Monografias.com > Otros
Descargar Imprimir Comentar Ver trabajos relacionados

El Universo




Enviado por gbonsai



    INTRODUCCION

    Desde los inicios de los primeros
    cosmólogos Sócrates y
    Platón
    que contemplando el sol, la luna y
    las estrellas se preguntaban: qué somos, de donde venimos,
    a dónde vamos; pasando por Aristóteles, Kepler, Lemaitre, quienes
    descubrieron las primeras leyes que rigen
    los movimientos de nuestro sistema solar,
    hasta Newton,
    Einstein, Hubble, Sandage, Zeldovich, Hawking, y otros que han
    contribuido con sus teorías
    y descubrimientos para determinar que el universo
    está en expansión, continuamente el hombre ha
    querido encontrar el origen del universo, si
    pertenecemos a un sistema cerrado o
    abierto y si este Universo
    algún día, dentro de miles de millones de
    años, lanzará su último suspiro para dejar
    de existir.

    Teorías, se han escrito muchas,
    algunas ya han desaparecido, otras han resistido las
    críticas y análisis de la comunidad de
    científicos o aún cuentan con adeptos y las
    teorías
    más audaces aún persisten, aunque el único
    seguidor sea su expositor. Bueno al fin de cuentas todo el
    mundo tiene derecho a exponer sus ideas. Cuando Einstein, con su
    pensamiento
    puro, expuso la Teoría
    de la Relatividad, nadie se lo creyó y solo el tiempo y
    comprobaciones científicas le dieron la
    razón.

    EL UNIVERSO EN
    EXPANSION

    La teoría
    que más adeptos tiene y que en cierta forma se ha podido
    comprobar como lo veremos más adelante, es que el Universo en su
    comienzo se formó de una Gran Explosión, la cual
    envió materia en
    todas las direcciones y a medida que se enfriaba y se
    expandía se formaban las estrellas, galaxias,
    cúmulos y supercúmulos. Esto en cierta forma se ha
    podido comprobar con las observaciones hechas en el presente
    siglo desde Edwin Hubble, quien con sus observaciones
    astronómicas publicadas en 1929, descubrió que las
    galaxias se estaban alejando unas de otras con velocidades
    constantes y entre más alejadas estuvieran, mayor velocidad
    tenían, llegando a determinar que en un comienzo, toda la
    materia
    debía existir junta y debido a esa Gran Explosión,
    actualmente las galaxias se alejan entre
    sí.

    Alan Guth con su teoría
    de la inflación en 1979, logró crear un modelo
    matemático que describía la creación del
    Universo
    prácticamente de la nada. Según él, el Universo
    había comenzado de una bola de fuego de energía
    perfecta con una temperatura
    casi infinita . En el espacio-tiempo la
    temperatura
    bajó a menos de 1026°K, el punto en la cual
    rompería la simetría de la gran unificación.
    Pero en lugar de esto, el campo de Higgs se estancó y una
    pequeña partícula del tamaño de un
    protón sé superenfrió; dentro de este
    espacio estaba el equivalente de 10 kilos de falso frío
    (la energía latente de Higgs). Esta energía que se
    radiaba hacia afuera con fuerza
    superexplosiva, empezó a expandirse en forma exponencial.
    Cada 10-34 segundos la burbuja alcanzaba un doble
    tamaño y la energía se multiplicaba por ocho. En el
    momento en que la burbuja alcanzaba el tamaño de una bola
    de tenis (desde su original del protón), se rompió
    la simetría en algún lugar de la burbuja en
    inflación, el campo de Higgs se congeló y
    aparecieron pequeñas bolsas de vacío
    auténtico. Los vacíos auténticos se
    precipitaron hacia fuera a través del universo inflado.
    Dentro de ellos a medida que se rompía la simetría
    y que el falso vacío se desintegraba dando el vacío
    real, la energía de Higgs se condensaba en materia y
    radiación reales. Era la materia y
    energía que algún día se convertiría
    en hidrógeno, helio, estrellas, galaxias, cúmulos,
    supercúmulos y sistema solar con
    la raza humana en la
    Tierra.

    La inflación -proclamó
    Guth- ofrece quizá la primera explicación
    científica de la creación de casi toda la materia y
    energía del Universo.

    EL UNIVERSO SIN
    LIMITES

    Prácticamente para determinar si
    el universo
    tiene límite, se debe comprobar si es abierto o cerrado,
    si el espacio-tiempo que se
    imaginó Einstein es curvado, si existe la suficiente
    fuerza de
    gravedad que vaya contrarrestando gradualmente la fuerza de
    expansión del Universo hasta detenerla y si esta fuerza logra
    romper el equilibrio
    para hacerlo contraer hasta sus
    orígenes.

    Según la ecuaciones de
    Friedmann, sobre el universo en
    expansión, existe una densidad
    crítica de masa y energía que equivale a un
    átomo
    de hidrógeno por metro cúbico. Si el universo es
    más denso dejará de expandirse, si es menos denso,
    continuará eternamente en expansión. Esto se ha
    representado por la letra Omega (W , la última del alfabeto griego),
    dándole un valor de uno.
    Si omega es mayor que uno tendremos un Universo finito, si es
    menor que uno, sería infinito y si es igual a uno,
    existiría un equilibrio en
    un tiempo
    prácticamente infinito. La representación
    gráfica de este concepto puede
    verse en la figura 1.

    Ante la perspectiva de encontrar omega,
    los científicos se dieron a la tarea de calcular
    cuánto hidrógeno existía por metro
    cúbico en el Universo, habiendo encontrado que solo
    existía o.1 átomo por
    metro cúbico, es decir, solo el 10% de la masa necesaria
    para que el universo dejara de expandirse
    eternamente.

    Posteriores investigaciones
    sobre el movimiento de
    galaxias, con el avance de la ciencia,
    observando los desplazamientos hacia el rojo de las velocidades
    de ellas, han permitido determinar que hay ciertas
    irregularidades que solo pueden ser explicadas con la existencia
    de grandes cantidades de materia inerte, fría y obscura
    alrededor de las galaxias con masa muy superior a ellas y que
    podrían contener el 90% de la masa faltante para cerrar el
    Universo.

    Las últimas investigaciones,
    han detectado la existencia de corrientes y desplazamiento hacia
    determinadas direcciones. Por ejemplo toda la Vía
    Láctea es atraída por el cúmulo de Virgo y
    todo el supercúmulo de Virgo es atraído en la
    dirección general Hidra-Centauro a unos 600
    kilómetros por segundo. Según los
    científicos, esto es posible con la existencia de grandes
    masas frías y obscuras, no visibles por otros medios, pero
    con el efecto de su inmensa gravedad hacen posible la
    atracción de galaxias y cúmulos completos,
    haciéndoles desplazar en una determinada dirección.

    A estas grandes masas frías y
    obscuras se les ha denominados Agujeros Negros. Su idea original
    se remonta a 1784, cuando el inglés
    John Mitchell expresó "Toda luz emitida por
    un cuerpo tal habría de regresar a él, por su
    propia atracción gravitatoria"
    , concepto que fue
    retomado por el Marqués LaPlace en 1796, al elaborar los
    cálculos matemáticos que podrían demostrar
    esta factibilidad
    concluyendo "…que la fuerza de
    atracción de un cuerpo celeste podría ser tan
    grande que no pudiera emanar de él la luz"
    .

    Posteriormente Karl Schwarzschild en
    1916, usando la nueva teoría
    de la relatividad de Einstein, comprobó dichos
    cálculos, los cuales fueron ratificados por Roy Kerr y
    finalmente en la década de los sesenta tomó su
    nombre actual de Agujero negro, dado por John A Wheeler, de la
    Universidad de
    Princenton.

    La Place encontró una
    fórmula muy simple para calcular la velocidad de
    escape V dada por:

    donde:

    G = Gravedad

    M = Masa

    R = Radio, del cuerpo
    al cual se quiere escapar.

    Esta simple fórmula produce el
    mismo resultado que el obtenido por la teoría
    de la relatividad, y fue allí donde Karl Schwarzchild
    demostró qué radio debe tener
    un objeto para que la velocidad de
    escape desde su superficie sea la velocidad de
    la luz,
    encontrando:

    donde:

    C = Velocidad de
    la luz

    Este radio R, se
    conoce como "radio de
    Schwarzschild"
    en honor del astrónomo Alemán
    que primero lo derivó a partir de la teoría de la
    relatividad de Einstein.

    Radio de Schwarzschild
    para algunos objetos astronómicos

    Objeto

    Masa
    Objeto

    (Masas
    Solares)

    Radio
    (Km)

    Velocidad
    Escape

    (Km/seg)

    Radio de
    Schwarzschild

    Tierra

    0,00000304

    6.357

    11,3

    9,0mm

    Sol

    1,0

    696.000

    617

    2,95
    Km

    Enana Blanca

    0,8

    10.000

    5.000

    2,4
    Km

    Estrella
    Neutrones

    2

    8

    250.000

    5,9
    Km

    Núcleo de
    Galaxia

    50.000.000

    ?

    ?

    147.500.000
    Km

    COMO SE CREA UN AGUJERO
    NEGRO

    Los científicos creen que los
    Agujeros Negros se crean de estrellas gigantes, (unas 30 veces el
    tamaño del sol), las cuales consumen su combustible muy
    rápidamente. Se calcula que el sol dura unos
    10.000 millones de años, mientras que una estrella gigante
    dura apenas un millón de años. Durante ese proceso, la
    estrella gigante se va expandiendo hasta convertirse en una
    supergigante roja (figura 2), terminando en una poderosa
    explosión de una supernova. Su núcleo
    posteriormente se colapsa, convirtiéndose en una estrella
    neutrónica, para luego después de una
    contracción aún mayor de su masa pasa a convertirse
    en un Agujero Negro, donde los fotones de la luz no pueden
    escapar por la intensa gravedad generada por
    él.

    Los científicos han reportado
    evidencias que permiten casi, prácticamente, asegurar la
    existencia de los agujeros negros en el universo, tal como se
    muestra en la
    siguiente tabla.

    Masivos agujeros negros
    reportados

    Galaxia

    Comentario

    Constelación

    Tipo

    Distancia

    Luminosidad

    Masa

    Vía
    Láctea

     

     

    Sbc

    28,000

    1.9

    2
    millones

    NGC 224=M31

    Nebulosa
    Andrómeda

    Andrómeda

    Sb

    2.3
    millones

    5.2

    30
    millones

    NGC 221 = M32

    Satélite de
    M31

    Andrómeda

    E2

    2.3
    millones

    0.25

    3
    millones

    NGC 3115

     

    El sextante

    S0

    27
    millones

    14.2

    2
    millones

    NGC 4258

    Perros de Caza

    Sbc

    24
    millones

    1.3

    40
    millones

    NGC 4261

    La virgen

    E2

    90
    millones

    33

    400
    millones

    NGC 4486 = M87

    La virgen

    E0

    57
    millones

    56

    3
    billones

    NGC 4594 = M104

    El Sombrero

    La virgen

    Sa

    30
    millones

    47

    1
    billón

    NGC 3377

     

    Leo

    E5

    32
    millones

    5.2

    100
    millones

    NGC 3379=M105

    Leo

    E1

    32
    millones

    13

    50
    millones

    NGC 4486b

    Satélite
    M87

    La virgen

    E0

    50
    millones

    0.82

    500
    millones

    NGC 4151

     

     

    Sey

     

     

     

    M 84

    Nebulosa de
    Orión

    Orión

     

    50
    millones

     

    300
    millones

    NGC 6251

     

    La virgen

     

    300
    millones

     

    1.000

    Agujeros negros
    detectados por emisiones de rayos

    Cyg X-1

     

    El cisne

     

     

     

    7
    ms

    GRO J0422

     

    El Cangrejo

     

     

     

    8
    ms

    A0620-00

     

     

     

     

     

     

    LMC X-3

     

    Nube Magallanes

     

     

     

    8
    ms

    Figura No.2 Nacimiento
    de un Agujero Negro

    En relación al Universo Sandage,
    predice que es abierto, es decir infinito, no así su
    materia, habrían reinos vastos e increíbles pero
    vacíos sin materia-energía que les diera vida. En
    este panorama apocalíptico, las estrellas se
    agotarán y las galaxias desaparecerán. El sol se
    quedará sin hidrógeno en sólo 5.000 millones
    de años, inflándose y convirtiéndose en una
    gigantesca bola roja que transformará los planetas
    más cercanos (incluyendo la tierra), en
    cenizas. Dentro de 100.000 millones de años, la vía
    láctea será un cementerio lleno de cadáveres
    estelares, agujeros negros, estrellas de neutrones y enanas
    blancas Dentro de un trillón de años
    (1018), todo esto se aglomerará dentro de un
    solo y enorme agujero negro en el centro de la galaxia, dentro de
    1027 años, todas las galaxias de un
    cúmulo, se habrán fundido en un superagujero negro
    galáctico, el Universo estará formado por estos
    agujeros negros que continuarán alejándose unos de
    otros a grandes velocidades por el espacio muerto y frío,
    dentro de 10100 años, estos agujeros negros,
    con masas equivalentes a miles de millones de soles se
    habrá evaporado. No quedará nada aparte de charcos
    débiles y diluidos de partículas y radiación
    separados por billones de años luz.

    TESTIGIOS DE LA GRAN
    EXPLOSION

    En cierta forma la razón por la
    cual prácticamente se ha podido comprobar la existencia de
    la Gran Explosión, ha sido por la posibilidad
    científica de seguirle el rastro.

    En toda gran explosión se generan
    tres cosas primordiales: energía calórica, materia
    y movimiento
    hacia fuera de esa materia.

    Los científicos calcularon
    inicialmente, que la energía calórica remanente y
    existente actualmente después de la Gran Explosión
    en el Universo, debería estar por debajo de 20°K. Fue
    George Gamow y un grupo de
    colaboradores en 1949, quienes publicaron que la temperatura
    actual del Universo debería estar por debajo de 5°K.
    Esto pasó desapercibido increíblemente y
    sólo en la década de 1960 revivió por cosas
    del destino. Arno Penzías y Robert Wilson, ingenieros de
    los laboratorios Bell, habían sido contratados para
    modificar una antena especial que permitiera la
    comunicación con los nuevos satélites
    de comunicación Telstar. Al estar tratando de
    equilibrar la ganancia de la antena y efectuar mediciones,
    descubrieron una radiación de fondo o ruido
    independiente de la posición en que colocaron la antena y
    efectuar mediciones, descubrieron una radiación de fondo o
    ruido
    independiente de la posición en que colocaran la antena,
    así ella apuntará al espacio vacío. La
    temperatura de
    esta señal anómala era de unos 3°K y se
    producía en una frecuencia de 4080 MHz. Inicialmente
    pensaron que era descalibración del equipo y en la
    primavera de 1965 se dieron por vencidos. Pero fue aquí
    donde el destino vino nuevamente a intervenir. Penzías al
    leer el artículo de Peebles sobre la posibilidad de medir
    la radiación remanente de la Gran Explosión y que
    esta debería tener unos pocos grados Kelvin, llamó
    inmediatamente a Robert Dicke un conocido suyo y colaborador de
    Peebles para que juntos analizaran sus investigaciones.
    Al poco tiempo
    concluyeron que Wilson y Penzías habían medido
    precisamente la temperatura
    remanente de la Gran Explosión. En 1978 Robert Wilson y
    Arno Penzías recibieron el Premio Nobel por este gran
    descubrimiento. Posteriores investigaciones y
    comprobaciones han situado la temperatura remanente de la Gran
    Explosión en 2.7°K.

    El segundo aspecto que comprueba la
    existencia de la Gran Explosión, es la materia producida
    durante ella. Ya Peebles había calculado que el 25%
    debería ser helio, elemento que se produce por la combustión de hidrógeno. Los
    trabajos de Peebles alrededor de la materia que debería
    haberse formado durante la Gran Explosión dio origen a una
    ciencia
    denominada nucleosíntesis. Fue así como los
    científicos ayudados por los avances de la ciencia,
    mediciones y observaciones astronómicas en vuelos
    espaciales, descubrieron que cuando ajustaban los
    parámetros de temperatura, presión y densidad de la
    Gran Explosión para obtener cantidades correctas de helio,
    los mismos cálculos predecían la abundancia
    correcta de otros elementos como el deuterio y litio, obtenidas
    en las observaciones astronómicas, con lo que se llegaba a
    la conclusión que la teoría de la Gran
    Explosión funcionaba.

    El tercero y último aspecto de
    comprobación de la Gran Explosión, es el
    relacionado con el movimiento o
    velocidad de la materia observable en el Universo, lo cual como
    se dijo al principio fue descubierto por Hubble durante las
    observaciones en el mayor de los telescopios ubicados en el Monte
    Wilson Pasadena California y cuya primera publicación en
    1929 causó una gran revolución
    científica. Hubble determinó que estabamos en un
    universo en expansión, donde las estrellas y galaxias se
    estaban alejando entre si a velocidades que aumentaban con la
    distancia, a mayor distancia que se encontrase una galaxia de
    nosotros, mayor sería su velocidad relativa de
    separación, no importando en que dirección se observara. Lo anterior ha sido
    comprobado mediante mediciones del espectro
    electromagnético de la frecuencia doppler y corregimiento
    hacia el rojo de la luz recibida de las galaxias, habiendo sido
    Marc Davis el precursor de estas mediciones en 1976, con la
    construcción de lo que llamó la
    máquina Z, que no era otra cosa que un
    espectrógrafo. Aunque inicialmente, la máquina Z no
    funcionó, fue desmontada y reconstruida por
    John Hunchara y David Latham, quienes lograron en unión de
    John Tonry, ingeniero de sistemas y
    encargado de elaborar los programas de
    computador que
    controlaría la máquina Z, hacerla trabajar y medir
    automáticamente fotón a fotón la luz
    recibida de los espectros galácticos, detectándose
    su desplazamiento hacia el rojo. Con este método
    elaboraron una gran cartografía en tres dimensiones de
    todas las galaxias visibles, comprobándose una vez
    más la expansión del Universo.

    POSIBLE RESPUESTA A ALGUNOS
    INTERROGANTES

    Hasta aquí se han visto varias
    teorías
    sobre el Universo, su formación y destino, algunas de
    ellas con bases científicas por observaciones, mediciones
    y simulaciones hechas.

    Partiendo como un hecho cierto la
    existencia de la Gran Explosión aún existen varios
    interrogantes relacionados con ella; dos de ellos
    son:

    ¿Dónde ocurrió la
    Gran Explosión?

    ¿Estamos en un Universo sin
    límites e infinito?

    Con respecto a la primera pregunta
    ¿Dónde ocurrió la Gran Explosión?, no
    se ha obtenido aún una respuesta, pero pienso que se puede
    obtener con base en el siguiente análisis:

    Al ocurrir la Gran Explosión, la
    materia de la bola de fuego fue despedida en todas las
    direcciones, pero no simplemente en forma de neutrones, protones
    y electrones, sino en verdaderas y gigantescas nubes, las
    más externas a mayor velocidad, las más internas,
    lógicamente a menor velocidad, frenadas por las capas
    exteriores (figura 3); de estas nubes se formarían las
    estrellas, galaxias, cúmulos y supercúmulos y nos
    daría una explicación de por qué las
    galaxias más lejanas se observan con una velocidad
    relativa de separación o alejamiento mayor. Al no existir
    nada alrededor de esta gigantesca bola de fuego, las velocidades
    de estas nubes solo podrían ser frenadas unas a otras por
    la acción de la gravedad de las mismas, pero esta
    acción se iría debilitando con el tiempo, por la
    mayor distancia de separación entre
    sí.

    Donde ocurrió la Gran
    Explosión, sólo quedaría un gran
    vacío, cada vez mayor y su localización
    podría ser posible detectarlo. Por un lado las variaciones
    de temperatura remanente hacia dónde esté ese gran
    vacío debe ser menor. Por otro lado, determinando la
    dirección de los vectores de
    velocidad real (no relativo) de las galaxias, donde se corten las
    colas de estos vectores, se
    encontrará el centro de la Gran Explosión.
    Adicionalmente se puede comprobar con observaciones
    astronómicas para verificar si existen grandes
    vacíos en el lugar estimado
    anteriormente.

    Figura No.3. La Gran
    Explosión

    En 1977, un equipo de astrónomos
    de Berkely, a bordo de un U-2 descubrieron una diminuta
    variación en el fondo de microondas.
    Descubrieron que el cielo era de tres milésimas de grado
    más caliente en la dirección del extremo austral de la
    constelación de Leo y más fría de modo
    equivalente en la dirección opuesta. Es decir, más
    caliente hacia donde vamos y más fría de donde
    venimos. Aquí tenemos ya un gran vector. En igual forma
    con las últimas mediciones hechas del corrimiento hacia el
    rojo, se ha determinado que toda la vía láctea se
    mueve en la dirección de Virgo y ésta a su vez en
    la dirección general de Hidra-Centauro , lo que nos
    permitiría determinar otro gran vector. Finalmente se han
    observado grandes vacíos de millones años luz de
    diámetro, como el vacío del Boyero, que
    aparentemente no tienen explicación posiblemente y en uno
    de esos grandes vacíos podría estar el centro del
    Universo.

    Para la segunda pregunta: ¿Estamos
    en un Universo sin límites e infinito?, se considera lo
    siguiente:

    1. Las ecuaciones de
    Friedman requieren por lo menos de un átomo de
    hidrógeno por metro cúbico, para que el Universo
    sea cerrado. Pero si el Universo está en expansión,
    esta condición cada vez es más remota de
    cumplirse.

    2. La acción de la gravedad es
    también cada vez más débil con la
    separación de las galaxias al no haber la suficiente masa
    para contrarrestar la velocidad de separación, las
    galaxias continuarán separándose para siempre.
    Además las galaxias más lejanas poseen mayor
    velocidad, lo que las hace más difíciles de ser
    atrapadas por la gravedad.

    Se puede concluir como bien lo
    expresó Sandage, el Universo no tiene límite y
    pensando como él, aunque no en la misma forma de su fin,
    el Universo cada vez será más frío, es
    decir, menos energía, menos hidrógeno, menos
    combustión, que mantenga vivas las
    estrellas, menos posibilidades de interacción de la
    materia al final se tendrá materia inerte, sin luz, sin
    vida, sin capacidad de reacción, separada entre sí
    por grandes vacíos de miles millones de años luz,
    donde lo único que transcurrirá será el
    tiempo, pero sin que nadie esté presente para
    presenciarlo.

    BIBLIOGRAFIA

    EINSTEIN, Albert. The principle of
    relativity. Dover Publications N.Y. 1952.

    HAWKING, Stephen. Historia del Tiempo.
    Editorial Crítica. 1992.

    HAWKING, Stephen. The large structure of
    space-time. Cambridge University Press. 1980.

    ISAZA, José Fernando. Colapso
    Gravitacional. Biblioteca
    Banco Popular.
    Textos Universitarios. 1993

    OVERBYE, Dennis. Corazones solitarios en
    el Cosmos. Editorial Planeta, 1991.

    PORRAS, William. Los Agujeros Negros.
    Revista Armada
    No. 62. 1993.

    PORRAS, William. El Universo: abierto,
    cerrado, su origen y destino. Revista
    Armada. No.67. 1994.

    ROYAL GREENWICH OBSERVATORY. Particle
    Physics And Astronomy Research Council. Cuaderno de Información No.9. Agujeros Negros. 1998.
    pp. 5.

    SOCIEDAD ASTRONOMICA DE ESPAÑA.
    SEDAYA. Internet
    .
    Agujeros Negros. 1998. pp. 10.

     

     

    Autor:

    Gran Bonsai

    Por Contralmirante WILLIAM PORRAS
    FERREIRA

    Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.

    Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

    Categorias
    Newsletter