tal caso, si desapareciese el sol, la tierra tardaría ocho minutos en quedarse a oscuras, ya  que este es el tiempo que tarda la  luz solar en llegar a la tierra.

Propuso entonces Einstein, la teoría de la relatividad General, que era muchísimo más revolucionaria. Decía pues, que la gravedad no es una ferza, sino una consecuencia de la curvatura del tejido  espacio-temporal. Según la relatividad, el espacio-tiempo no es plano, sino que está deformado por la distribución de la masa y la energía que contiene. La masa de un  objeto dice al espacio cómo curvarse, y el espacio le dice a la masa cómo debe moverse. La Tierra se mueve siguiendo la trayectoria que la masa del sol dicta al curvar el espacio, esta curvatura es lo que llamamos gravedad. En este caso, si el Sol desapareciera, provocaría una perturbación en el tejido espacial, de modo que no notaríamos un cambio en nuestra órbita hasta que esa ola nos alcanzara.




2.    La teoría de la Relatividad afecta de diferente manera con respecto al espacio y al tiempo: 




ESPACIO: Según la Teoría de la relatividad general, la masa de un objeto dice al espacio cómo curvarse, y de la misma manera el espacio le dice a la masa como debe moverse.
De este modo, si un planeta deja de ser atraído por un cuerpo, se produciría una perturbación espacial (como una onda en el agua), que cuando alcanzase al planeta, le provocaría un cambio de órbita mopviéndose a velocidades de la luz confirmando la relatividad especial.


TIEMPO: el tiempo transcurre de forma distinta para observadores situados en campos gravitatorios distintos. Cuanto más intenso es el campo gravitatorio, más lento pasa el tiempo.


3.    La teoría de cuerdas

Vivimos en un universo asombrosamente complejo. Los seres humanos somos curiosos por naturaleza, y una y otra vez nos hemos echo preguntas. Somos privilegiados por vivir en una época en la cual nos hemos acercado bastante a algunas de las respuestas. La teoría de cuerdas es el intento más reciente por responder la última de estas preguntas.
La materia ordinaria está compuesta de átomos, los cuales a su vez están formados de sólo tres componentes básicos: electrones girando alrededor de un núcleo compuesto de neutrones y protones. El electrón es en verdad una partícula fundamental (familia de leptones); pero los neutrones y protones están hechos de partículas más pequeñas, llamadas quarks. Los quarks, hasta donde sabemos, son realmente elementales.

La suma de conocimientos actuales sobre la composición subatómica del universo se conoce como el modelo estándar de la física de partículas. Este describe tanto a los "ladrillos" fundamentales de los cuales está constituido el mundo, como las fuerzas a través de las cuales dichos ladrillos interactúan. Existen doce "ladrillos" básicos. Seis de ellos son quarks--- y tienen nombres curiosos: arriba, abajo, encanto, extraño, fondo y cima. (Un protón, por ejemplo, está formado por dos quarks arriba y uno abajo.) Los otros seis son leptones--- estos incluyen al electrón y a sus dos hermanos más pesados, el muón y el tauón, así como a tres neutrinos.
Existen cuatro fuerzas fundamentales en el universo: la gravedad, el electromagnetismo, y las interacciones débil y fuerte. Cada una de estas es producida por partículas fundamentales que actúan como portadoras de la fuerza. El ejemplo más familiar es el fotón, una partícula de luz, que es la mediadora de las fuerzas electromagnéticas. (Esto quiere decir que, por ejemplo, cuando un imán atrae a un clavo, es porque ambos objetos están intercambiando fotones.) El gravitón es la partícula asociada con la gravedad. La interacción fuerte es producida por ocho partículas conocidas como gluones. La interacción débil, por último, es transmitida por tres partículas, los bosones W+, W- , y Z.


El modelo estándar describe el comportamiento de todas estas partículas y fuerzas con una precisión impecable; pero con una excepción notoria: la gravedad. Por razones técnicas, la fuerza de gravedad, la más familiar en nuestra vida diaria, ha resultado muy difícil de describir a nivel microscópico. Por muchos años este ha sido uno de los problemas más importantes en la física teórica--- formular una teoría cuántica de la gravedad.
En las últimas décadas, la teoría de cuerdas ha aparecido como uno de los candidatos más prometedores para ser una teoría microscópica de la gravedad. Y es infinitamente más ambiciosa: pretende ser una descripción completa, unificada, y consistente de la estructura fundamental de nuestro universo. (Por esta razón ocasionalmente se le otorga el arrogante título de "teoría de todo".)
La idea esencial detrás de la teoría de cuerdas es la siguiente: todas las diversas partículas "fundamentales" del modelo estándar son en realidad solo manifestaciones diferentes de un objeto básico: una cuerda. Normalmente nos imaginaríamos que un electrón, por ejemplo, es un "puntito", sin estructura interna alguna. Un punto no puede hacer nada más que moverse. Pero, si la teoría de cuerdas es correcta, utilizando un "microscopio" muy potente nos daríamos cuenta que el electrón no es en realidad un punto, sino un pequeño "lazo", una cuerdita. Una cuerda puede hacer algo además de moverse. Puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, desde lejos, incapaces de discernir que se trata realmente de una cuerda, vemos un electrón. Pero si oscila de otra manera, entonces vemos un fotón, o un quark, o cualquier otra de las partículas del modelo estándar. De manera que, si la teoría de cuerdas es correcta, el mundo entero está hecho solo de cuerdas.


 Pero hasta el momento, no existe evidencia experimental alguna de que la teoría de cuerdas en sí sea la descripción correcta del mundo que nos rodea. Esto se debe principalmente al hecho de que la teoría de cuerdas está aún en etapa de desarrollo. Conocemos algunas de sus partes; pero todavía no su estructura completa, y por lo tanto no podemos aún hacer predicciones concretas. En años recientes han habido muchos avances extraordinariamente importantes y alentadores, los cuales han mejorado radicalmente nuestra comprensión de la teoría.