Saturday, September 19, 2009

ARTICULO DE DIVULGACION: ORIGEN DEL UNIVERSO























AÑO INTERNACIONAL DE ASTRONOMIA
Gpo Godofredo García – UNMSM


EL ORIGEN Y EVOLUCION DEL UNIVERSO
Mario Ríos Quispe
Gpo Godofredo García – UNMSM
mriosquispe@gmail.com; www.investigando.org/educandos; www.educienciasmariosq.blogspot.com
Lima - Perú


LA GRAN EXPLOSION
Es la hipótesis principal del origen del Universo y antes de registrar alguna prueba experimental, científicos de la talla de Einsten ya planteaban algún estado del universo, es así que Einsten habiendo desarrollado la TEORIA GENERAL DE LA RELATIVIDAD en su parte aplicativa y asumiendo una posición filosófica elaboró un modelo matemático que asumía una contracción o expansión al haber encontrado muy poca satisfacción en el resultado, introdujo un término arbitrario (constante cosmológica) que hiciera que el modelo diera como solución un modelo estático.

A raíz de de las observaciones de Hubble bajo el estudio de las nebulosas y específicamente aquellas que tienen las estrellas (galaxias) en la cual daba un corrimiento hacia el rojo según el efecto Doppler. Se interpretaba que las galaxias se expandían cual torta de pasas en el proceso de cocimiento.

Hubble entonces compara la velocidad de las nebulosas con las distancias y encontró la siguiente relación:

H : Constante Hubble; D : Distancia entre Galáxias; V : Velocidad de recesión

Lo que constituyó una revolución mayor que la Copernicana porque si la tierra no es centro del Universo (Ptolomeo) ni el sol (Copernicano), ni la galaxia (Hubble). Mérito que pudo haber sido de Einsten ya que sus ecuaciones en su forma original permitía descubrir el universo en expansión.
Ahora si bien el modelo describe el universo en expansión, el logro de una ciencia está cuando predice un suceso futuro y eso era lo que necesitaba el modelo, es así que George Gamow trabajando con el modelo del Big Bang plantea que la gran explosión debió haber producido una intensa radiación electromagnética que debe estar presente en el universo y si bien había una gran limitación porque las técnicas de detección no se habían desarrollado, solo tiempo después con el diseño de radiotelescopios se identificó Ondas de Radio de cúmulos estelares de Quasares, Pulsares, máseres circunestelares entre otros.

Los experimentos en 1965 de Penzias y Robert Wilson probaron nuevos fenómenos de materia invisible producto del excesos de ondas de la usual que cae a la tierra y este sería la radiación que quedó como testimonio de la Gran Explosión.

La pregunta que nos hacemos ahora es si el universo siempre se va a expandir ¿que relación tiene la masa en la Gran Explosión?, la fuerza de gravitación debería producir una desaceleración en la expansión. Pero si la masa del universo solo está formado por galaxias, la fuerza de gravitación no lograría detener la expansión e iríamos a un universo vacío, Y si existiera una gran cantidad de materia invisible la atracción gravitacional ganaría y en el futuro en el universo se comenzara a contraer. ¿ Y si hay otro tipo de materia?, actualmente los científicos trabajan mucho el tema de la materia oscura que consideran se arrastra junto con la materia ordinaria en expansion.

EVOLUCION CÓSMICA
Según la prueba de Hubble sobre el corrimiento hacia el rojo que físicamente es la expansión del universo podemos conjeturar un proceso evolutivo a partir del Big Bang hasta nuestros días. Aunque la pregunta siempre será ¿que hay detrás del Big Bang? es como si del hierro fundido decimos, que era antes de fundirse. En cierto modo se pierde la información o como decía Hawking “no solo fue materia lo que se creó durante el Big Bang; fue el espacio-tiempo tuvo por tanto un comienzo. La evolución planteada solo parte del Big Bang que es algo factible y probado por las emisiones de radiación de zonas invisibles. Empero es necesario reconocer que los primeros instantes del Big Bang han sido claves ya que en este lapso la temperatura disminuyó 10,000 millones de oC y es el proceso de síntesis nuclear que se detuvo generando solo hidrógeno y helio que dicho sea de paso abunda en el universo, esto significa que la expansión se dio de una manera uniforme ni tan bajo del punto crítico porque colapsaría ni tan arriba del punto crítico porque se separaría de tal manera que generaría un vacío.
Lo categórico es que el proceso solo dio lugar al hidrógeno y helio como elementos principales, entonces surge la pregunta ¿Cómo surgieron el resto de los elementos? Un filósofo manifiesta que el tiempo en su transcurrir largo hace posible lo imposible en nuestro caso si lógicamente entienden que el universo está frío, la síntesis nuclear parece improbable; pero es el tiempo en su devenir en miles de millones de años donde la naturaleza y sus procesos se hacen verosímiles y este es el caso del helio (He) como uno de los elementos más abundantes.
Por otro lado de acuerdo a los análisis experimentales de la radiación en general se entiende ahora que al millón de años de la gran explosión el universo se hizo relativamente frío a T=1000oC permitiendo entonces compensar el equilibrio y que la gravedad haga su papel, puesto que en cierto modo se aceptó que se redujo la tendencia a expandirse, esto quiere decir que como universo los “elementos” siguen expandiéndose pero localmente ejemplo Galaxias. Se muestra en muchos casos colapsos individuales, ahora si las galaxias eran tan masivas que perturbaban otras galaxias entonces explotarían como supernova; como vemos pareciera que todo fuera calculado en una armonía.
Hubo entonces colapso gravitacional tipo agujero negro, claro que sí, y se cree que se desarrolló hace 5000 millones de años lo prueba el fechamiento de meteoritos.
Esta dualidad dialéctica contracción vs Expansión ha permitido en su interfase general,el sol y los planetas y por ende la posibilidad de vida.


Inicio del Big Bang
0 años
Formación de galaxias
5,000,000,000 años
Formación del Sol
10,000,000,000 años
Inicio de las primeras formas de vida
11,500,000,000 años
Primeros homínidos
14,998,000,000
Presente.
15,000,000,000


El ser humano solo ha tomado la diezmilésima parte de su historia pero ha bastado eso para que el universo haya engendrado al ser que contemple entienda y transforme el mismo.

LA ASTRONOMIA INVISIBLE
El hombre ha podido conocer la naturaleza gracias al fenómeno de la luz que emitan los cuerpos.
Así es que primeras investigaciones en Astronomía se hace uso del telescopio óptico en la cual podemos ver los astros y las estrellas por la luz que emiten a través de ello podemos conocer las propiedades, parámetros como llaman los físicos sea este presión (P) y temperatura (T), por ejemplo la temperatura podemos asociarlo al calor como es el caso de los metales. En ese sentido los astrónomos pueden estimar la temperatura de una estrella de una estrella con solo ver el color así:

El análisis más riguroso utilizado en la actualidad es el análisis espectral (descomposición de la luz) mediante redes de difracción. En esta descomposición se puede ver la gama de colores característicos de los objetos estudiados.
El desarrollo del estudio de los fenómenos astronómicos ha dejado entrever que hay fenómenos que no pueden ser observados con la luz visible o en todo caso existen otras formas de "luz", vale decir de emisión que tendría que ser "capturada" con instrumentación adecuada estas emisiones o radiaciones invisibles tienen así como la luz propiedades y son característicos de los objetos que son observados. Estas radiaciones así como la parte visible forman el ESPECTRO ELECTROMAGNETICO.
Ejemplo de 0.3 a 0.7 u es visible, menores y mayores que este rango invisible.

Como todo el conjunto de "colores" es el conjunto del espectro electromagnético, por lo tanto obedecen a las mismas leyes físicas
E , B (Campo Electromagnético)
Velocidad : C
Nos preguntamos “emiten los objetos cósmicos otros tipos de radiación además de la visible”.
El sol por ejemplo emite la radiación visible (luz) en su mayor parte, el saldo lo emite en otras formas de radiación sea Infrarrojo, Ultravioleta, X, gamma etc., La llamada radiación Invisible. En ese sentido, caracterizar estas radiaciones nos dará una información complementaria de los objetos cósmicos estudiados ¿Como sería el universo? Pudiera darse el caso de que hay objetos que nunca han sido vistos en los dispositivos ópticos y esto ha dado lugar al desarrollo de una técnica y por ende de una rama que ha permitido conocer algunos fenómenos invisibles como los púlsares, la radiación cósmica de fondo.

Si nosotros pudiéramos visualizar en todo su espectro veríamos un universo distinto.
Así
Cielo Visible : Familia de estrellas
Ondas de Radio : Remanentes de supernova, Radio galaxias
Rayos X : Sistema binario de estrellas.
En la actualidad podemos decir que se estudia el universo en todo el espectro E B
Ejemplo: en la fig. izquierda, observamos la llamarada de rayos X de una estrella de neutrones

SISTEMAS PLANETARIOS
El origen del sistema planetario es algo que en la actualidad no está muy claro o dista mucho de ello como lo afirma I.S. Shklovski.
La pregunta es entonces ¿porque se conoce mas de las estrellas que del propio sistema planetario? por una sencilla razón en vista de que hay millares de estrellas podemos encontrar en ella distintas formas de su evolución, entonces como vemos no caben las especulaciones que se hacen a través de telescopios y otros dispositivos.
El sistema solar como tal tiene 5,000,000,000 años esto se puede estimar estudiando la estrella sol de nuestro sistema planetario empero, como para comparar con otros sistemas planetarios solo tenemos el nuestro como único ejemplar, pero la situación y observación nos obliga a plantear una hipótesis en la cual se pueda decir que muchas estrellas tienen sistema planetario.
La única interpretación valedera del sistema solar está dado por Kant y Laplace utilizando los avances de las teorías de la física clásica (Mecánica Newtoniana). Kant partía del desarrollo evolutivo de una nebulosa fría formado de polvo y Laplace afirmaba que la nebulosa primitiva era un gas muy caliente en rápida rotación al contraerse por la acción de la fuerza gravitacional y por la aparición de fuerzas centrífugas que desprenden anillos que mas tarde dieron lugar a la órbitas de los planetas y su formación, lo común de estas dos teorías es que parten de una nebulosa.
Jeans hace una hipótesis o una conjetura más verosímil para el, los planetas han salido desprendido del sol, esto prueba el sentido de la rotación. Este desprendimiento pudo haberse dado por el choque de meteoritos (y otra estrella) que alteró la estabilidad del sol de esta hipótesis se puede desprender que el proceso es poco probable.
Como vemos puede haber un sinnúmero e hipótesis pero cada una de ellas explica un rasgo de la realidad así la hipótesis de Kant-Laplace hace una explicación dentro del marco de la mecánica pero necesita de mas teorías para profundizar esta explicación y es así que hoy se hace necesario la incorporación de la electrodinámica para encontrar una explicación mas real y superior que las anteriores.
Pero, que entender por planeta, etimológicamente se dice que el significado de planeta es lo que vaga, manteniéndose, sosteniéndose como bien sabemos por la gravedad que es la interacción de los cuerpos. A razón de sus características diremos también que los planetas no tienen luz propia y "brillan" solo por la luz del sol son como la luna. Dentro de las características de rotación mercurio que está más cerca del sol da al año 4 vueltas alrededor del sol en un año. Marte que está alejado de la tierra da media vuelta.
Los conocimientos que en la actualidad se tiene de los sistemas solares provienen mas que todo de la luna y de marte y de los dos, el mas atractivo resulta marte por lo que pudo haber sido antes un planeta con agua (lo prueba indirecta es los surcos que tiene), por otro lado, relativamente el medio ambiente no es tan hostil, y existe la posibilidad de generar ciclos biológicos (lo prueba indirecta es el descubrimiento de la roca AHL8001). El resto de los planetas de nuestro sistema solar como Júpiter son de "clima" hostil, muchas veces gaseoso como sulfuros y que en todo caso la posibilidad de habitar que es la tendencia actual es improbable.

VIDA, VIDA INTELIGENTE EN EL UNIVERSO
La vida es un logro de la naturaleza que solo se ha podido dar después de larga data e innumerables cambios que se ha dado en el desarrollo de los seres vivos desde sus etapas mas primitivas. Empero deseamos saber si hay vida en otros planetas u otras galaxias, para ello es necesario entender como se dio la vida en la tierra y como evolucionó hacia formas más complejas. Según Oparin, la vida solo pudo darse a través de continuos cambios y adaptación, mientras ha habido condiciones extremas de presión y bajas temperaturas la vida nunca pudo generarse al menos en la tierra esta situación es muy similar en otros planetas como por ejemplo Marte.
Si es así porque seguimos hablando que en Marte puede haber vida? después de todo tiene condiciones extremas. Lo que ha llevado pensar que puede haber vida en otros planetas o galaxias es que las condiciones extremas no resulta una imposibilidad absoluta de vida, prueba de ello es que en la propia tierra hay seres que soportan condiciones extremas como los llamados extrematolitos.

Hoy tenemos nuevos teorías que está basada mas que todo por nuevos descubrimientos y experimentos y el más resaltante de todos ha sido el descubrimiento de una roca de marte que en forma de meteoro supuestamente ha llegado a la tierra la roca ALH84001 y que en el análisis ha arrojado el tener huellas de bacterias lo que ha llevado a plantear que la vida en le tierra se originó en marte esta teoría se conoce como la TEORIA DE LA PANSPERMIA DE CHANDRA, este hallazgo acompañado con la teoría ha causado polémica en la comunidad científica internacional que les ha costado pensar que la vida en la tierra se realizó contaminado por Marte.
Estos estudios ha motivado en aficionados y estudiantes de las distintas áreas les ha el crear la sociedad de Marte una institución que realiza una serie de actividades que tiene como misión ser los primeros colonizadores del planeta rojo, como se ve hay un entusiasmo constante y en aumento sobre las posibilidades de nuevas colonizaciones y la búsqueda de vida en el universo.

Pero que cosa nos lleva a pensar que en Marte hay vida. En primer lugar están los elementos biogenésicos tales como el O, C, N, H pero en menor proporción por ejemplo el vapor de agua tiene 10-3 gr/cm3 es muy poco pero lo importante es que están las condiciones dadas aunque en extremo, sin embargo hemos dicho que siendo extremos los seres vivos se pueden adaptar.

La segunda pregunta en relación a la vida es, si habrá VIDA INTELIGENTE en algún punto del universo?. Las científicos han planteado a manera de axioma que no somos los únicos en el universo, que el que estemos solos es poco probable, en este sentido la interpretación jugará un papel muy importante porque no se niega algo que no sabemos si existe, y que tampoco se afirma de que existe, lo que hay es un probabilidad de vida inteligente; porque de las 100,000 millones de estrellas es probable que haya algún tipo de vida. Como dice SETI: la ausencia de evidencia no es evidencia de ausencia. Hoy en la actualidad la comunidad científica así como los aficionados se han lanzado en la búsqueda mandando señales de radio así como haciendo observaciones con radiotelescopios, como vemos hoy el concepto de vida extraterretre deja de formar parte de la ficción

INTERPRETACION MATEMATICA DEL UNIVERSO
La geometría juega un papel importante en la descripción de los fenómenos físicos o como dice un científico a través de la definición del espacio geométrico podemos determinar las características físicas de la materia. Pero surge la pregunta ¿de que geometría nos estamos refiriendo? Euclideana, Riemanana o Fractálica. Cuando estamos observando un movimiento rectilíneo nos referimos a la geometría euclideana, cuando analizamos una sección de manzana la geometría apropiada es la Riemanana y cuando estamos analizando la nube tan cotidiana de nuestro cielo los ojos geométricos es los fractales.
El desarrollo de la ciencia también va marcado por incorporar al estudio de los fenómenos físicos una geometría en particular así Newton basándose en la geometría de Euclides pudo hallar las leyes que gobiernan el movimiento de los cuerpos, sin embargo no podía explicarse la distinción que se hacía entre masa inercial y masa gravitacional, la igualdad permitió posteriormente desarrollar el concepto de espacio y dar lugar a una nueva geometría que materializó la Teoría de la Relatividad.
Pero en el Universo y desde un marco físico como podemos entender el espacio, algo vacío, lleno de energía o simplemente lleno de partículas, así los físicos hablan de campos gravitatorios, campos magnéticos, eléctricos, y si se trata del universo espacio interestelar, lleno de neutrinos o polvo interestelar, ante la curvatura de la luz por ejemplo como podemos expresar el nuevo espacio, La consideración del tiempo es justamente la situación concreta de la curvatura de la luz que es desviado, lo que indica que el tiempo sufre también un cambio.

El siguiente dibujo puede expresar gráficamente lo que planteamos.
El cambio de mecánica y por ende de geometría se da a partir de considerar velocidades cercanas a la de la luz.

El advenimiento de la física relativista por Einsten (1905) revolucionó nuestra concepción científica y filosófica y dentro de ella la geometría.
En la relatividad es espacio y el tiempo no son dos categorías independientes como en la física Newtoniana, el mundo en que vivimos se concibe como un espacio de cuatro dimensiones tres del espacio y una del tiempo.
Así la teoría e Einsten no existe un tiempo absoluto el depende del movimiento de quien lo mide. Otro efecto predicho por la Relatividad y confirmado por el Experimento de Michelson y Morley es la constancia de la velocidad de la luz, independiente por tanto de cualquier observador. Otra predicción fue la relación E = mc2 (E: energía, m : masa) y confirmada con la dinámica de las partículas elementales.
¿Como entender nosotros esta nueva geometría, a partir de nuestros conocimientos cotidianos?
El continuo espacio - tiempo parte de la constancia de la velocidad de la luz y la relación E : m c2.
En cuanto a la gravitación pareciera no haber problemas pero la interrogante era cual es la acción de la gravedad sobre la luz como por ejemplo. los Black Holes (Huecos Negros) donde hay campos gravitatorios intensos esto nos lleva a la idea que la geometría cambia cualitativamente.
Conclusión: El espacio que vivimos es curvo y la gravitación es la manifestación de esta curvatura. La causa de esta curvatura es la masa y la curvatura se manifiesta como fuerza gravitacional. La masa de los cuerpos no solo deforma el espacio sino también el tiempo; así si un cuerpo pasa por otro muy masivo el tiempo corre lentamente.

¿Que alcances dio este nuevo enfoque geométrico?
Por primera vez se planteó el modelo cosmológico:
Suposición : Universo Homogeneo
Universo Isotrópico.
Propuesta de Modelo : Finito pero ilimitado.
Einsten propuso un universo estático asumiendo una constante cosmológica que después se arrepintió porque su modelo preveía la expansión cosa que como vemos Hubble demostró experimentalmente.
En resumen podemos hablar ahora gracias a la gravedad de una estructura geométrica del universo y a su vez por su ligazón tan natural de la geometría en la física del universo como un objeto físico.
Este aspecto del conocimiento es importante resaltarlo puesto que los epistemologos y filósofos establecen las siguientes representaciones:
Universo perceptible : Cambios Psicobiológicos
Universo Observable : Hubble
Universo Teorético : Einsten
Realidad Total : Todo
Aunque esta última palabra me parece mas sacado de la revistas de Business yo mas bien diría realidad objetiva.

HIPOTESIS, HIPOTESIS, HIPOTESIS
La ciencia como bien decía Albert Einsten es una aventura del pensamiento esto quiere decir que el camino que recorre en la búsqueda de la verdad muchas veces está cargado de sinsabores y desencuentros que no conducen a nada en apariencia, pero debemos aceptar que es así. En la astronomía es muy tentador caer en la especulación de ciertas interpretaciones sobre el origen del universo, nacimientos de sistemas planetarios, vida extraterrestre eventos cósmicos como agujeros negros etc. Se han escrito muchos artículos se han publicado muchos teorías y siempre surge la pregunta hasta que punto lo que se escribe es verdad, refleja la realidad objetiva o tiene una utilidad práctica como es la pregunta mas inocente que hacen en las esferas profesionales.
La ciencia es un sistema de ideas que están concatenadas y interpretan y prevé una serie de fenómenos pero, para llegar a esto se hace necesario reconocer el problema el nudo, y seguidamente plantear una conjetura pero no cualquier conjetura sino una conjetura basada en los hechos, en el planteamiento del problema que no solo de solución al nudo del problema sino amplíe los límites del mismo dejando de lado la simple conjetura.
Como ejemplo puedo citar la hipótesis de la nebulosa de Kant, que desde el punto de vista científico está basado en lo que hacia entonces la ciencia había conseguido (mecánica celeste), hoy la hipótesis de la nebulosa no tiene respaldo empírico, pero no deja de ser una buena hipótesis y lo que es más no escapa del marco científico.
Citemos un ejemplo más moderno "Los agujeros negros" hasta hace pocos años era poco más que una teoría; hoy bajo las observaciones del Telescopio Hubble ha sido demostrada la existencia de estas regiones del espacio tiempo. Hawking supuso mediante el desarrollo de las teorías poniendo como hipótesis principal que ciertas "desviaciones" del espacio tiempo se debía a una fuerza gravitatoria intensa que inclusive la luz era absorbida de ahí su denominación, Hawking nunca esperó un Premio Nobel, porque decía que su objetivo no era los premios, sino, seguir investigando.
El resultado puede conducir a una verdad o simplemente a una teoría pero no por ello deja de ser científico porque las herramientas, los instrumentos y los modelos creados permiten en lo posterior utilizarse para nuevas teorías y para fundamentar ciertos resultados empíricos. Este es el caso del problema de los tres cuerpos que después se extrapoló a los N cuerpos y que dio lugar a la creación de los pseudopotenciales muy utilizados en la física del estado sólido.
La hipótesis entonces es de una importancia estratégica en la ciencia pero también en la enseñanza porque a través de estos procedimientos enseñamos a nuestros alumnos a desarrollarse científicamente y sobre todo a ser críticos y cuestionadores de todo lo desarrollado por la naturaleza la sociedad y el pensamiento.
Diríamos entonces que la hipótesis es la esencia de la ciencia.

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