Radiación de fondo

[Rafa]

Hola, a todos.

Tengo algunas dudas respecto a la radiación de fondo.

Todos hemos leído que el descubrimiento de la radiación de fondo supone una importante confirmación de la teoría del big bang.

Se ha medido con mucha precisión que esta radiación de fondo tiene un espectro que coincide exactamente con el espectro de radiación que tendría un cuerpo negro a 2,7 grados Kelvin de temperatura. Ahora bien como no es lógico suponer que exista actualmente tal cuerpo, se supone que el espectro de radiación que medimos es en realidad el de la singularidad inicial (huevo cósmico o átomo primigenio), eso sí, desplazado en frecuencia por efecto de la expansión del espacio. De este modo, la altísima temperatura de la singularidad que dio origen a todo se ha transformado actualmente en los escasos 3 grados K actuales. (Hasta aquí supongo que esta exposición es correcta. Si no lo es, pido correcciones de los miembros del foro).

Pues bien, yo no entiendo porqué es esto una confirmación de la teoría del big bang. Se da por sentado que la singularidad inicial tendría que radiar según las mismas leyes físicas que un cuerpo negro, es decir se comportaría como un cuerpo negro. Esto es demasiado suponer, creo yo, porque en realidad no sabemos cómo era tal singularidad. De hecho los cosmólogos admiten que las leyes de la Física no son aplicables a tal objeto.

¿Alguien puede echarme una mano?

Un cordial saludo
Rafa

[alshain]

No de la singularidad inicial, sino de unos 400.000 años después de ella, en la época en la que la temperatura había bajado lo suficiente como para que los fotones no fueran capaces de ionizar los átomos de hidrógeno neutro que se formaban. Una vez ocurrió esto, el grueso de los fotones quedó libre de interacción hasta hoy (salvo interacciones menores denominadas anisotropías secundarias).

Esta temperatura resulta ser unos 3.000 K. No corresponde con la temperatura un cuerpo negro que se obtendría con la ley de Wien para un pico de energía correspondiente a la energía de ionización el hidrógeno neutro, porque existía una relación de fotones a protones de 10^9, lo cual hace que los fotones más energéticos (y no sólo el pico) en la distribución de fotones sean relevantes y la temperatura (de la ley de Wien) del cuerpo negro haya de bajar más hasta que los fotones más energéticos tampoco puedan ionizarlo.

El hecho de que se trate de un cuerpo negro es debido a la hipótesis de equilibrio termodinámico en el marco de la teoría del big-bang. En un principio el equilibrio no debería darse en un volumen en expansión. Uno considera un fleco inicial un instante tras la singularidad en equilibrio termodinámico debido al contacto causal. Luego, la expansión adiabática afecta de forma distinta a gases relativistas y no-relativistas, los cuales están ambos presentes en el universo. Sin embargo, el tiempo medio de interacción entre partículas es suficiéntemente grande frente a la velocidad de expansión como para que el equilibrio termodinámico se mantenga. Esto fue probado por Gamow hace ya medio siglo y desde entonces es uno de los pilares del modelo.

Un saludo.

[nandorroloco]

Si no me equivoco... y por lo que he leido por ahí.... la radiación de fondo no es uniforme, existen gránulos donde hay más concentración, una especie de red con sus nudos. Eso, según cuentan algunos científicos, reafirma la teoría del bigbang... puesto es razonable esperar que una "explosión" no pinte de manera homogénea todo el universo.
De momento los indicios (el señor Hubble fue un partícipe de ello) experimentales, corrimiento al rojo y radiación de fondo... parecen indicar que la teoría del bigbang es verosímil.

Saludos.

[Rafa]

Gracias, Alshain y Nandorroloco por vuestras respuestas.

La Cosmología me interesa vivamente y he leído algunos libros de divulgación. He leído cosas de Stephen Hawking, Gamov y Alan Guth. Pero confieso que soy incapaz de seguir las modernas teorías que proponen, aunque mi formación es técnica. La verdad es que me siento totalmente desbordado por esta Ciencia, por lo demás, fascinante.

Nada más lejos de mi ánimo criticar los trabajos de los expertos, pero cuando leí cómo se introdujo el concepto de la materia oscura, me acordé del famoso eter luminífero, que se postuló inicialmente para explicar un fenómeno físico (la propagación de la luz en el vacío), y luego quedó completamente abandonado después de que Einstein diera una visión completamente distinta de la realidad.

Un cordial saludo
Rafa

[Carlos_A]

Pues bien, yo no entiendo porqué es esto una confirmación de la teoría del big bang.

No es que el descubrimiento del ruido de fondo de microondas fuera interpretado "ad hoc" como el eco del Big bang. Es algo mucho más interesante, ya que ese ruido fue predicho por la teoría misma con una precisión asombrosamente próxima a los datos recogidos por Penzias y Wilson con su antena de cuerno. Por esa razón se dice que este descubrimiento "confirma el modelo del big bang".

Un modelo científico debe explicar los datos empíricos que se tienen hasta la fecha con cierto grado de fiabilidad, y al mismo tiempo debe "predecir" el comportamiento. Del big bang se desprendía (a ello llegaron varios físicos al mismo tiempo) que debía haber una radiación residual procedente de todo el universo con tales y cuales características. Penzias y Wilson, sin tener ni idea de esto, encontraron la pieza que faltaba del rompecabezas.

Saludos!

[Rafa]

Gracias, Carlos_A por tu comentario.

Efectivamente, ya había leído lo que comentas. Fueron básicamente Gamow y Peebles los que predijeron y calcularon la radiación de fondo. A mí me parece fascinante que se puedan hacer predicciones de ese tipo basándose en el puro el razonamiento abstracto y con la ayuda de las mátemáticas. Irónicamente, el premio Nobel se lo llevaron Penzias y Wilson por el descubrimiento de esta radiación, que ni siquiera estaban buscando. Parece injusto.

Saludos cordiales
Rafa