Buenas, voy a empezar rindiendo un homenaje a un científico un tanto olvidado: Georges Lemaitre.
Lemaitre fue unos de los primeros cosmólogos modernos. Intentando reconciliar las soluciones cosmológicas de Einstein y De Setter, desarrolló el primer modelo dinámico del universo. Los resultados los presentó en 1927 en los Anales de la Sociedad Científica de Bruselas en el artículo titulado "Un univers homogêne de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques"
Fijaros en las siguientes fechas y descubrimientos:
- Lemaitre ya habla de galaxias por que en 1925 Hubble (todo un personaje), había determinado la distancia a nebulosas espirales lejanas y había establecido que se encontraban fuera de la Vía Láctea (idea propuesta en 1917 por Heber Curtis). Hay que recordar que sin el trabajo previo de Herietta Leavit en 1908 sobre el estudio de las variables cefeidas, Hubble no habría podido medir tales distancias. Lemaître también conoce el "corrimiento al rojo" de las nebulosas espirales lejanas anunciado por Slipher en 1914 en un conferencia ante la Sociedad Astronómica Americana.
- Transcurridos 15 años después de haber asistido a la conferencia de Slipher, el abogado reconvertido a astrónomo Edwin Hubble, aprovechando el telescopio Hooker de 2,5metros y la extraordinaria capacidad de su asistente Humason de obtener espectros de alta calidad, publica en 1929 el postulado de la Ley de Hubble (se olvida del apellido de su compañero). En este postulado se establece una relación directa (lineal) entre la distancia a las galaxias lejanas y su velocidad de retroceso, demostrando que el universo está en expansión. Pero llega un poco tarde, ya que 2 años antes lo había postulado Lemaître de forma teórica.
- Al científico Belga como es sacerdote nadie le hace caso, pero al señor Hubble sí (solo tuvo que atar unos cabos para desarrollar su ley de expansión). Así en 1930 Eddington declara ante la Real Sociedad Astronómica de Londres que aún no había sido posible obtener una solución a las ecuaciones de la Relatividad General que se ajustaran con las observaciones. Indignado Lemaître envía los resultados de su publicación de 1927 a Eddington y ese mismo año De Setter reconoce la importancia del trabajo de Lemaître. En 1935 lo reconoce el propio Einstein.
Después de muchos años de refinamientos de la teoría de Lamaitre, ridiculizada en 1948 como teoría del “Big Bang”, tras el éxito de la inflación de Guth y Linde (modelo propuesto en 1981) el cosmólogo Belga sigue siendo ese gran desconocido. ¿Os imagináis haber ignorado la figura de Copernico en la concepción actual del sistema solar por el simple hecho de haber sido un monje polaco?
Tributo a Lemaitre
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sacastello
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Re: Tributo a Lemaitre
Super-interesante. Esta entrada del foro debería convertirse en un artículo para el Fosc. Además podría ser un artículo periódico.
Re: Tributo a Lemaitre
Gracias.
Bueno, sigo posteando algunas notas sobre cosmología. En concreto sobre la teoría del estado estacionario o cosmología de la creación continua
Fué formulada originalmente en 1948 por el físico-matemático británico de origen austriaco Hermann Bondi y el astrofísico británico también de origen austriaco Thomas Gold. Posteriormente ampliada por el astrofísico británico Fred Hoyle.
Frente al modelo de universo en expansión de Lemaître que implica la existencia en el origen del mismo de un “átomo primitivo”, tras la Segunda Guerra Mundial estos tres científicos, aplicando el denominado “principio cosmológico perfecto”, deciden resucitar la vieja idea de un universo uniforme, homogéneo e isótropo en el espacio y en el tiempo. Es decir, así como a gran escala una región del universo es semejante a otra, del mismo modo su apariencia ha tenido que ser la misma en cualquier época ya que el universo existe desde un tiempo infinito y siempre existirá.
El universo es por tanto eterno y, aunque se halla en expansión, siempre ha permanecido igual fuera cual fuera la región del espacio que observemos. Esto es así porque se crea materia continuamente a través del denominado campo C, de manera que la nueva materia creada va ocupando el espacio dejado por las galaxias en expansión. La disminución de la densidad que produce el universo al expandirse se compensa con la creación continua de materia, por lo que el valor de la misma permanece constante. Ya no es necesario que el universo en expansión nazca a partir de un “átomo primitivo” tras un “Big Bang” (termino humorístico acuñado por Hoyle en un programa radiofónico de la BBC el 29 de marzo de 1949).
Aunque en principio hace innecesario plantearse que hubo antes y que habrá después, hace sin embargo una serie de predicciones muy concretas. Estas predicciones pueden resumirse de la siguiente forma: 1) Creación continúa de materia a partir del campo C; 2) Universo uniforme, homogéneo e isótropo en espacio y tiempo; 3) Debido a la ausencia de “Big Bang” no existe una radiación de fondo residual.
Paradojas del destino, cuando Bondi, Gold y Hoyle se esfuerzan por desacreditar en 1948 el modelo de Lemaître, el astrofísico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow retoma el problema del “átomo primitivo”, y propone un modelo de la explosión de un “Ylem” que explicaba la formación y proporción de los elementos ligeros en el universo. Considerando que alrededor del primer segundo de vida toda la materia observada estaba comprimida en un plasma denso a una temperatura de 10.000 millones de grados Kelvin, a medida que el universo se iba enfriando la abundancia de hidrógeno, deuterio, helio y litio variaba en 10 ordenes de magnitud (el 25% de los protones y neutrones terminan formando helio y 1 de cada 10.000 millones termina dentro de un núcleo de litio).
Esta es una de las predicciones más famosas que corrobora el “Big Bang”, ya que coincide, punto por punto, con las observaciones. Los cálculos, sin embargo, abren un gran interrogante: la densidad inicial de protones y neutrones da cuenta de aproximadamente el doble del material que puede verse en estrellas y gas caliente (relación 2 a 1), por lo que debe de haber algo más. ¿Dónde está el resto de partículas? En 1933 el astrónomo estadounidense Fritz Zwicky, analizando el movimiento relativo de las galaxias en el cúmulo de Coma determinó que su rápido desplazamiento debería haber destruido este cúmulo, salvo que existiese mucha más masa. Posteriormente, a mediados de los años 70 del siglo XX, la astrónoma estadounidense Vera Rubin, a partir de los valores de velocidad de rotación de la Vía Láctea, determina que existe mucha más masa que la asociada a todos los objetos visibles presentes en la misma (si se suma cuanta “materia oscura” tiene que existir se obtiene una relación 10 a 1). Las últimas mediciones astrofísicas, gracias al efecto de lente gravitacional (fenómeno descrito escuetamente en 1936 por Einstein), sugiere que la masa total de galaxias y cúmulos (y sus alrededores) representa tan solo el 30% del total de la masa necesaria para tener un universo plano (1% visible y 29% oscura).
Por supuesto, la “Teoría del estado estacionario” no es capaz de explicar la cosmogénesis de estos elementos. Gamow también predice además la existencia de la radiación de fondo cósmico de microondas (RFCM o CBM), como consecuencia del pasado extremadamente caliente.
El fuerte desarrollo tras la II GM de la radioastronomía permitió, a mediados de los años 60 del siglo XX, la detección de unos misteriosos y lejanísimos (antiquísimos) objetos: los cuásares. Estos objetos presentan en su espectro un corrimiento al rojo considerable, que va desde z=0,06 hasta un máximo de z=6,4. Se sitúan a distancias enormes de la Tierra, el más cercano a 780 millones de años/luz y el más lejano a 13.000 millones de años/luz (la mayoría se sitúan a más de 3.000 millones de años/luz). Aunque homogéneo e isótropo, la imagen del universo en su pasado distante resulta ser muy distinta a la imagen actual, por lo que se puso en entredicho la validez del “principio cosmológico perfecto”.
Sin explicar de forma satisfactoria que es el campo C, la formación de elementos ligeros en el universo temprano y la evolución temporal del aspecto del mismo, la “Teoría del estado estacionario” pronto empezó a languidecer. El golpe de gracia a este modelo vino en 1965 de la mano de dos físicos norteamericanos, Arno Allan Penzias y Robert Woodrow Wilson. Como había predicho Gamow en 1948, Penzias y Wilson descubren una radiación de fondo de microondas cuya existencia solo se justificaría con un pasado extremadamente caliente del universo.
Amenazo con continuar.....
Un saludo cordial,
Carlos
Bueno, sigo posteando algunas notas sobre cosmología. En concreto sobre la teoría del estado estacionario o cosmología de la creación continua
Fué formulada originalmente en 1948 por el físico-matemático británico de origen austriaco Hermann Bondi y el astrofísico británico también de origen austriaco Thomas Gold. Posteriormente ampliada por el astrofísico británico Fred Hoyle.
Frente al modelo de universo en expansión de Lemaître que implica la existencia en el origen del mismo de un “átomo primitivo”, tras la Segunda Guerra Mundial estos tres científicos, aplicando el denominado “principio cosmológico perfecto”, deciden resucitar la vieja idea de un universo uniforme, homogéneo e isótropo en el espacio y en el tiempo. Es decir, así como a gran escala una región del universo es semejante a otra, del mismo modo su apariencia ha tenido que ser la misma en cualquier época ya que el universo existe desde un tiempo infinito y siempre existirá.
El universo es por tanto eterno y, aunque se halla en expansión, siempre ha permanecido igual fuera cual fuera la región del espacio que observemos. Esto es así porque se crea materia continuamente a través del denominado campo C, de manera que la nueva materia creada va ocupando el espacio dejado por las galaxias en expansión. La disminución de la densidad que produce el universo al expandirse se compensa con la creación continua de materia, por lo que el valor de la misma permanece constante. Ya no es necesario que el universo en expansión nazca a partir de un “átomo primitivo” tras un “Big Bang” (termino humorístico acuñado por Hoyle en un programa radiofónico de la BBC el 29 de marzo de 1949).
Aunque en principio hace innecesario plantearse que hubo antes y que habrá después, hace sin embargo una serie de predicciones muy concretas. Estas predicciones pueden resumirse de la siguiente forma: 1) Creación continúa de materia a partir del campo C; 2) Universo uniforme, homogéneo e isótropo en espacio y tiempo; 3) Debido a la ausencia de “Big Bang” no existe una radiación de fondo residual.
Paradojas del destino, cuando Bondi, Gold y Hoyle se esfuerzan por desacreditar en 1948 el modelo de Lemaître, el astrofísico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow retoma el problema del “átomo primitivo”, y propone un modelo de la explosión de un “Ylem” que explicaba la formación y proporción de los elementos ligeros en el universo. Considerando que alrededor del primer segundo de vida toda la materia observada estaba comprimida en un plasma denso a una temperatura de 10.000 millones de grados Kelvin, a medida que el universo se iba enfriando la abundancia de hidrógeno, deuterio, helio y litio variaba en 10 ordenes de magnitud (el 25% de los protones y neutrones terminan formando helio y 1 de cada 10.000 millones termina dentro de un núcleo de litio).
Esta es una de las predicciones más famosas que corrobora el “Big Bang”, ya que coincide, punto por punto, con las observaciones. Los cálculos, sin embargo, abren un gran interrogante: la densidad inicial de protones y neutrones da cuenta de aproximadamente el doble del material que puede verse en estrellas y gas caliente (relación 2 a 1), por lo que debe de haber algo más. ¿Dónde está el resto de partículas? En 1933 el astrónomo estadounidense Fritz Zwicky, analizando el movimiento relativo de las galaxias en el cúmulo de Coma determinó que su rápido desplazamiento debería haber destruido este cúmulo, salvo que existiese mucha más masa. Posteriormente, a mediados de los años 70 del siglo XX, la astrónoma estadounidense Vera Rubin, a partir de los valores de velocidad de rotación de la Vía Láctea, determina que existe mucha más masa que la asociada a todos los objetos visibles presentes en la misma (si se suma cuanta “materia oscura” tiene que existir se obtiene una relación 10 a 1). Las últimas mediciones astrofísicas, gracias al efecto de lente gravitacional (fenómeno descrito escuetamente en 1936 por Einstein), sugiere que la masa total de galaxias y cúmulos (y sus alrededores) representa tan solo el 30% del total de la masa necesaria para tener un universo plano (1% visible y 29% oscura).
Por supuesto, la “Teoría del estado estacionario” no es capaz de explicar la cosmogénesis de estos elementos. Gamow también predice además la existencia de la radiación de fondo cósmico de microondas (RFCM o CBM), como consecuencia del pasado extremadamente caliente.
El fuerte desarrollo tras la II GM de la radioastronomía permitió, a mediados de los años 60 del siglo XX, la detección de unos misteriosos y lejanísimos (antiquísimos) objetos: los cuásares. Estos objetos presentan en su espectro un corrimiento al rojo considerable, que va desde z=0,06 hasta un máximo de z=6,4. Se sitúan a distancias enormes de la Tierra, el más cercano a 780 millones de años/luz y el más lejano a 13.000 millones de años/luz (la mayoría se sitúan a más de 3.000 millones de años/luz). Aunque homogéneo e isótropo, la imagen del universo en su pasado distante resulta ser muy distinta a la imagen actual, por lo que se puso en entredicho la validez del “principio cosmológico perfecto”.
Sin explicar de forma satisfactoria que es el campo C, la formación de elementos ligeros en el universo temprano y la evolución temporal del aspecto del mismo, la “Teoría del estado estacionario” pronto empezó a languidecer. El golpe de gracia a este modelo vino en 1965 de la mano de dos físicos norteamericanos, Arno Allan Penzias y Robert Woodrow Wilson. Como había predicho Gamow en 1948, Penzias y Wilson descubren una radiación de fondo de microondas cuya existencia solo se justificaría con un pasado extremadamente caliente del universo.
Amenazo con continuar.....
Un saludo cordial,
Carlos
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clabordena
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Re: Tributo a Lemaitre
Fascinante ! Gracias Carlos !!
Re: Tributo a Lemaitre
Gracias Carlos.
Como amenace con anterioridad, prosigo con el tema.......
Antes de presentar el denominado "modelo inflacionario", me gustaría dejar claro unos conceptos que creo resultan ser fundamentales.
Empecemos por el primero (y más peliagudo). La definición de "nada". ¿Que significado tiene?. Si en una región de espacio-tiempo eliminamos toda la materia y la radiación, por la teoría de campos, nos queda un vacio repleto de partículas virtuales que aparecen de la "nada" y, en un brevísimo intervalo de tiempo, vuelven a desaparecer. Nos quedan por tanto campos en su mínimo nivel de energía y el propio tejido espacio-temporal. Eliminemos esos campos y ese tejido. Si con anterioridad al "Big Bang" el denominado "campo del inflatón" se originó a partir de una fluctuación cuántica, sigue teniendo muy poco sentido apelar a la "nada" como principio.
Uno de los principales problemas de la cosmología actual es, precisamente, una adecuada definición de conceptos.
Seguidamente planteo alguno de ellos:
-Término cosmológico ó constante cosmológica = Como Einstein solo admite un modelo estático, la introduce en las ecuaciones gravitacionales de la Relatividad General (en la parte de la ecuación que describe la curvatura del universo y con ello la potencia de las fuerzas gravitatorias que actúan sobre materia y radiación) para impedir que toda la materia del universo se concentre en un punto por efecto de su propia gravedad (derrumbe gravitacional). Se trata de una curvatura intrínseca del espacio-tiempo, en ausencia de materia y radiación. Esta constante solo actúa sobre distancias comparables al tamaño del universo. Al trasladar esta constante a la parte derecha de la ecuación donde se encuentran todos los términos que contribuyen a la energía del universo, su significado físico cambia drásticamente. Resulta ser una nueva contribución a la energía total en forma de energía “oscura”.
-Energía oscura = En ausencia de materia y radiación, energía que las partículas virtuales aportan a este espacio vacío. Considerando los efectos acumulativos exclusivamente de partículas virtuales de energías iguales o inferiores al “tiempo de Planck”, el resultado es 120 órdenes de magnitud por encima de la energía asociada con toda la materia conocida en el universo (incluida la materia “oscura”). La energía del vacío se corresponde con una constante cosmológica, por lo que de ser cierto este resultado, durante la primera fracción de segundo del “Big Bang”, la tasa de expansión habría empujado más allá del horizonte todo cuanto vemos hoy. Este problema denominado “Problema de la Constante Cosmológica” no se ha resuelto todavía.
-Falso vacío = En ausencia de materia y radiación, el espacio puede “des-excitarse” liberando grandes cantidades de energía hasta alcanzar una situación más estable. El espacio sufre una transformación de fase, cambiando sus propiedades físicas.
-Densidad de energía del falso vacío = Permea el espacio vacío, por lo que se comporta igual que la representada por una constante cosmológica. Actuaría durante fracciones de segundo, provocando un aumento desenfrenado en el tamaño del cosmos.
-Inflación = Expansión descomunal del espacio-tiempo (10^28 – 10^100 en el diámetro) en un tiempo muy breve (10^-35 – 10^-32 segundos).
-Teoría de la Gran Unificación (TGU ó GUT). Aplicable cuando el cosmos tenia 10^-35 segundos. Cuando todas las fuerzas fundamentales excepto la gravedad seguían unificadas, el falso vacío se estabilizó como verdadero disminuyendo la temperatura. Es en este momento cuando la fuerza nuclear fuerte se desligó de la electro-débil.
-Dominios (en teoría inflacionaria) = Burbujas de espacio-tiempo desligadas entre sí.
-Tiempo euclideo o imaginario (T = t x i) = Clave para Hawking a la hora de aplicar el “formalismo de los caminos” de Feynman. T puede considerarse como una magnitud física fundamental, y se comporta como una dimensión espacial. El tiempo t solo tiene sentido cuando el tamaño del universo ya no está sujeto a las leyes de la mecánica cuántica.
-Ajuste fino = El universo parece “diseñado” para que sea posible la vida y nuestra existencia: ε = 0,007; Ω = 0,3; mp/me = 1840; D = 3; Λ = 10^-35 s-2.
El ajuste fino es lo que más chifla a los "creacionistas".
Como es tarde, continuare.........
Un fuerte abrazo,
Carlos
Como amenace con anterioridad, prosigo con el tema.......
Antes de presentar el denominado "modelo inflacionario", me gustaría dejar claro unos conceptos que creo resultan ser fundamentales.
Empecemos por el primero (y más peliagudo). La definición de "nada". ¿Que significado tiene?. Si en una región de espacio-tiempo eliminamos toda la materia y la radiación, por la teoría de campos, nos queda un vacio repleto de partículas virtuales que aparecen de la "nada" y, en un brevísimo intervalo de tiempo, vuelven a desaparecer. Nos quedan por tanto campos en su mínimo nivel de energía y el propio tejido espacio-temporal. Eliminemos esos campos y ese tejido. Si con anterioridad al "Big Bang" el denominado "campo del inflatón" se originó a partir de una fluctuación cuántica, sigue teniendo muy poco sentido apelar a la "nada" como principio.
Uno de los principales problemas de la cosmología actual es, precisamente, una adecuada definición de conceptos.
Seguidamente planteo alguno de ellos:
-Término cosmológico ó constante cosmológica = Como Einstein solo admite un modelo estático, la introduce en las ecuaciones gravitacionales de la Relatividad General (en la parte de la ecuación que describe la curvatura del universo y con ello la potencia de las fuerzas gravitatorias que actúan sobre materia y radiación) para impedir que toda la materia del universo se concentre en un punto por efecto de su propia gravedad (derrumbe gravitacional). Se trata de una curvatura intrínseca del espacio-tiempo, en ausencia de materia y radiación. Esta constante solo actúa sobre distancias comparables al tamaño del universo. Al trasladar esta constante a la parte derecha de la ecuación donde se encuentran todos los términos que contribuyen a la energía del universo, su significado físico cambia drásticamente. Resulta ser una nueva contribución a la energía total en forma de energía “oscura”.
-Energía oscura = En ausencia de materia y radiación, energía que las partículas virtuales aportan a este espacio vacío. Considerando los efectos acumulativos exclusivamente de partículas virtuales de energías iguales o inferiores al “tiempo de Planck”, el resultado es 120 órdenes de magnitud por encima de la energía asociada con toda la materia conocida en el universo (incluida la materia “oscura”). La energía del vacío se corresponde con una constante cosmológica, por lo que de ser cierto este resultado, durante la primera fracción de segundo del “Big Bang”, la tasa de expansión habría empujado más allá del horizonte todo cuanto vemos hoy. Este problema denominado “Problema de la Constante Cosmológica” no se ha resuelto todavía.
-Falso vacío = En ausencia de materia y radiación, el espacio puede “des-excitarse” liberando grandes cantidades de energía hasta alcanzar una situación más estable. El espacio sufre una transformación de fase, cambiando sus propiedades físicas.
-Densidad de energía del falso vacío = Permea el espacio vacío, por lo que se comporta igual que la representada por una constante cosmológica. Actuaría durante fracciones de segundo, provocando un aumento desenfrenado en el tamaño del cosmos.
-Inflación = Expansión descomunal del espacio-tiempo (10^28 – 10^100 en el diámetro) en un tiempo muy breve (10^-35 – 10^-32 segundos).
-Teoría de la Gran Unificación (TGU ó GUT). Aplicable cuando el cosmos tenia 10^-35 segundos. Cuando todas las fuerzas fundamentales excepto la gravedad seguían unificadas, el falso vacío se estabilizó como verdadero disminuyendo la temperatura. Es en este momento cuando la fuerza nuclear fuerte se desligó de la electro-débil.
-Dominios (en teoría inflacionaria) = Burbujas de espacio-tiempo desligadas entre sí.
-Tiempo euclideo o imaginario (T = t x i) = Clave para Hawking a la hora de aplicar el “formalismo de los caminos” de Feynman. T puede considerarse como una magnitud física fundamental, y se comporta como una dimensión espacial. El tiempo t solo tiene sentido cuando el tamaño del universo ya no está sujeto a las leyes de la mecánica cuántica.
-Ajuste fino = El universo parece “diseñado” para que sea posible la vida y nuestra existencia: ε = 0,007; Ω = 0,3; mp/me = 1840; D = 3; Λ = 10^-35 s-2.
El ajuste fino es lo que más chifla a los "creacionistas".
Como es tarde, continuare.........
Un fuerte abrazo,
Carlos