Expansión del Universo

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HAL9000
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Mensajepor HAL9000 » 31 Oct 2005, 15:43

Hola nenes:

Viendo el otro día el documental del Hubble de la revista "Espacio" (el famoso que repartisteis en Astromartos) comentaron dos cosas que me parecieron contradictorias.

Con respecto a la expansión del Universo ponían el famoso ejemplo del globito (universo) con puntos dibujados (las galaxias), diciendo que si el globo se inflaba, se separaban los puntos pero que los puntos en sí no crecían.

Esto a mi me parece falso, porque si los "puntos" no son simples puntos si no que tienen dimensiones, estos aumentan exáctamente en la misma proporción en la que lo hace el espacio entre ellos (Pintad los puntos con un rotulador gordo y haced el experimento).

El caso es que más adelante, hacia el final del vídeo, hablaban de...

THE BIG RIP...(El Gran Desgarro...) Diciendo que ,puesto que ultimamente se venía observando que el Universo se estaba expandiendo más aceleradamente, el fin del mismo sería una gran dilatación que acabaría por separar lo propios átomos de la materia (¡¡Dios mío... mis propias entrañas por ahí tiradas!!)

Pero bueno, no quedábamos en que se separaban los puntos pero que los puntos seguían igual de canijos.

Personalemte me gusta muchísimo ese final tan rocambolesco.
Ahora, cuando me levanto por la mañana lo primero que pienso es que soy un poco más alto,un poco mas gordo y un poco menos "consistente" que ayer.

Feliz disolución azucarillos.

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Almexia
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Mensajepor Almexia » 01 Nov 2005, 09:30

HAL9000 escribió:Hola nenes:

Viendo el otro día el documental del Hubble de la revista "Espacio" (el famoso que repartisteis en Astromartos) comentaron dos cosas que me parecieron contradictorias.

Con respecto a la expansión del Universo ponían el famoso ejemplo del globito (universo) con puntos dibujados (las galaxias), diciendo que si el globo se inflaba, se separaban los puntos pero que los puntos en sí no crecían.

Esto a mi me parece falso, porque si los "puntos" no son simples puntos si no que tienen dimensiones, estos aumentan exáctamente en la misma proporción en la que lo hace el espacio entre ellos (Pintad los puntos con un rotulador gordo y haced el experimento).

El caso es que más adelante, hacia el final del vídeo, hablaban de...

THE BIG RIP...(El Gran Desgarro...) Diciendo que ,puesto que ultimamente se venía observando que el Universo se estaba expandiendo más aceleradamente, el fin del mismo sería una gran dilatación que acabaría por separar lo propios átomos de la materia (¡¡Dios mío... mis propias entrañas por ahí tiradas!!)

Pero bueno, no quedábamos en que se separaban los puntos pero que los puntos seguían igual de canijos.

Personalemte me gusta muchísimo ese final tan rocambolesco.
Ahora, cuando me levanto por la mañana lo primero que pienso es que soy un poco más alto,un poco mas gordo y un poco menos "consistente" que ayer.

Feliz disolución azucarillos.

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Pues es cierto, ya he hecho ese experimento que proponías, y efectivamente los puntos dibujados sobre la superficie del globo se "estiran" y crecen. :pale: #-o

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alshain
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Mensajepor alshain » 01 Nov 2005, 22:57

En principio la idea correcta para visualizar la expansion es la del globo con puntos de dimension cero (y no "manchas") que no se agrandan cuando el globo se hincha. La superficie del globo es el espacio tridimensional del universo y los puntos corresponden con los cúmulos galácticos o las galaxias muy alejadas, por lo menos unos 100 Mpc (326 millones de años luz).

La razón es que para derivar la geometría cosmológica en expansión (conocida como geometría de Robertson-Walker) de las ecuaciones de la relatividad general se hace uso del principio cosmológico, que significa homogeneidad e isotropía en la distribución de materia y campos en el espacio. Por tanto, el resultado obtenido es, en principio, válido ahí donde la hipótesis asumida es válida, es decir, donde existe homogeneidad e isotropía suficiente para que el principio cosmológico sea aplicable. Las observaciones indican que principio cosmológico es válido a partir de una escala de unos 100 Mpc o más. A escalas de cúmulos galácticos, galácticas o menores, la homogeneidad no existe y la solución cosmológica no tiene por qué ser válida (aunque podría serlo). Equivalentemente, uno puede decir que la fuerza de la gravitación mantiene unidos a los componentes (estrellas o galaxias), que es lo mismo que decir que existe otro tipo de geometría del espacio-tiempo a esas escalas.

En mi opinión la situación con el big-rip es algo más compleja, pero básicamente igual. El big-rip supone una expansión acelerada con aceleración creciente de la velocidad de expansión (concrétamente del parámetro de Hubble). Mientras existen estructuras de materia en el espacio, éstas conforman una geometría local distinta a la cosmológica y la expansión no tiene por qué darse dentro de ellas. El problema con el big-rip es que la expansión es tan fuerte que esas estructuras están condenadas a desaparecer una a una empezando por las más grandes.

Para ver cómo puede ocurrir esto sin contradicción con lo mencionado antes, consideremos un espacio en expansión lleno de cúmulos galácticos y con espacios entre ellos. La expansión actúa entre ellos, pero no en ellos. Sin embargo, con el tiempo, la expansión se hace tan fuerte que empieza a actuar en los bordes de los cúmulos, "agrandándolos" (la expansión será mayor entre puntos diametralmente opuestos en un cúmulo, al ser la distancia mayor). Esto acabará desintegrándolos en galaxias. Quedará un espacio en expansión lleno de galaxias y con grandes espacios entre ellas. La expansión actuará entre ellas, pero no en ellas. De igual forma que antes, la expansión se hará tan fuerte con el tiempo (al aumentar la aceleración sin cesar) que empezará a actuar en los bordes de las galaxias y las acabará desintegrando, dejando un espacio lleno de estrellas y con grandes espacios entre ellas. Pues si sigues esa secuencia llegas tarde o temprano a los átomos...

Espero haberme explicado.

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alshain
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Mensajepor alshain » 01 Nov 2005, 23:14

ramsonian escribió:No. Alcanzar el equilibrio termodinámico significa alcanzar muchas condiciones.
Algunas son:
Equilibrio térmico: todo el universo debbería tener la misma temperatura y que esta fuera estabe
Equilibrio dinámico: no podría haber fuerzas capaces de producir trabajo
Eqiulibrio material: la composición del universo debería ser homogénea.

No sé como lo veis vosotros..pero yo pienso que el equilibrio material a nivel cosmológico puede cumplirse, pero el térmico y el dinámico no, a causa básicamente de la expansión

En cuanto a alcanzar el 0K requiere, efectivamente, energía infinita. (algunos consideran que este principio (bueno, el de Nernst-simon que es parecido) debería ser la 3º ley de la termodinámica)

Parece que no te falta razón, estríctamente el universo no alcanza un equilibrio térmico al estar en expansión. La cuestión es qué gana en el universo, la tendencia a maximizar la entropía o la tendencia a minimizar la energía. Lo primero invita a la materia a desintegrarse y formar una sopa homogenea de partículas elementales de las que ya no se pueda sacar nada, lo segundo invita a la materia a agruparse (la materia agrupada tiene menor energía que disociada).

La verdad es que la cosa quizás sea más complicada de lo que parece a primera vista (por lo menos no se me ocurre forma de abordarla, dada la falta de equilibrio termodinámico que suele simplificar las cosas). Quizás la observación esencial sea que en el universo en expansión la densidad de la materia tiene a cero para tiempo creciente, lo cual posiblemente sea razón para impisibilitar minimizar la energía y que la entropía gane la partida.

Me alegraré de leer correcciones y sugerencias...

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Mensajepor HAL9000 » 03 Nov 2005, 00:22

Has sido meridiano Alshain.
Muchas gracias.

A la luz de tus explicaciones me surgen dos nuevas preguntas:
-Guarda algún tipo de proporcionalidad la aceleración de expansión del Universo con el tamaño de éste (huecos "medios" entre galaxias).
-Alguien tiene alguna idea de por qué se produce esta aceleración desmedida.

Gracias de nuevo.
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alshain
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Mensajepor alshain » 03 Nov 2005, 14:19

La aceleración de la expansión depende del contenido del universo. Para que la expansión acelere hace falta algo de energía oscura, la cual ejerce una presión (negativa) en contra de la gravitación generada por la densidad energética. Por el momento la energía oscura es sólo una hipótesis para explicar la aceleración de la expansión y no tiene ningún respaldo empírico.

Para fluidos homogeneos e isótropos la presión puede expresarse como un factor de la densidad P = w ρ. Si w < 0, se trata de energía oscura que se supone que conforma un 73 % de la densidad energética del universo. El valor aceptado actualmente para w según los best-fit parameters del WMAP es -1.3 < w < -0.7, asumiendo w constante en el tiempo. Si w no es constante en el tiempo se suele hablar de quintaesencia.

Si w < -1 entonces se habla de energía fantasma y el universo está condenado a un big-rip. El problema de la energía fantasma es que viola algunas condiciones energéticas de la relatividad especial (si tienes interés puedes leerlo aquí).

Por tanto, el valor que más se suele asumir como válido es w = -1, que corresponde con la constante cosmológica. A medida que el universo expande, su densidad energética queda constante, mientras que la de los demás componentes disminuye (la materia evoluciona con 1/a^3 y la radiación con 1/a^4, siendo a el factor de escala). Esta es la razón por la que el universo está condenado a ser “dominado” completamente por la constante cosmológica, y se puede demostrar que esto lleva a una expansión exponencial.

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Mensajepor alshain » 24 Nov 2005, 11:30

alshain escribió:En principio la idea correcta para visualizar la expansion es la del globo con puntos de dimension cero (y no "manchas") que no se agrandan cuando el globo se hincha. La superficie del globo es el espacio tridimensional del universo y los puntos corresponden con los cúmulos galácticos o las galaxias muy alejadas, por lo menos unos 100 Mpc (326 millones de años luz).

La razón es que para derivar la geometría cosmológica en expansión (conocida como geometría de Robertson-Walker) de las ecuaciones de la relatividad general se hace uso del principio cosmológico, que significa homogeneidad e isotropía en la distribución de materia y campos en el espacio. Por tanto, el resultado obtenido es, en principio, válido ahí donde la hipótesis asumida es válida, es decir, donde existe homogeneidad e isotropía suficiente para que el principio cosmológico sea aplicable. Las observaciones indican que principio cosmológico es válido a partir de una escala de unos 100 Mpc o más. A escalas de cúmulos galácticos, galácticas o menores, la homogeneidad no existe y la solución cosmológica no tiene por qué ser válida (aunque podría serlo). Equivalentemente, uno puede decir que la fuerza de la gravitación mantiene unidos a los componentes (estrellas o galaxias), que es lo mismo que decir que existe otro tipo de geometría del espacio-tiempo a esas escalas.

Parece que aquí se me ha pasado algo por alto. Lo mencionado es correcto, pero solo si la materia es el único contenido del universo.

Sin embargo no lo es y existe homogeneidad e isotropía a escalas menores, incluso arbitrariamente pequeñas, precisamente en la distribución de la energía oscura.

En un universo sólo con energía oscura el espacio expandiría a cualquier escala al valer la hipótesis de homogeneidad e isotropía a cualquier escala.

En un universo sólo con materia el espacio expandiría sólo a partir de la escala donde la distribución de materia empieze a ser homogenea y isótropa.

En un universo con energía oscura y materia inhomogenea, hay una “lucha” entre la energía oscura queriendo expandir el espacio y la materia aglutinando la gravitación a partir de distribuciones inhomogeneas que no dan lugar a expansión.

En general, es de esperar que aparezca una escala a partir de la cual el efecto de la energía oscura empieza a ser dominante sobre la inhomogeneidad de la materia. La expansión aparecerá, por tanto, en principio independiéntemente de la escala a partir de la cual la materia sea homogenea.

Sobre esto ya mencioné hace tiempo algo en mi weblog. Las velocidades peculiares de las galaxias en el Grupo Local son menores de lo que sería de esperar en un modelo cosmológico de materia oscura fría, tal y como es el aceptado hoy, que da lugar a colapsos gravitacionales y procesos de colisioens bastante violentos.

Estas velocidades peculiares pequeñas se pueden explicar recurriendo a la energía oscura, actuando con su fuerza de repulsión que expande el espacio al estar distribuidad de forma homogenea, frente a la gravitación producida por la materia.

La escala a la que la expansión emerge en el Grupo Local es alrededor de 2 Mpc. En zonas vacías de materia esta escala será menor.

alshain escribió:En mi opinión la situación con el big-rip es algo más compleja, pero básicamente igual. El big-rip supone una expansión acelerada con aceleración creciente de la velocidad de expansión (concrétamente del parámetro de Hubble). Mientras existen estructuras de materia en el espacio, éstas conforman una geometría local distinta a la cosmológica y la expansión no tiene por qué darse dentro de ellas. El problema con el big-rip es que la expansión es tan fuerte que esas estructuras están condenadas a desaparecer una a una empezando por las más grandes.

Para ver cómo puede ocurrir esto sin contradicción con lo mencionado antes, consideremos un espacio en expansión lleno de cúmulos galácticos y con espacios entre ellos. La expansión actúa entre ellos, pero no en ellos. Sin embargo, con el tiempo, la expansión se hace tan fuerte que empieza a actuar en los bordes de los cúmulos, "agrandándolos" (la expansión será mayor entre puntos diametralmente opuestos en un cúmulo, al ser la distancia mayor). Esto acabará desintegrándolos en galaxias. Quedará un espacio en expansión lleno de galaxias y con grandes espacios entre ellas. La expansión actuará entre ellas, pero no en ellas. De igual forma que antes, la expansión se hará tan fuerte con el tiempo (al aumentar la aceleración sin cesar) que empezará a actuar en los bordes de las galaxias y las acabará desintegrando, dejando un espacio lleno de estrellas y con grandes espacios entre ellas. Pues si sigues esa secuencia llegas tarde o temprano a los átomos...

Espero haberme explicado.

En el caso del energía fantasma en vez de energía oscura ocurre lo mismo que he mencionado arriba. Aparecerá una escala a partir de la cual el efecto de la energía fantasma empezará a ser dominante sobre la inhomogeneidad de la materia y tarde o temprano la distribución de materia a esa escala se desintegrará. Poco a poco la energía fantasma irá dominando escalas menores y acabará desintegrando átomos.

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Sixtino
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Mensajepor Sixtino » 12 May 2006, 18:49

alshain escribió:En el marco del modelo cosmológico actual hay indicios empíricos que sugieren que el espacio del universo seguirá expandiéndose para siempre y además lo hará de forma acelerada..


Efectivamente, eso apuntan los últimos datos, creo que de 1996, pero personalmente pienso que "no es concluyente":

Los errores de las medidas son muy importantes. Es cierto que, cuando hay muchas medidas, se puede estimar como error-final el error-estadístico, pero el importante error en las medidas creo que podría enmascarar la conclusión. Adjunto datos:

Fuente
http://www.pnas.org/cgi/content/full/101/1/8
http://www.pnas.org/cgi/content-nw/full/101/1/8/FIG6

Imagen

Fig. 6. Deviations in the Hubble diagram. Each point in this plot shows the difference at each redshift between the measured apparent brightness and the expected location in the Hubble diagram in a universe that is expanding without any acceleration or deceleration. The blue points correspond to median values in eight redshift bins. The upward bulge at z {approx} 0.5 is the signature of cosmic acceleration. The hint of a turnover in the data at the highest redshifts, near z = 1, suggests that we may be seeing past the era of acceleration driven by dark energy back to the era of deceleration dominated by dark matter. From top to bottom, the plotted lines correspond to the favored solution, with 30% dark matter and 70% dark energy, the observed amount of dark matter (30%) but no dark energy, and a universe with 100% dark matter (from ref. 18 ).

Traducción automática (soy muy malo corrigiendo traducciones (¿)(?) ):

Desviaciones en el diagrama de Hubble. Cada punto en este diagrama muestra la diferencia en cada "redshift" (desplazamiento-al-rojo) entre el brillo evidente medido y la localización prevista en el diagrama de Hubble en un universo que se expande sin ninguna aceleración o desaceleración. Los puntos azules corresponden a los valores medios en ocho intervalos del "redshift". La curva ascendente en z aproximadamente 0.5 es la huella de la aceleración cósmica.

(¿) La disminución de la densidad de puntos en los "redshifts" más altos, cerca z = 1, sugiere poder ver más allá de la era de la aceleración conducida por energía oscura de nuevo a la era de la desaceleración dominada por la materia oscura. Al fondo, las líneas trazadas corresponden a la solución favorecida:

- Con la materia oscura del 30% y la energía oscura del 70%, justamente la cantidad observada de la materia oscura (el 30%)
- Con ninguna energía oscura (ni materia ni energía).
- Y un universo con la materia oscura del 100% (de la referencia. 18 ).(?)
Cuanto más aprendemos más sabemos que menos conocemos.

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Sixtino
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Mensajepor Sixtino » 12 May 2006, 19:44

Os pongo los datos de los parámetros cosmológicos que dedujeron:

Imagen

Fuente:
http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect20/A9.html

Ver traducción aproximada

Constante de Hubble

Fiijémonos en los datos de la 'constante de Hubble'

Imagen

http://www2.3dresearch.com/~alistolmar/ ... age040.gif
http://www.pnas.org/cgi/content/full/101/1/8/FIG3

Con esas gráficas, podemos suponer una constante de Hubble entorno a Ho = 71 km/seg /Mpc

1 megaparsec (Mpc) = 10^6 parsec = 3.26 · 10^6 años · c

Ho = 71±2 km/s / Mpc = 71000 m/s / 3.26 · 10^6 años · 2'9979·10^8 = 1 / (13.8±0.4) ·10^9 años

Es decir, la edad de hubble es perfectamente compatible con la edad del universo.

T = 1 / Ho = (13.8±0.4) ·10^9 años

Edad = (13.7±0.3) ·10^9 años


Si no me equivoco, la edad de Hubble se correponde para un universo "vacío", o lo que e slo mismo, si la presión del vacío (o de la energía oscura) iguala a la atracción gravitatoria.

Todo ello me hace pensar que la expansión del universo podría ser lineal (ni acelerada ni decelerada) y ser independiente de los parámetros energéticos del universo. ¿Cómo puede ser eso?

Es mucha casualidad que justamente los dos importantes parámetros se compensen de tal modo, casi o sin el casi, como si no existiesen. ¿No será que realmente no influyen?.
Cuanto más aprendemos más sabemos que menos conocemos.



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alshain
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Mensajepor alshain » 13 May 2006, 08:26

Sixtino, estoy de acuerdo que los datos no son concluyentes aunque sí bastante sugerentes. Las observaciones realizadas desde las primeras de Perlmutter las han ido confirmando, aunque sin duda hay que dar tiempo al tiempo.

Para obtener un poco de perspectiva creo que un buen ejemplo es la observación de la variación del espectro de cuásares lejanos, que podría indicar un cambio en la constante de acoplamiento del electromagnetismo. Ahí los datos también han sugerido sin ser concluyentes, pero los errores son mayores, además de la incerteza en la modelización de los espectos, y ha habido datos posteriores que no han confirmado, aunque luego también otros volviendo a confirmar.

Esperemos. Sin duda la cosmología está en un momento apasionante.

Respecto del modelo de universo expandiendo linealmente no puedo mas que compartir tu observación. Es una casualidad muy curiosa. Es más, lo curioso es que para cualquier valor del parámetro de Hubble la edad del universo en el modelo lineal y en el modelo actual es siempre la misma, como puedes comprobar con mi calculadora cosmológica. Sin duda hay alguna razón matemática, pero no he hecho cálculos, por lo que no puedo profundizar sobre ello. La similitud entre ambos modelos podría tener sin duda alguna raíz más profunda.

Un saludo.

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