¿es predecible el final del universo?

8/17/2019 ¿Es predecible el final del Universo?

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¿ES PREDECIBLE EL FINAL DEL UNIVERSO?

JESSICA IVETTE MERCADO TORRES

PRESENTADO A JUANITA FARIDE BARRIOS BOLADO

UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE MÉXICO ASPIRANTE A LA LICENCIATURA DE MATEMÁTICAS

TAMPICO, TAMAULIPAS2016


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A mis padres

Virginia Torres Hernández y Adan Mercado Gudiño

Por su amor y apoyo incondicional,

A la memoria de quienes no están conmigo físicamente.

Para los que están y han confiado en mí desde siempre.

A quien jamás me abandona…

“No tengas miedo, porque yo estoy contigo;

No te desalientes, porque yo soy tu Dios.

Te daré fuerzas y te ayudaré;

Te sostendré con mi mano derecha victoriosa”

Isaías 41:10


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Índice General

¿Es predecible el final del Universo? .............................................................................. 5

1 Introducción .............................................................................................................. 5

2 Big Bang, el origen .................................................................................................. 6

3 El Universo en constante expansión ........................................................................ 7

4 Galaxias alejándose ................................................................................................ 7

5 ¿La expansión continuará? ..................................................................................... 8

6 ¡El Universo se expande aceleradamente! .............................................................. 9

7 La misteriosa Energía Oscura ............................................................................... 11

8 El final de la Historia .............................................................................................. 12

9 Conclusiones ......................................................................................................... 13

10. Para saber más…................................................................................................ 14

Referencias ................................................................................................................... 15


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Índice de Figuras

Figura I Ilustración que detalla el inicio del Big Bang. ..................................................... 6

Figura II Representación de la expansión constante. ..................................................... 7

Figura III Corrimiento al rojo. ........................................................................................... 8

Figura IV Ciclo de una Supernova de tipo Ia. ................................................................ 10

Figura V Representación de la expansión acelerada. ................................................... 12

Figura VI El Big Rip. ...................................................................................................... 13

Índice de Tablas

Tabla 1 ............................................................................................................................ 9


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¿Es predecible el final del Universo?

“ Equipado con sus cinco sentidos, el Hombre explora el Universo que lo rodea y a sus

aventuras las llama: Ciencia” Edwin Powell Hubble

1 Introducción

Desde el principio de los tiempos, la humanidad ha sido espectadora del Universo, esegrandioso escenario que nos rodea. ¿Qué lo hace tan especial para ser fuente deinspiración y de estudio? El universo es un lienzo oscuro donde los planetas exhibensus colores y texturas, donde se postran un sinfín de estrellas que iluminan con subrillo, donde las galaxias nos brindan su compañía, donde las nebulosas nos asombran

con su difusa y bella apariencia. Es su encanto y misterio lo que nos maravilla e incita aconocer más de él.

¿Cuánto mide el Sol?, ¿cuál es la distancia de la Tierra a Saturno?, ¿cuántas Estrellashay?, ¿Hay vida en otras galaxias?, ¿desde cuándo existe el Universo?... infinidad depreguntas, numerosas teorías, cuantiosos cálculos, y muy pocas respuestas. Así deenigmático y fascinante es el Universo.

El Universo tiene su origen desde hace miles de millones de años, no se sabeexactamente cómo ni cuándo fue que sucedió, pero lo que ahora sabemos es que haido evolucionando constantemente. Lo que conocemos actualmente, ha sido

descubierto con el paso del tiempo a base de estudios e investigaciones científicas y sehan ido generando hipótesis y teorías acerca de este inicio. Holder (2007) afirma:

La amplia mayoría de los cosmólogos acepta que el universo comenzó enun estado denso y caliente hace unos 14.000 millones de años. De laexpansión y enfriamiento de la primigenia bola de fuego surgieron lasgalaxias, las estrellas y los planetas del universo, tal y como losobservamos hoy en día. Este es el modelo estándar del origen deluniverso en el Big Bang. (p.1)

Dicha expansión, pareciera ser a la vez el mayor inconveniente para la existencia delUniverso, debido a que continúa y cada vez con mayor velocidad.

Este trabajo respalda a base de fuentes fidedignas lo publicado por Régules (2003),quien dice que “el 75% del Universo está hecho de una forma de energía nunca antesdetectada, que produce repulsión gravitacional y acelera la expansión delUniverso”(p.10).


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2 Big Bang, el origen

Entre la primera y segunda década del siglo XX, Einstein a través de la Teoría Generalde la Relatividad, manifestó que la materia, la energía, el espacio y el tiempo delUniverso fueron comprimidos en un punto en el pasado, en un tiempo finito, indicando

que el Universo tuvo un principio y tendría un fin; en los años veinte del mismo siglo, elSacerdote belga George LeMaître, postuló que el origen se debió a una enormeexplosión; Friedman propuso un período de inflación post explosión; Hubble confirmó laexpansión debido a sus observaciones en 1929; finalmente, en los años treinta, GeorgeGamow propuso el término Big Bang (Eng, 2014).

Figura I Ilustración que detalla el inicio del Big Bang, así como su evolución desde el primer segundo de

la explosión hasta la actualidad. Pics about space. Reimpreso con permiso.

Antes del Big Bang, según los científicos, la inmensidad del universoobservable, incluida toda su materia y radiación, estaba comprimida enuna masa densa y caliente a tan solo unos pocos milímetros de distancia.Este estado casi incomprensible se especula que existió tan sólo unafracción del primer segundo de tiempo.

Los defensores del Big Bang sugieren que hace unos 10.000 o 20.000millones de años1, una onda expansiva masiva permitió que toda la

energía y materia conocidas del universo (incluso el espacio y el tiempo)surgieran a partir de algún tipo de energía desconocido.

La teoría mantiene que, en un instante (una trillonésima parte de unsegundo) tras el Big Bang, el universo se expandió con una velocidad

1 La edad base del Universo para este artículo es considerada de 14 mil millones de años.


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incomprensible desde su origen del tamaño de un guijarro a un alcanceastronómico. (National Geographic, s.f.)

Tal acontecimiento tuvo una duración entre 10−35 y 10− segundos, tiempo tanbrevísimo que produjo el inverosímil crecimiento del espacio a un factor de 1026 o más

(Figueroa y García, 2012).

Designado este acontecimiento como modelo inflacionario, Régules (2003) hacehincapié en la importancia que éste conlleva en el futuro del Universo.

3 El Universo en constante expansión

Edwin Hubble fue un astrónomo estadounidense considerado fundador de laastronomía extragaláctica, gracias a importantes aportaciones como el descubrimientode que algunas nebulosas en realidad eran galaxias, también demostró que el Universoes homogéneo, y principalmente, expuso las primeras evidencias de que el Universo seexpande (Fierro,1999).

“En 1929, Hubble descubrió que nuestro universo se expandía. Demostró que cuanto

más alejada de nosotros esté una galaxia, más deprisa se separa de nosotros. A estarelación velocidad-distancia se la llama hoy ley de Hubble” (Freedman, 2004, p.38).

Figura II Representación donde se muestra que a partir del Big Bang, el Universo ha seguido unaconstante expansión, que además crece con respecto al tiempo. Espacial.org. Reimpreso con permiso.

Pero, ¿en qué se basó Edwin Hubble para llegar a esta conclusión?

4 Galaxias alejándose

Régules (2003) expone en su publicación que Hubble, durante su análisis a lasnebulosas espirales (ahora llamadas galaxias), realizó comparaciones con estudios deotros astrónomos a cerca de la velocidad de las galaxias. Descubrió que se puede


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conocer la velocidad con que una galaxia se aleja mediante la luz que emite, ya quetoma un color rojo que se vuelve más intenso cada vez que se aleja. A esta técnica sele denomina corrimiento al rojo. “Consiste en observar el cambio que sufre la frecuencia

de la luz (radiación electromagnética) emitida por la galaxia que llega a la Tierra”(Moreno y García, 2007, p.96).

Figu ra III Del lado izquierdo de la figura se observa con color azul y mediante una flecha el acercamientode una galaxia hacia la Tierra (corrimiento al azul). Del lado izquierdo, con color rojo se muestra elalejamiento de una galaxia con respecto a la Tierra (corrimiento al rojo). Astrodidáctica. Reimpreso conpermiso.

Al observar las galaxias, se encuentra que cuánto menor es el tamañoaparente, tanto mayor es el corrimiento al rojo. La deducción fue que amayor distancia, las galaxias se alejan con mayor velocidad. Así surgió la

idea de la expansión del universo. Pero algo que se expande, en elpasado debió iniciar la expansión desde un lugar. En base a la velocidadde explosión y la distancia entre las galaxias, se calculó que hace 13.5 milmillones de años2 todas las galaxias partieron desde un mismo lugar,donde de alguna manera, apareció toda la materia que hoy compone alas galaxias. (Sullos, 2012)

Si bien es cierto que la expansión inició con el Big Bang, no se conoce exactamente enqué punto tuvo origen.

5 ¿La expansión continuará?

La siguiente tabla resume las posibilidades que Régules (2003) plantea en supublicación:

2 En este artículo es tomada como referencia la edad del Universo de 14 mil millones de años.


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Tabla 1Posibilidades del modelo inflacionario

Si el espacio… La densidad de materia y

energía es:…entonces, la expansión del

Universo

Tiene curvatura Negativa Poca Continúa

Es Plano (en referencia a lageometría euclidiana)

Ni mucha ni poca Continúa

Tiene curvatura Positiva Mucha Se detiene y se invierte

Predicciones del modelo inflacionario que describen el posible futuro del Universo

Régules (2003) también hace mención que a mediados de los 90’s se formuló efectuarestudios de radiación de fondo3 para comprobar que el Universo tiene suficientemateria y energía para considerarlo “plano”, es decir, que la expansión se vadeteniendo sin nunca parar. Sin embargo, el recuento del contenido de materia y

energía fue insuficiente para poder llevarlo a cabo.

Debido a que sólo se registró el 25% de materia y energía, surgió la duda de dónde seencontraba el 75% restante.

6 ¡El Universo se expande aceleradamente!

En 1988 Saul Perlmutter, quien lideraba el Proyecto de cosmología consupernovas (Supernova Cosmology Project) y, el equipo de Brian Schmidty Adam Riess, quienes iniciaron un proyecto similar en 1994, de laBúsqueda de Supernovas a Alto Corrimiento al Rojo (High-z Supernova

Search Team) esperaban encontrar, y medir, la desaceleración deluniverso. Para ello fueron a la caza y captura de las supernovas de tipo Iamás lejanas de nosotros, con distancias de hasta seis mil millones deaños luz, con el objetivo de medir la distancia hasta ellas de modo muypreciso.

¿Por qué usar supernovas de tipo Ia? Las supernovas de tipo Ia resultande la muerte de una clase de estrellas conocidas como enanas blancas ycuyo final es explosivo. Pero lo que las hizo cruciales para el objetivo dePerlmutter, Schmidt y Riess era que el brillo intrínseco de las explosiones

de supernova de tipo Ia es prácticamente el mismo, ya que todas estassupernovas explotan con una masa característica, conocida como el

3 Torres (s.f.) define radiación de fondo como la radiación electromagnética remanente de las primerasetapas del universo cuando este era un plasma de protones, electrones y fotones. En la literaturacientífica (en inglés) se usa “cosmic background radiation” o CBR para referirse al fondo de radiaciónproveniente del big bang. En español se usan varias traducciones, entre ellas “f ondo cósmico demicroondas” o “radiación cósmica de fondo (RCF)” las más comunes.


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límite de Chandrasekhar, y que equivale a 1,44 veces la masa del Sol.Esto las convierte en “candelas estándar”, y constituyen un excelentepatrón para medir distancias. Si conocemos la distancia a una de estassupernovas, aplicando la ley que establece que el brillo disminuye con elcuadrado de la distancia podemos obtener las distancias a todas las

supernovas.

Pero, ¿cómo medir esa aceleración o desaceleración del universo,midiendo solo distancias a las supernovas? Como el brillo intrínseco delas supernovas Ia es el mismo, la distancia a las supernovas vienedeterminada por el brillo aparente que medimos con los telescopios. Deeste modo, Perlmutter, Schmidt y Riess midieron el brillo aparente desupernovas muy lejanas, lo que directamente les daba las distancias a lasmismas. Perlmutter, Schmidt y Riess esperaban encontrar evidencias deque vivíamos en un universo donde la proporción de materia era tan

grande que frenaba su expansión. Para ello, las supernovas observadastendrían que haber sido muy brillantes, ya que al desacelerarse laexpansión del universo la distancia a las supernovas sería menor que si eluniverso no se hubiera frenado. Sin embargo, lo que encontraron fue justolo contrario: el brillo de las supernovas más lejanas era más débil delesperado. Tan débil que las distancias eran incluso mayores que las queesperaríamos si el universo no se hubiera frenado. Por tanto, laexpansión del universo tenía que estar acelerándose. (Pérez, 2012, pp. 2-3)

Figura IV Ciclo por el que pasa una Supernova de tipo Ia. Taringa. Reimpreso con permiso.


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Para poder explicar estos resultados, debe existir algo que se oponga a la acción de lagravedad de Einstein, un fluido cósmico repulsivo que aporte energía del vacío deorigen misterioso al que se le ha nombrado energía oscura (González, 2006).

7 La misteriosa Energía Oscura

Kaku (2010) asevera:

Cuando los científicos han analizado los datos procedentes de satélitesque están actualmente en el espacio, como el satélite WMAP4, hanllegado a la sorprendente conclusión de que un 75 por ciento del universoestá hecho de “energía oscura”, la energía de un vacío puro. Esto

significa que el mayor reservorio de energía en todo el universo es elvacío que separa las galaxias en el universo. (Esta energía oscura es tancolosal que está apartando a unas galaxias de otras, y con el tiempo

puede desgarrar al universo en un big freeze5

). (p. 285)¡Así es como se supo que el 75% de energía faltante provenía de esta energía oscura!¡Energía responsable de la expansión acelerada del Universo!

Posiblemente existan muchos tipos de energía oscura. Pero la descripción más populares la conocida como “Quintaesencia”.

A semejanza del quinto elemento añadido por los filósofos griegos de la Antigüedad para establecer el constituyente del mundo supralunar, laquintaesencia permitiría, junto con la materia visible y la materia oscura,

una descripción completa del contenido energético del universo. Por lonormal, la quintaesencia se representa como un campo sencillo, que entérminos técnicos se denomina campo escalar, φ, o como un fluido

perfecto caracterizado por una presión negativa, P, y una densidad deenergía positiva, ρ.

…P y ρ pueden, a su vez, definirse en función del campo φ y se

relacionan entre sí por medio de un parámetro constante, ω, según dictala ecuación de estado para la energía oscura del universo, = ω × ρ.

… Esta fórmula constituye toda la información que necesitamos paradeducir de manera razonablemente aproximada el curso evolutivo deluniverso. (González, 2006, p.55)

4 La Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) es una sonda de la NASA cuya misión es estudiarel cielo y medir las diferencias de temperatura que observan en la radiación de fondo de microondas. Suobjetivo es comprobar las teorías sobre el origen y evolución del universo. (Wikipedia, 2015)5 La Teoría del Big Freeze o la Gran Congelación proviene de la termodinámica y se basa en laconstante expansión del cosmos donde el Universo podría afrontar la muerte térmica. (RT, 2015)


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Figura V Representación de la acelerada expansión del Universo debido a la energía oscura. Del ladoderecho se muestra gráficamente la constitución porcentual del universo. Taringa. Reimpreso con

permiso.

Señala Régules (2003) que la presencia de la energía oscura altera la informaciónobtenida con relación al pasado, que si bien no se suponía exacta, era tomada comoreferencia. Un ejemplo expuesto es que la edad del Universo en realidad es mayor a laque se creía.

¿Qué le espera al Universo en un futuro?

8 El final de la Historia

En su artículo, González (2006) habla del trabajo realizado en los últimos años dondese ha tratado de determinar o acercarse al valor del parámetro ω de la ecuación deestado del universo. Por ahora, se podría enunciar que los valores corresponden a uncampo de quintaesencia para valores de ω menores que -0,8, que incluye a laconstante cosmológica. El intervalo -1,4 < ω


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Si existiera alguna civilización en alguna estrella de nuestra Vía Láctea ode otra galaxia por entonces, observaría primero cómo la Vía Láctea, o lagalaxia correspondiente, desaparecería más allá de su horizonte; luegovería desaparecer su sol y sistema planetario, después su propio planetase esparciría por el infinito,… y así hasta que las mismas partículas

elementales que formaran los cuerpos de los individuos de esta hipotéticacivilización se alejasen distancias infinitas entre sí, inmediatamente antesdel ocaso definitivo (big rip), después del cual nada quedaría del universo.(p.56)

Figura VI El Big Rip tendría lugar aproximadamente en 22.000 millones de años, terminando con todo loexistente en el Universo. ScienceDaily. Reimpreso con permiso.

9 Conclusiones

Posterior al descubrimiento de la energía oscura podemos hacernos a la idea de quenuestro Universo está expandiéndose cada vez con mayor velocidad, y tal como loescribió Régules en su artículo, habrá que esperar el fin que terminará con cadapartícula que hoy existe . Si bien es verídica esta teoría, la civilización actual no tiene

porqué preocuparse por este suceso, ni por su descendencia, ya que faltan miles demillones de años para que esto ocurra.

La composición de esta energía oscura se desconoce hasta el día de hoy. Quizás esuna energía que debe permanecer así, anónima, sin ser vista ni palpada, con el simplepropósito de dar un fin a lo que alguna vez tuvo un inicio.


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10. Para saber más…

Visite el sitio en la URL, donde lo llevará al documental “El universo: Materia oscura,energia oscura” de History (2009).

http://www.ver-documentales.net/el-universo-materia-oscura-energia-oscura/ En él podrá escuchar las opiniones de importantes científicos, hablando del pasado y elfuturo del Universo, implicada la materia y energía oscura.

http://www.ver-documentales.net/el-universo-materia-oscura-energia-oscura/http://www.ver-documentales.net/el-universo-materia-oscura-energia-oscura/http://www.ver-documentales.net/el-universo-materia-oscura-energia-oscura/


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Referencias

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¿es predecible el final del universo?

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