Teorias Sobre EL Origen DEL Universo PDF

Preview

Summary

Download Teorias Sobre EL Origen DEL Universo PDF

Description

.......................................................................................................................... 1 UNIVERSO ................................................................................................................................................ 1 LA MATERIA DEL UNIVERSO ............................................................................................................. 1 a) LA MATERIA VISIBLE ............................................................................................... 2 b) LA MATERIA OSCURA ............................................................................................. 2 COMPOSICIÓN DEL UNIVERSO ......................................................................................................... 2 .............................................................................................................. 3 PARA JUSTIFICAR LA TEORIA DEL BIG BANG TENEMOS LOS SIGUIENTES ARGUMENTOS: ....................................................................................................................................... 4 A. PRIMER ARGUMENTO .................................................................................................... 4 B. SEGUNDO ARGUMENTO ............................................................................................... 5 C. TERCER ARGUMENTO ................................................................................................... 6 D. CUARTO ARGUMENTO................................................................................................. 10 ..................................................................................................... 12 .............................................................................. 14 ...................................................................................... 16 A. INTRODUCCIÓN:.............................................................................................................................. 16 B.VERSIÓN DE LA TEORÍA:............................................................................................................... 16 C.CARACTERÍSTICAS DE LA TEORÍA: .......................................................................................... 16 ....................................................................................................................... 18  DESTINO FINAL ........................................................................................................................ 18 I. Big Crunch o la Gran Implosión........................................................................................... 18 II. Big Rip o Gran Desgarramiento ..........................................................................................19

1

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

Antes de hablar sobre las teorías sobre la creación del universo debemos especificar algunos conceptos básicos sobre el universo:

UNIVERSO 

El universo es la totalidad del espacio y del tiempo, de todas las formas de la materia, la energía y el impulso, las leyes y constantes físicas que las gobiernan. Sin embargo, el término también se utiliza en sentidos contextuales ligeramente diferentes y alude a conceptos como cosmos, mundo o naturaleza



Observaciones astronómicas indican que el universo tiene una edad de 13,73 ± 0,12 millardos de años (entre 13 730 y 13 810 millones de años) y por lo menos 93.000 millones de años luz de extensión.



Debido a que, según la teoría de la relatividad especial, la materia no puede moverse a una velocidad superior a la velocidad de la luz , puede parecer paradójico que dos objetos del universo puedan haberse separado 93 mil millones de años luz en un tiempo de únicamente 13 mil millones de años; sin embargo, esta separación no entra en conflicto con la teoría de la relatividad general, ya que ésta sólo afecta al movimiento en el espacio, pero no al espacio mismo, que puede extenderse a un ritmo superior, no limitado por la velocidad de la luz. Por lo tanto, dos galaxias pueden separarse una de la otra más rápidamente que la velocidad de la luz si es el espacio entre ellas el que se dilata.

LA MATERIA DEL UNIVERSO 



Materia es todo lo que tiene masa. Toda la materia se compone de partículas. Son como pequeñísimas piezas que se unen para formar todo lo que vemos. Aunque también forman otro tipo de materia que no podemos ver, la materia oscura. De hecho, la mayor parte de la materia que compone el Universo es materia oscura. Todo lo que tiene masa, por pequeña que sea, emite gravedad. Incluso nosotros mismos. En el Cosmos, la materia se atrae por esa gravedad. Se agrupa y forma desde las pequeñas moléculas hasta los planetas, las estrellas y los grandes cúmulos galácticos. La gravedad mantiene unida la materia. Aún así, la mayor parte de la materia no se concentra en las galaxias, sino en los inmensos espacios intergalácticos.

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

2

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

a) LA MATERIA VISIBLE  La parte de la materia que podemos ver es sólo el 4% de la composición del Universo. La materia visible se llama materia ordinaria o materia bariónica.  La materia ordinaria está formada por átomos. Puede estar en cuatro estados: sólido, líquido, gaseoso y plasma. Pasa de un estado a otro al ganar o perder calor. La mayor parte de la materia visible del Universo está en estado de plasma, ya que es el que forma las estrellas.

b) LA MATERIA OSCURA  En el Universo hay otro tipo de materia, que no podemos ver. Es la materia oscura o invisible. La cuarta parte del Universo conocido es materia oscura. Esto significa que hay mucha más cantidad de materia oscura que de materia visible.  La materia oscura no emite ni refleja ningún tipo de luz. No desprende ningún tipo de radiación, ni visible ni invisible. Por eso no podemos verla. Pero sabemos que existe porque sí emite gravedad, y nuestra tecnología la detecta. Su gravedad es tan grande que mueve los grandes cúmulos galácticos.  La composición de la materia oscura sigue siendo un misterio. Aunque se cree que podría estar formada por neutrinos y otras partículas aún desconocidas.

COMPOSICIÓN DEL UNIVERSO  El universo observable actual parece tener un espacio-tiempo geométricamente plano, conteniendo una densidad masa-energía equivalente a 9,9 × 10-30 gramos por centímetro cúbico. Los constituyentes primarios parecen consistir en un 73% de energía oscura, 23% de materia oscura fría y un 4% de átomos. Así, la densidad de los átomos equivaldría a un núcleo de hidrógeno sencillo por cada cuatro metros cúbicos de volumen.20 La naturaleza exacta de la energía oscura y la materia oscura fría sigue siendo un misterio. Actualmente se especula con que el neutrino, (una partícula muy abundante en el universo), tenga, aunque mínima, una masa. De comprobarse este hecho, podría significar que la energía y la materia oscura no existen.

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

3

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

Actualmente, el modelo del Big Bang como teoría del origen del Universo está aceptado por la mayoría de los cosmólogos porque hay indicios substanciales que permiten pensar que es correcto. ¿Qué dice la teoría del Big Bang?  Se suele describir al Big Bang como el instante en el que una bola concentrada de energía estalló convirtiéndose en materia y expandiéndose a enorme velocidad.  Se postula que esto sucedió hace unos 15.000 millones de años, y que en ese momento la temperatura alcanzó valores gigantescos: 1028 grados de temperatura, tan sólo unos minutos más tarde.  Hay que saber que en el borde de una temperatura de 1032 grados, todo tipo de fórmulas y definiciones de la física actual deja de tener sentido. Por lo cual, nada se puede afirmar con certeza matemática acerca de ese momento cero del universo. El volumen del cosmos era mínimo y la densidad tendía al infinito.

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

4

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

PARA JUSTIFICAR LA TEORIA DEL BIG BANG TENEMOS LOS SIGUIENTES ARGUMENTOS:

A. PRIMER ARGUMENTO 

Para pensar que la teoría del Big Bang es correcta se basa en el hecho comprobado de que las galaxias se están alejando unas de otras.



Actualmente, todo parece indicar que el universo, incluido el espacio entre galaxias, se está expandiendo a una velocidad creciente, a decenas de miles de kilómetros por segundo.



Esta afirmación se basa en que se ha verificado repetidas veces que la luz de las galaxias se desplaza hacia el extremo rojo del espectro, lo que indica que las longitudes de ondas de la luz detectada son más largas; este corrimiento hacia el rojo, que se denomina “efecto doppler”, indica que las galaxias se alejan de nosotros y que lo hacen a velocidades cada vez más grandes.



El alejamiento de las galaxias fue descubierto por primera vez en el año 1929 por Edwin Hubble. Nunca se ha visto ningún desplazamiento hacia el azul en las galaxias más distantes.



Este descubrimiento, la expansión del universo, produjo la revolución intelectual más importante del siglo XX, e implica que, a medida que se produce la fuga de las galaxias, el universo queda más vacío y, por lo tanto, se enfría.



La temperatura actual del cosmos es de unos tres grados absolutos (3ºK), es decir, 270 grados Celsius bajo cero. El enfriamiento avanza desde que comenzó la expansión del universo.

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

5

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

B. SEGUNDO ARGUMENTO 

Este argumento esta principalmente basado en el hidrógeno y de helio presente en el cosmos.



La teoría del Big Bang afirma que en el comienzo de todo, debido al enorme calor, con temperaturas de 1032 grados, los núcleos de hidrógeno chocaban entre sí a velocidades tan grandes que empezaron a fusionarse de dos en dos y a formar núcleos de helio.



En base a este postulado, la teoría predice que en el Universo la proporción de hidrógeno comparada con la de helio, debe ser de 3 a 1.



Los resultados observacionales confirman que efectivamente en el Universo hay un 25% de helio frente al 75% de hidrógeno.

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

6

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

C. TERCER ARGUMENTO Este argumento, se refiere a la radiación fósil (de fotones) o radiación de fondo en el Universo. Este descubrimiento ha sido la confirmación científica más espectacular de la teoría del Big Bang. Vamos a ello: 

Todos los cuerpos calientes irradian. Mientras más calientes están, más irradian. El cuerpo humano, por ejemplo, emite rayos infrarrojos que nuestro ojo no puede detectar, pero que con un visor nocturno es posible hacerlo. Las serpientes no necesitan visor nocturno artificial pues en la frente tienen un tercer ojo que detecta el infrarrojo.



Los cuerpos muy calientes emiten una radiación de onda más corta, por lo que se ven de color azul y violeta. A medida que se van enfriando, la onda de radiación se va haciendo más larga y el color percibido va cambiando del azul al verde, amarillo, naranja, rojo, hasta llegar al infrarrojo. Esta luz emitida por un cuerpo caliente se denomina “luz térmica”.



Poco después del Big Bang, cuando el universo primitivo estaba a temperaturas de millones de grados Kelvin, la agitación térmica hacía que la materia estuviera totalmente disociada, los electrones no conseguían unirse a los protones y formar átomos. La materia tenía la forma de plasma eléctrico opaco a la luz, pues no se generaban fotones. Ese universo estaba absolutamente oscuro. Sin embargo, empezó a expandirse.



El universo inicial estaba completamente desorganizado, no poseía galaxias, ni estrellas, ni moléculas, ni átomos, ni siquiera núcleos de átomos. Sólo era un caldo de materia informe, a una temperatura de miles de millones de grados.



Cuando había pasado unos 380.000 años después del Big Bang, el Universo había experimentado una expansión que, a su vez, había producido un fuerte enfriamiento.



Cuando la temperatura bajó a menos de 3.000ºK la interacción electromagnética ya fue capaz de que los electrones empezaran a ligarse con los protones. Se generaron átomos de hidrógeno y de helio, los fotones pudieron escapar y así fue como el universo se hizo transparente a la luz.



El físico y astrónomo ucraniano George Gamow (1904-1968) hizo el siguiente razonamiento: si el universo actual presenta una imagen de enfriamiento debido a la expansión, significa que en un principio era muy caliente y, por lo tanto, emitía radiación.

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

7

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO



Gamow se preguntaba ¿qué sucedió con esa radiación resplandeciente que existía al comienzo del universo? ¿dónde han ido los fotones que se generaban? Supuso que la expansión del espacio había alargado la longitud de onda de los fotones primordiales. Sus cálculos le llevaron a deducir que la temperatura de la radiación original se había reducido ya a unos 8º K (8º por encima del cero absoluto).



En 1948, poco después de finalizar la segunda guerra mundial, predijo que tenía que existir una huella de esta primitiva radiación y que ésta sería de una longitud de onda milimétrica, es decir debían de ser microondas. Nadie tomó en serio esta predicción y se pensó que sería una extravagancia intentar captar el eco del Big Bang.



Arno Penzias, físico nacido en Múnich en 1933, trabajaba con Robert Wilson en los Laboratorios Bell en 1964, experimentando con una antena de 6 metros, supersensible, destinada a detectar ondas de radio reflejadas por sondas.



Para medir estas ondas de radio era necesario suprimir cualquier tipo de interferencias que pudieran producirse en el entorno de la antena.



Utilizando esta antena, detectaron una fuente de ruido. Inicialmente pensaron que eran pájaros que se habían instalado en la antena o que era otro tipo de suciedad de la misma. A pesar de limpiarla cuidadosamente y de afinar la recepción, el ruido persistía. Era un ruido que persistía día y noche y que procedía de todos lados, cualquiera que fuera el lugar del cielo hacia donde orientaran la antena.



Ambos sacaron la conclusión de que el ruido venía desde más allá de nuestra propia galaxia. Cuando algunos amigos y colegas les comentaron que existía la posibilidad de que fueran las radiaciones predichas por George Gamow procedentes de la explosión que originó el Universo, Penzias y Wilson se dieron cuenta que habían hecho un descubrimiento de enorme importancia.



Las características de la radiación detectada por ellos, encajaba perfectamente con la radiación predicha inicialmente por George Gamow y afinada por Robert Dicke y otros colegas de la Universidad de Princeton.



Para evitar posibles conflictos posteriores, ambos compañeros decidieron publicar conjuntamente los resultados de su trabajo. En 1978, Arno Penzias y Robert Wilson fueron galardonados con el Premio Nobel, por su gran descubrimiento.



La detección de estos fotones milimétricos requiere instrumentales muy sensibles a estas longitudes de ondas (similares a las de los radares y hornos microondas). Son señales antiguas, de muy débil intensidad y que es necesario separarlas de

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

8

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

la maraña de ondas parásitas. El calor de la atmósfera terrestre crea un fuerte ruido parásito que dificulta la detección de la radiación fósil de microondas. 

Por tal motivo la NASA decidió fabricar el COBE (Cosmic Background Explorer) construido especialmente para llevar a cabo, fuera de la atmósfera terrestre, los estudios de precisión que pudieran confirmar los postulados de la teoría del Big Bang.

George Gamov

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

9

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

Arno penzias y Robert Wilson

ANTENA

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

10

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

D. CUARTO ARGUMENTO 

Se basa en lo siguiente: los objetos más antiguos del universo tienen una antigüedad de entre 10.000 y 15.000 millones de años. No hay evidencia de objetos más viejos que el Big Bang. Las estrellas más viejas de la Vía Láctea se remontan a unos 10.000 millones de años.



A la pregunta de si había algo antes del Big Bang, la respuesta es que no tenemos ningún indicio que nos permita retroceder más tiempo en el pasado. Todos los datos de la astrofísica se detienen en la misma frontera. Las leyes que los científicos han descubierto, no funcionan en esos límites y nos hallamos sin respuestas. La teoría cuántica no es capaz de explicar el comportamiento de partículas sometidas a un campo de gravedad tan intenso y de temperaturas tan elevadas. Por otra parte, la teoría de la relatividad establece que con un campo de gravedad tan fuerte, todo estaría confinado en un espacio muy restringido del cual nada podría escapar, ni siquiera la luz.



Según el modelo del Big Bang, el universo primigenio era un plasma compuesto principalmente por electrones, quarks y neutrinos totalmente disociados unos de otros. Los electrones no se podían unir a los protones y otros núcleos atómicos para formar átomos porque la energía media de dicho plasma era muy alta, por lo que los electrones interactuaban constantemente con los fotones mediante el proceso conocido como dispersión Compton.



A medida que el cosmos se fue enfriando, las partículas elementales se fueron aglutinando y formando núcleos, átomos, moléculas, nebulosas, estrellas, galaxias y planetas.



No todo queda explicado con la Teoría del Big Bang. Las matemáticas que fundamentan esta teoría, son inadecuadas e impotentes para explicar lo que sucedió en las fronteras del tiempo y del espacio. ¿Qué había antes del tiempo cero? ¿Qué era el espacio antes del Big Bang? ¿Cuánto tiempo pasó antes del Big Bang? Científicamente es imposible definir un tiempo cero, momento en el cual la temperatura alcanzaría un valor infinito y el espacio tendría un volumen cero. Sencillamente, ese es el límite de nuestros conocimientos.



Si la teoría del Big Bang es correcta, actualmente toda la materia estelar debería estar repartida en la superficie de una inmensa esfera que se va haciendo más extensa cada segundo. En el interior de esta esfera universal, no quedaría más que las radiaciones producidas por las estrellas.



En el año 2007, el prestigioso científico Stephen Hawking decía que, según los cálculos, si 1 segundo después del Big Bang la velocidad de expansión hubiera

UNPRG- FICSA

GEOLOGIA

11

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

sido menor de una parte en 100.000 billones, el Universo habría vuelto a colapsar sobre sí mismo antes de ahora, debido a la atracción de la fuerza de gravedad. 

Pero que si la velocidad de expansión 1 segundo después del Big Bang hubiera sido mayor en una parte en 100.000 billones, el universo, superando la fuerza de gravedad, se habría expandido tanto que ahora estaría prácticamente vacío.

“La situación actual es una "casualidad"

Dispersión Compton

UNPRG- FICSA<...