Hola a todos. Somos Jose y Valeria, dos alumnos de 1º de Bachillerato del IES Monte Castelo haciendo un trabajo para CMC (Ciencias para el Mundo Contemporáneo). A medida que vayamos avanzando en él, iremos actualizando esta entrada hasta que esté completa.
El trabajo que se nos ha encargado tiene como tema "La Singularidad", es decir, el momento que la ciencia denomina "t = 0", previo a la existencia del Universo en el que se supone que existía un agujero negro que más tarde se expandió (Big Bang) para dar lugar a toda la materia que compone las cosas que nos rodean.
Una singularidad, de modo informal y desde un punto de vista físico, puede definirse como una zona del espacio-tiempo donde no se puede definir alguna magnitud física relacionada con los campos gravitatorios, tales como la curvatura, u otras. Las singularidades pueden ser, en sus aspectos más generales:
- Singularidades temporales, en la que una partícula deja de existir por cierto instante de tiempo; dependiendo de su velocidad, las partículas rápidas tardan más en alcanzar la singularidad mientras que las más lentas desaparecen antes. Este tipo de singularidad son inevitables, ya que tarde o temprano todas las partículas deben atravesar la hipersuperficie temporal singular.
- Singularidades espaciales, al ser hipersuperficies espaciales una partícula puede escapar de ellas y por tanto se trata de singularidades evitables.
Curiosamente, la expresión Big Bang proviene -a su pesar- del astrofísico inglés Fred Hoyle, uno de los detractores de esta teoría y, a su vez, uno de los principales defensores de la teoría del estado estacionario, quien en 1949 durante una intervención en la BBC dijo, para mofarse, que el modelo descrito era sólo un big bang (gran explosión). No obstante, hay que tener en cuenta que en el inicio del Universo ni hubo explosión ni fue grande, pues en rigor surgió de una singularidad infinitamente pequeña, seguida de la expansión del propio espacio.
Una consecuencia de todos los modelos de Big Bang es que, en el pasado, el Universo tenía una temperatura más alta y mayor densidad y, por tanto, las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del Universo pasado. A partir de este modelo, George Gamow en 1948 pudo predecir que debería de haber evidencias de un fenómeno que sería bautizado como radiación de fondo de microondas y del que hablaremos más adelante.
Así, el universo es el resultado de una expansión del Espacio-Tiempo a partir de una singularidad.
Tal expansión se hizo a una velocidad situada entre la velocidad de la luz (c) y 1000c, es decir 1000 veces la velocidad de la luz.
Una consecuencia de todos los modelos de Big Bang es que, en el pasado, el Universo tenía una temperatura más alta y mayor densidad y, por tanto, las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del Universo pasado. A partir de este modelo, George Gamow en 1948 pudo predecir que debería de haber evidencias de un fenómeno que sería bautizado como radiación de fondo de microondas y del que hablaremos más adelante.
Así, el universo es el resultado de una expansión del Espacio-Tiempo a partir de una singularidad.
Tal expansión se hizo a una velocidad situada entre la velocidad de la luz (c) y 1000c, es decir 1000 veces la velocidad de la luz.
De esta velocidad inicial depende el futuro de nuestro universo :
- Si la energía cinética domina, el universo al refriarse conocerá una expansión sin fin.
- Si la energía potencial domina, la atracción gravitacional llevará el universo hacia un Big Crunch. Una vuelta hacia la singularidad inicial.
En los pocos segundos que siguieron al Big Bang, las reacciones nucleares sintetizaron practicamente la totalidad del helio y del hidrógeno del universo. La energía que dio lugar a estos procesos provocó lo que se conoce como radiación cósmica de fondo o radiación de microondas y que aún a día de hoy es detectada por los aparatos. La siguiente página muestra un mapa de la radiación cósmica de fondo, además de una gráfica de su espectro:
http://astroverada.com/_/Main/T_cmb.html
¿Qué pasó en concreto en esos segundos después del Big Bang?
¿Qué pasó en concreto en esos segundos después del Big Bang?
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- Era Hadrónica
- ~10-6 s. Empieza la aniquilación de electrones y positrones.
- ~10-5 s. Recombinación de los hadrones. Se forman protones y neutrones a partir del plasma original de quarks y gluones.
- ~10-4 s. Los neutrinos empiezan a viajar libremente.
~0.0001 segundos después del Big Bang. El universo se ha enfriado hasta 1013 grados. Los antiprotones aniquilan los protones produciendo una gran cantidad de fotones por cada protón y neutrón superviviente. Podemos decir que a partir de este momento el escenario está perfectamente descrito por física estándar.
- Era Leptónica
- ~1 segundo después del Big Bang la temperatura desciende hasta los 1010 grados. La proporción protones/neutrones es de 6 a 1. El universo ha crecido hasta algunas decenas de años luz.
- Nucleosíntesis
- ~100 segundos después del Big Bang. La temperatura es de mil millones de grados. Los electrones y positrones se aniquilan mutuamente para crear más fotones, mientras protones y neutrones se combinan formando deuterones. Casi todo los deuterones se combinan para producir núcleos de helio. El resultado final es un fracción en masa de 3/4 de núcleos de hidrógeno y 1/4 de helio, quedando sólo una fracción deuterio/hidrógeno de 30 partes por millón. La cantidad de fotones por nucleón es de unos dos mil millones.
- ~Un mes después del Big Bang los procesos que convierten la radiación en perfectamente térmica con un espectro de cuerpo negro se producen más lentamente que la propia expansión del universo. El fondo cósmico de microondas mantiene información de esta época.
- ~10,000 años después del Big Bang la temperatura ha caído hasta unos 25,000 grados. Las irregularidades producidas por la materia oscura pueden empezar a colapsar para formar las semillas gravitatorias de las estructuras galácticas.
- Unos 300,000 años después del Big Bang la temperatura cae hasta unos 3500 grados. Los electrones y protones se combinan formando átomos de hidrógenos y la radiación se va poco a poco desacoplando de la materia hasta que ésta puede viajar libremente cuando la temperatura cae hasta unos 3000 grados. La materia bariónica ordinaria (formada por protones y neutrones) puede caer hacia los cúmulos de materia oscura. Estas irregularidades quederán plasmadas en el fondo cósmico de microondas. Era de las galaxias
- ~100-200 millones de años después del Big Bang se forman las primeras estrellas. Se sintetizan los primeros elementos pesados (carbono, oxígeno, nitrógeno, silicio, magnesio y hierro) que son esparcidos por el espacio por las explosiones de estas estrellas moribundas en forma de supernovas.
- Se empiezan a formar las galaxias como agrupamientos de materia oscura. Estrellas y gas se acumulan en estos agrupamientos.
- Se forman los cúmulos de galaxias.
- Hace 4600 millones de años se forman el Sistema Solar y el Sol.
- Hace 3500 millones de años, aparecen las primeras formas de vida de las que se tiene noticia.
- Hoy en día: 12-15 mil millones de años después del Big Bang. La temperatura típica es de 2.725 grados por encima del cero absoluto. La esfera de 10-33 cm en el tiempo de Planck se ha convertido en una esfera que abarca unos 1029 cm (unos 100,000 millones de años luz), mayor que el universo observable .
De la singularidad inicial también se desprendieron todas las dimensiones que componen el universo actual y que en apariencia no se limitan a las cuatro observables que conocemos (alto, largo, ancho y tiempo). Como su explicación es muy compleja, consideramos más conveniente ejemplificarla con un par de vídeos que lo reflejan de forma muy sencilla:
Si se desea una explicación escrita, en la siguiente página un usuario hace una exposición clara y cercana acerca de las once dimensiones:
http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090713172606AABYkQQ
En resumen, cada dimensión sería el resultado de hacer un nuevo movimiento, o de "subir un nivel" en la escala de materia.
En resumen, cada dimensión sería el resultado de hacer un nuevo movimiento, o de "subir un nivel" en la escala de materia.
Para finalizar y agradeciendo a los lectores el haberse tomado la molestia de consultar nuestro trabajo, os presentamos otra visión "literaria" de las once dimensiones del Universo:
¡Y eso es todo! Una vez más, gracias por leer el trabajo. Esperamos haber aclarado las posibles dudas sobre el tema sin resultar aburridos.
BIBLIOGRAFÍA
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