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    Teoría del Universo Pulsante

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    Cristian Ospina
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    Teoría del Universo Pulsante

    Mensaje  Cristian Ospina el Lun Mayo 14, 2012 5:18 pm

    Es posible que bajo el Sol no encontremos nada nuevo; sin embargo, el estudio del cosmos ha sido y lo continúa siendo una apabullante caja de sorpresas. Hasta los años 20 del siglo XX, los científicos preferían creer que el espacio era infinito y eterno. Se coincidía en la vaga noción de que éramos únicos en un universo hueco e insondable. Pero, como ya lo hemos mencionado en secciones precedentes, la historia empieza a cambiar cuando el matemático ruso Alexander Friedmann en 1922, desafiando las afirmaciones de Albert Einstein de que el universo era estático, publicó un ensayo en el cual demostraba un error en los cálculos de Einstein y que las propias ecuaciones de éste permitían la descripción de un universo que evoluciona. En 1927 el sacerdote belga y físico teórico George Lemaître aprecia los estudios de Friedmann y galvanizó a los cosmólogos con su propuesta de que un «átomo primigenio», denso y muy caliente estalló en forma similar a la bola de fuego del Big Bang para crear el actual universo. En los años de 1920, el astrónomo Edwin Hubble y otros colegas suyos con sus observaciones demostraron que el universo se estaba expandiendo; todas las galaxias se alejaban unas de otras, incrementando el espacio entre ellas y sus vecinas.

    Aunque Lemaître, «el padre de la teoría del Big Bang», diese el primer paso, su versión moderna se debe a George Gamow y a sus alumnos Ralph Alpher y Robert Herman. En los años de 1940, calcularon la síntesis de los elementos químicos de la explosión primordial y, al hacerlo, trasladaron la idea del Big Bang del campo de las hipótesis al terreno de la ciencia de observación. Alpher y Herman estimaron que el espacio debería estar actualmente bañado por un mar de energía electromagnética que, en términos del cuerpo negro, estimaron que ésta debía bordear los 5° K por encima del cero absoluto, lo que informaron en una carta enviada a la revista científica Nature en 1948. La estimación sobre la existencia de la energía electromagnética quedó confirmada cuando, dieciocho años después, Penzias y Wilson lograron identificarla, calculando que esta comportaba una temperatura de 2,7°K.

    La demostración hecha por Hubble, como la comprobación de la temperatura de la radiación de fondo que realizaron Penzias y Wilson, dieron cabida para que desde la década de los años ’50 del siglo XX , surgiera una aceptación mayoritariamente generalizada de la hipótesis de que el universo había tenido su comienzo en la explosión de un átomo primigenio; que las enormes densidades y las altas temperaturas al principio del tiempo y del espacio pudieron haber borrado la distinción entre materia y energía (big squeeze), y que de ese guiso materia energía se habría generado la energía radiante. Luego, mientras el universo comenzaba a expandirse y a enfriarse, la primera materia en emerger lo habría hecho en forma de partículas elementales: protones, neutrones y electrones constituyendo lo que se ha llamado «ylem», un término tomado de Aristóteles, para esta materia primordial. Posteriormente, a medida que se enfriaba y se hacía menos denso el «ylem» y se reducía la radiación de alta energía, los neutrones existentes empezaron a combinarse con protones, formándose los núcleos atómicos. Los protones solitarios atraían a los electrones para crear átomos de hidrógeno, y los núcleos más pesados reunían también sus complementos más grandes de electrones. El big squeeze pudo haber sido el crisol de todos los elementos observados hoy en el universo. En esto hay que consignar que diferentes investigaciones de laboratorio han concluido que lo inmediatamente anterior descrito ocurrió dentro de los primeros minutos de la expansión cósmica donde se constituyó un proceso igual que la alquimia: En el ylem, una sustancia era transformada en otra.

    Pero esta cuestión del ylem, también dio cabida a la idea de un universo pulsante, que será materia de nuestra descripción a continuación.

    Si, como hace más de 80 años lo propuso en su teoría el astrónomo belga Georges Lemaître, miles de millones de años toda la materia y la energía que hoy constituyen el universo estuvieron comprimidas en un gran átomo primigenio, este inimaginable conjunto habría ocupado un espacio semejante al de una esfera cuyo diámetro fuera igual a la distancia de la Tierra al Sol (1/70.000 años de luz). Si se compuso de energía, su temperatura debió alcanzar los 10.000.000°C; y si de materia, ésta debió haber tenido características totalmente distintas a las que nos son familiares.

    La materia dispersada por la explosión de este coloso habría constituido el universo en expansión del cual formamos parte. Condensándose y quebrándose por la gravitación mutua, habría creado las galaxias y las estrellas, que continuaron volando hacia fuera para siempre, hasta llegar, eventualmente, a estar tan alejadas que ningún astrónomo de ninguna de ellas podría ver a muchas de las otras. El universo sería ilimitado.

    Esta teoría fue revisada en la década de los cuarenta del siglo XX, por George Gamov, y fue rebautizada despectivamente con el nombre de la teoría del Big Bang, por el matemático y astrofísico británico Fred Hoyle, premio Kalinga 1967.

    Pero antes de que Gamov le diera una estructura más moderna y científica a la propuesta de Lemaître sobre un universo expansivo, otros objetaron que al ser las galaxias mutuamente atraídas por la gravitación general, la velocidad inicial impuesta por la explosión ha debido tender a disminuir y terminará por reducirse a cero para cambiar después el sentido del movimiento en 180° y concentrarse para volver a estallar en un movimiento cíclico de muy largos períodos e interminable. Viviríamos entonces en un universo pulsante u oscilante.

    El primero en hablar sobre un universo pulsante u oscilante fue el físico Richard Tolman, del Instituto Tecnológico de California, cuyos estudios y propuestas fueron publicados a comienzos de la década de 1930. Un universo pulsante es cerrado, pero no desaparece después de colapsar, sino que inicia un nuevo ciclo expansivo; el proceso de expansión y contracción se reitera y pasa por numerosos nuevos ciclos. Si nuestro universo fuese pulsante, debería ser muchísimo más viejito que la edad que se le calcula de unos 13.700 millones de años, ya que los seguidores de este modelo calculaban para él 10.000 millones de años, cálculo que sólo medía el tiempo transcurrido desde el inicio del último ciclo de expansión.

    Según esta teoría, antes de este ciclo que estaríamos viviendo, habría existido un universo muy semejante al actual, y que, después de haberse expandido, se contrajo y formó el «ylem» o gran átomo primigenio. En cada cielo se producirían colapsos gravitacionales de conjuntos que se comprimen en sí mismos y disipan de nuevo toda su masa en forma de energía, para volver posteriormente a materializarse. Podría haber sucedido también que presiones internas hubieran frenado las contracciones y, antes del aniquilamiento atómico, hubiesen provocado explosiones directamente materiales. En ambos casos se trataría de una sucesión de fenómenos semejantes, trabajando en sistema cerrado dentro de un universo pulsante, o, más poéticamente, en un eterno retorno, sin fin dentro del tiempo, pero cuyo límite espacial quedaría fijado por las más lejanas regiones hasta donde las explosiones logren llegar para detenerse y transformarse en contracciones.

    Pero este modelo de universo pulsante, más allá de su posible violación a la segunda ley de la termodinámica, cayó en desgracia cuando el trabajo teórico de Roger Penrose y Stephen Hawking, ambos en la Universidad de Cambridge en ese momento, probó que no existía ningún mecanismo plausible capaz de producir pulsaciones. En términos específicos, Penrose y Hawking demostraron que el universo debía haberse originado a una densidad muchísimo mayor de la que se había contemplado y propuesto para el «rebote» de cada ciclo de un universo pulsante. En realidad, el trabajo de Penrose y Hawking no eliminó los universos pulsantes; simplemente suprimió todos los modelos existentes de universos pulsantes u oscilantes, anulando de este modo la justificación científica para tenerlos en consideración.

    Pero como muchas de las ideas en física, con el tiempo reflotan con nuevas argumentaciones. En octubre del año 2006, los físicos Paul Frampton, Louis J. Rubin Jr. y Lauris Baum, publicaron en el Physical Review, una nueva formulación para el modelo pulsante. En ella, propugnan cuatro nuevos conceptos claves que volverían al tapete de la discusión a este modelo, ellos son: expansión, vuelta, contracción y rebote.

    El universo, en su fase de expansión, la energía oscura que se sabe que contiene, y que actúa como una fuerza que hace que el universo se expanda aceleradamente, espolea a los fragmentos de materia alejándolos entre sí formando «aislados aglomerados» con el material que empuja a su paso. Al finalizar la fase, todos los objetos que cohabitan en el espacio, desde agujeros negros a átomos, se desintegrarían. Una vez, finalizada la fase, el actual tiempo llegaría a su fin, para dar comienzo a la vuelta de un nuevo inicio de éste.

    En la fase de la vuelta, cada uno de los elementos que contiene el universo colapsan y se contraen individualmente. En esto, la teoría difiere con la del Big Bang: en lugar de volver y aglutinarse en uno solo punto, se formarían infinitas aglomeraciones separadas de materia, las cuales al expandirse luego del rebote formarían nuevos universos. Uno de esos aglomerados podría ser el embrionador de nuestro universo.

    Se trataría de un ciclo que ocurriría una infinidad de veces, lo cual eliminaría el concepto de principio o final del tiempo, por lo que, no quedaría lugar para que haya existido un Big Bang. Para los autores de la idea, sus propugnaciones no violarían los principios de la termodinámica, con lo que le da viabilidad a que se considere al modelo de universo pulsante, con esta corrección, como una factibilidad realista.

    Primero, los cosmólogos ofrecieron un modelo de universo pulsante oscilante en la década de 1930, como alternativo al Big Bang, sin principio ni fin. Pero como lo mencionamos, dicha idea fue cuestionada debido a que no se conciliaba con las leyes de la física, incluyendo en ello, en espacial, a la segunda ley de la termodinámica, la cual establece que la entropía, como una medida de la magnitud de grado de desorden, no puede ser destruida. Pero si se produce un incremento de la entropía de una pulsante oscilación a la siguiente, el universo se iría volviendo cada vez más grande en cada uno de los ciclos. En otras palabras: el universo crecería como una galopante bola de nieve. Por otro lado, cada pulsante oscilación sucesivamente irían también tomando más tiempo en la medida que se irían produciendo. Por su parte, si se extrapola retrospectivamente en el tiempo las pulsantes oscilaciones, entonces éstas habrían sido cada vez más cortas, lo que implica a que ello conduce inevitablemente a un Big Bang.

    Pero como la idea de los propugnadores de esta nueva versión de la teoría del universo pulsante es la de eludir el Big Bang, ellos postulan que cualquier resto de entropía es una remota modificación para que coexista interacción. Por ello, consideran que cualquier casual modificación llega a universos separados, cada uno de ellos esencialmente vacíos de materia y entropía. Lo medular es, de que no exista materia alguna que cree insuperables dificultades con la contracción. La idea de volver al vacío es el argumento más importante de este nuevo modelo cíclico.

    También es clave dentro de las argumentaciones de la tesis de Frampton, Rubin y Baum, un supuesto matemático acerca de la presión y densidad de la energía oscura en la ecuación de estado. Ellos asumen que la energía oscura en la ecuación de estado es siempre inferior a –1. Lo último, los diferencia de lo propuesto en el año 2002 por los físicos Paul Steinhardt y Neil Turok, quienes en su trabajo sobre un modelo cíclico semejante, asumen que en la ecuación de estado dicha energía no es nunca inferior a –1.

    Una ecuación de estado negativa le permite, a los propugnadores de esta nueva idea sobre el modelo de universo pulsante, detener la aparente irreversible expansión del universo, el llamado big rip por los físicos. En una ecuación de estado con esas características matemáticas, permite que la densidad de la energía oscura se vuelva igual a la del universo, con lo que la expansión matemáticamente se detiene justo antes del Big Rip.


      Fecha y hora actual: Lun Dic 05, 2016 4:34 pm