Nuevo en el foro y duda sobre constante cosmológica.

[Dubhe]

Hola a todos, buenas noches:

Soy nuevo en este foro y he pensado en él tratando de resolver una duda que desde hace unos días no he conseguido resolver.
He leído en varios libros de ciencia que Einstein añadió la Constante Universal Lambda, como un factor que incluido en sus ecuaciones de relatividad general no les quitaba consistencia y a la vez, permitía dar respuesta a la creencia que se tenía de un universo estacionario. Posteriormente tras las mediciones hechas por Hubbel sobre el corrimiento al rojo de galaxias por efecto doppler, el concluyó que la inclusión de esa constante había sido un error. ¿Por qué?
Sus ecuaciones tengo entendido demostraban que el universo se contraía, para lo cual se vio en la necesidad de incluir esa "nueva fuerza gravitatoria" para convertir su universo en estacionario. Posteriormente se demostró que esa lambda era necesaria pues el universo se expande, ¿por que se cuestionó su inclusión como un error? No lo entiendo.

Espero haberme explicado correctamente.

Un saludo de antemano.

[omarspa]

Buenas,

Para la mayoría de los científicos, la idea de que la velocidad de la luz puede cambiar supone un ultraje. Contradice por completo las teorías de Einstein sobre el espacio y el tiempo. Pero recientemente los astrónomos han empezado a comprender que el universo no siempre se comporta como sus teorías podrían llevarlos a pensar.

Para comprender lo que está en juego debemos regresar a dicha revolución científica. Todo comenzó en Berna (Suiza) en 1905. En los albores del nuevo siglo XX el complicado mecanismo de la física del siglo XIX comenzaba a mostrar señales de desgaste. Al final, fue demolido, pero no por un científico ya reconocido sino por un funcionario de patentes (Albert Einstein).

La herramienta que Einstein utilizó para destrozar el Universo (tipo mecanismo de reloj) fue la velocidad de la luz.
Sabía que durante 20 años, los científicos no habían conseguido superar un experimento que sugería que había algo decididamente raro cerca de la velocidad de la luz.

En la década de 1880, dos científicos americanos ( Albert Mickelson y Edwar Morrys) decidieron medir cómo se veía afectada la velocidad de la luz por el movimiento de la Tierra a través del espacio. Organizaron un experimento utilizando rayos de luz.

Nuestro planeta gira alrededor del Sol a 30Km/s, también gira alrededor de su eje, una vez al día de manera que todos los laboratorios de la Tierra giran a través del espacio.

Mickelson y Morrys supusieron que la velocidad del planeta se sumaría la velocidad de los aces de luz y de su aparato, por lo que esperaban ver una pulsación regular del modelo cada 6h ya que la velocidad de la Tierra se añadía a la velocidad de la luz en el primer az de luz y luego el otro.

La importancia de este resultado era que demostraba que no se puede sumar ni restar nada a la velocidad de la luz. Ésto era una contradicción directa a lo que se suponía debía ocurrir en el Universo (tipo mecanismo de reloj). Cuando el espacio y el tiempo están fijos la velocidad siempre debe sumarse.

Visto desde la acera, la velocidad de la luz desde un tranvía no se ve afectada por su movimiento, pero en cambio, el reloj mientras los pasajeros esperan gira más lento en comparación con un reloj fijo.

Pero Einstein no estaba satisfecho. El problema era que su teoría de la relatividad se deshacía cuando la gravedad se colaba en la foto y la gravedad era la fuerza dominante en el Universo.
Einstein comprendió que debía desarrollar aún más su noción de un espacio y un tiempo flexibles.

Durante 10 años, Einstein buscó una ecuación con la que expresar esta relación entre masa, energía y espacio-tiempo. Al final resultó ser asombrósamente sencilla (G = 8 · pi · T). Con 5 caracteres, la ecuación de campo de Einstein abarca la estructura de todo el Universo. Se considera uno de los logros supremos del pensamiento humano.

Pero Einstein no se detuvo. Sino que utilizó sus nuevas ecuaciones para describir el Universo entero. Fue un paso atrevido e inmediatamente surgieron dificultades. Dificultades que aún perduran.

El enfoque de Einstein se basaba en una osada suposición. Él sabía que las estrellas localmente distorsionaban el espacio-tiempo con formas complicadas que serían demasiado difíciles de calcular, pero creía que si retrocedía lo bastante toda la materia del Universo sería como las moléculas de una nube de gas: El fluido cósmico.
Desde esta perspectiva la forma del espacio-tiempo sería lo bastante uniforme y sencilla como para enfrentarse a ella. Pero cuando comenzó a calcular cómo se comportaría el Universo bajo la influencia de la gravedad se llevó una desagradable sorpresa.

Einstein descubrió que su ecuación predecía que toda la materia y la energía del Universo plegaría al espacio-tiempo en sí mismo. Pronto el Universo llegaría a su ardiente fin al derrumbarse las estrellas y las galaxias y formar una enorme bola de fuego.

Para Einstein, la constante cosmológica Lambda, estropeaba la belleza de su ecuación original pero no veía otra forma de estabilizar el Universo (G + Lambda · g = 8 · pi · T).

El problema de Einstein era que según su teoría el Universo era intrínsecamente inestable y debería haberse hundido o explotado hace mucho tiempo. Este es un misterio que sigue preocupando a los científicos en la actualidad.

Si desintonizamos un televisor recogerá las radiaciones de microondas del límite del Universo visible. Cuando comenzó su viaje, la luz era naranja, pero durante los 15 mil millones de años que lleva viajando el propio Universo ha crecido 1000 veces más estirando la luz de tal forma, que ahora la vemos como microondas. Nos calienta como calienta el cosmos entero, elevando en 3º la temperatura del espacio. Esta señal es prueba convincente de que el Universo no es inmutable como creía Einstein, sino de que todo lo que vemos a nuestro alrededor formó parte de una inmensa bola de fuego. Los primeros indicios de tan ardiente principio aparecieron cuando los astrónomos empezaron a examinar el espacio más allá de nuestra propia galaxia.

Si Hubble tenía razón y el Universo se formó a partir de una explosión cósmica, entonces sólo la fuerza de dicha explosión podría bastar para equilibrar la tendencia de la gravedad a hacer que el Universo se desplome y muera. Quizás esa era la forma de estabilizar el Universo y de resolver el problema de Einstein.

Tras un encuentro entre Hubble y Einstein, el primero logró convencer a Einstein de la expansión del Universo.Aliviado, Einstein, regresó a la forma original de su teoría general de la relatividad.

Pero el optimismo de Einstein era prematuro. Poco a poco los cosmólogos fueron comprendiendo que el Big Bang no resuelve el problema de la estabilidad del Universo.
Para los físicos del siglo XXI, Joeau Magesou y Andy Aldrei, la vanguardia de la investigación sigue siendo el problema identificado por Einstein en 1916.

El Universo se ha ido expandiendo poco a poco durante 15 mil millones de años, tiempo de sobra para que las estrellas, los planetas y los cosmólogos evolucionen. El problema es que es casi imposible que del Big Bang salga un Universo que se expanda poco a poco, o bien se expande demasiado rápido o se repliega sobre sí mismo. En cualquier caso el Universo no podría durar demasiado.

Para producir la expansión poco a poco, la densidad de la energía tiene que ser precisamente la correcta.

Sin embargo, algo estableció el Universo correctamente. Algún misterioso proceso consiguió que la materia y la energía tuvieran la misma densidad en todas partes, manteniendo el cosmos en un equilibrio perfecto.
Los científicos denominan a esto "el problema de la planeidad". El problema de la planeidad es el hecho de que el Univesro es como un lápiz que puede mantenerse sobre su punta durante 15 mil millones de años. Y aún es mucho peor: Nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.

El Universo es muy grande, más grande de lo que podemos imaginar y de lo que podemos ver. Hay regiones del espacio tan lejanas que son invisibles porque la luz que viene de ellas aún no ha tenido tiempo de alcanzarnos. En efecto, estamos rodeados por un horizonte. Este horizonte ha estado creciendo a la velocidad de la luz desde los comienzos del Universo. Pero más allá de él, existen regiones con las que nunca hemos tenido ningún tipo de contacto.

Como nada, ni la energía ni ningún proceso físico puede viajar a más velocidad de la luz, nada puede cruzar el horizonte.

Para entender lo que esto significa imaginemos que podemos viajar en el tiempo, veríamos el Universo encojerse en lugar de expandirse, pero nuestra vista encojería a mayor velocidad porque nuestro horizonte menguaría a la velocidad mayor posible, la velocidad de la luz.

Las galaxias que hoy son visibles serían invisibles para nosotros en el pasado y también entre ellas. De manera que el Universo del principio estaba dividido en pequeñas islas aisladas dentro de sus pequeños horizontes.
Esta imagen de un Universo inconexo se estrella contra la idea de un único proceso equilibrante necesario para resolver el problema de la planeidad.

Los cosmólogos aún estaban confusos, la única manera de sortear la barrera del horizonte era suponer que toda la región que vemos hoy en día comenzó siendo tan diminuta que, podría caber dentro de un único horizonte. Esta idea denominada inflación fue propuesta por Alan Wood y desarrollada después por Paul y su colega Andy.

En la actualidad, su versión de la inflación es generalmente aceptada entre los científicos. Pero es el propio Andy el que nunca se ha visto plenamente convencido por su propia teoría.

Un día Joeau vió que había una forma más sencilla de resolver el problema del horizonte. La variabilidad de la velocidad de la luz. Era una idea audaz, demasiado audaz.

Joeau encontró ese terreno seguro cuando la Royal Society le otorgó una prestigiosa beca de investigación. Entró a formar parte del grupo de Andy en el Imperial College. Los dos empezaron a trabajar sobre la idea de Joeau.

Joeau y Andy estaban creando una física completamente nueva. A medida que exploraban este nuevo y extraño mundo comenzaron a presentir que, a lo mejor, conseguían resolver algo más que el problema del horizonte.

Según la física convencional, la energía se conserva. Puede transformarse pero no puede crearse ni destruirse. Éste es el principio de conservación de la energía y significa que la cantidad total de energía presente en el Universo es fija. De manera que la densidad de energía que el Universo necesita debe quedar perfectamente establecida desde el principio.

Según su teoría, durante el principio del Universo la velocidad de la luz disminuía, lo que permitía al cosmos construir un termostato que creaba o destruía energía de manera que la densidad crítica se mantenía con exactitud. De esta manera el Universo permaneció en equilibrio durante miles de millones de años.

Joeau y Andy habían empezado intentando resolver el problema del horizonte y se tropezaron con una teoría que resolvía el misterio que había perseguido la cosmología desde tiempos de Einstein. Habían hecho un Universo que era intrínsecamente estable, que se había mantenido en equilibrio por medio de la creación o destrucción de la energía. Una teoría que predecía que el Universo se veía como lo vemos hoy. Sin embargo, aún era sólo eso, una teoría. Las pruebas sólo podrían salir de las profundidades del espacio-tiempo. Pero lo que los astrónomos descubrieron allí asombró a todo el mundo, porque sugería que la velocidad de la luz también era la clave del mayor misterio de la cosmología. ¿Qué ocurrió antes del Big Bang?

Hace tiempo, cuando el Universo era jóven la luz viajaba a más velocidad de lo que lo hace hoy. Las leyes de la física eran muy distintas, esa al menos era la teoría. Las pruebas sólo podrían surgir de los mayores telescopios del mundo. Mientras se estudian los confines lejanos del espacio, los atrónomos también retroceden en el tiempo.

En 1998, el astrónomo británico John Webb comenzó a sentirse interesado en si la constancia fundamental de la Naturaleza podría cambiar a medida que el Universo evolucionaba.

Cuando la luz atraviesa una nube de gases interestelares colisiona con los electrones y las moléculas de gas y esto crea un dibujo de líneas negras en su espectro. John Webb se fijó en que este dibujo se veía distinto en el espectro de las nubes más lejanas. La influencia era asombrosa, o los electrones eran distintos, o la velocidad de la luz era mayor en el pasado lejano.

Pero más lejos, en el espacio y el tiempo un descubrimiento aún más asombroso esperaba a los astrónomos. En la actualidad, la cosmología está repleta de noticias que anuncian el regreso inesperado de una idea descartada hace 70 años, la constante cosmológica de Einstein, lambda.

Para Joeau eso significaría llevar su teoría aún más lejos. Ahora cree que la constante cosmológica podría ser el nexo que une los cambios en la velocidad de la luz al origen del Universo.

Lambda tiene una propiedad interesante y es que hace que la gravedad tenga una propiedad repelente.
Lambda produce una gravedad que repele las cosas en vez de juntarlas y eso parece ser, lo que le está ocurriendo al Universo, que algo lo está separando.

Desde que Hubble convenció a Einstein de que el Universo se está expandiendo, los astrónomos han intentado medir su ritmo de expansión. La diferencia surgió cuando comenzaron a centrase en las estrellas que explotaban, denominadas supernovas. Pensaron que les permitirían hacer un mapa de la suave desaceleración del Universo, pero lo que encontraron fue precisamente lo contrario.

Algo está afectando al delicado equilibrio del Universo, separando a las galaxias a mayor velocidad. Es una nueva fuerza en el vacío del espacio. Es como si el espacio-tiempo estuviera lleno de energía. Enterrado entre las ecuaciones de esta teoría, Joeau ha encontrado un nexo oculto entre esta energía y la velocidad de la luz.

Según la teoría de Joeau un cambio en el vacío puede producir un descenso en la velocidad de la luz, pero esto a su vez, reduce la cantidad de energía que el vacío puede retener obligando a la energía a abandonarlo para pasar a la materia y a las radiaciones normales. ¿Podría ser éste el genio del Universo?¿Qué ocurrió antes del Big Bang?

Al principio estab el vacío, pero el vacío no era la nada y había luz y la luz cambió. Y el vacío produjo el mundo, y el mundo estaba bien hecho porque duró hasta que el hombre pudo comprenderlo. Pero ocurrirá que algún día la energía del vacío habrá expulsado lejos a todas las cosas, quedanto tan sólo el vacío. Pero el vacío no es la nada.

El audaz reto de Joeau a la constancia de la luz lo ha llevado a observar el cosmos desde un punto de vista totalmente nuevo, en el cual el Universo ya no tiene un principio y un fin, sino que es eterno. Un ciclo interminable de Big Bangs producidos a partir de la basta reserva de energía del vacío.

Al igual que todos los cosmólogos que procedieron, Joeau se ha llevado por la teoría que dió comienzo a todo, un buen indicio del genio de Einstein es que incluso que cuando se equivocaba tenía razón. Lo que él consideró su mayor error podría acabar siendo el más importante de sus legados.



Bueno, espero haber resuelto tu duda. Podrán apreciarse fallos de escritura tales como faltas de ortografía y los nombres no son del todo exactos porque no los recuerdo bien, pero en general espero haberme explicado de una manera clara y concisa.

Saludos.
O.R.

[omarspa]

Por cierto.... Bienvenido al foro!

Saludos.
O.R.

[Dubhe]

Hola Omarspa, buenos días.

Antes de iniciar mi tercera lectura de tu magnifica respuesta, quiero darte las gracias por la misma. Si bien hay cosas que me cuesta interpretarlas, en lo referente a mi pregunta he podido resolver mi duda; pero como has escrito tanto, ahora tengo más trabajo. Pero me gusta. Está bien.
De nuevo gracias, muchas gracias por tu pronta respuesta.

Un saludo

[Avicarlos]

Bienvenido omarspa. Prodígate por este foro, que nos hacen falta foreros como tú.

Saludos de Avicarlos.

[moron]

Magnífico resumen omarspa !!!, me he quedado con ganas de más...aunque supongo que tu no pensarás lo mismo, debe haberte llevado un buen rato redactar todo eso, pero desde luego merece mucho la pena, gracias.

[Comiqueso]

Recientemente han medido la constante gamma (la curvatura del espacio causada por la gravedad) y encontrado un valor muy cercano al uno, o exactamente uno con el margen de error



http://www.amazings.com/ciencia/noticias/071009a.html

[omarspa]

Hola a todos,

Gracias por las respuestas. Para ser sincero me pegué alrededor de 1 hora escribiendo todo ese legado. Habría hecho mejor en resumírtelo pero no lo ví oportuno para manejar los diferentes conceptos.

Avicarlos no soy yo el recién llegado pero gracias de todos modos. ¿Eres tú el antiguo Carlos que andaba por estos foros?


Comiqueso, gracias por la noticia. Esta noticia no hace más que confirmar lo que ya Einstein se apresuró a interpretar mediante ecuaciones diferenciales. La curvatura que produce el Sol en el espacio-tiempo por el hecho de tener masa y a su vez por la gravedad, debían tener un equlibrio perfecto y perpetuo, nada mejor que la unidad. Una vez más, Einstein no se equivocaba.

Pero me pregunto yo, ¿Al igual que la luz, no ha permanecido invariable a lo largo de miles de millones de años, ésta gamma descubierta o medida habrá permanecido variable o invariable a lo largo del tiempo?

Saludos.
O.R.

[saturn3]

Hola,

Vaya pedazo de respuesta.

Yo simplemente quería hacer un comentario. Cuando hablas de la luz no ha permanecido invariable a lo largo de la millones de años. ¿Este es un hecho probado? Lo digo porque hace poco estuve viendo un reportaje sobre este tema y no me acuerdo del nombre del científico que encabezaba la investigacion pero al final la conclusión es que no se había tales pruebas, es más, al principio estaba bastante ilusionado (me refiero al cientifico) con la idea pero poco a poco no era consistente. Siento el no poder dar mas de detalles pero es que no me acuerdo.
Por otro lado, estan los de la Quantum Loop Gravity que predecían dicha variación pero que no se ha visto confirmado con un experimento reciente que al contrario ha demostrada dicha constancia.

Con esto yo pensaba que no había ninguna propuesta con "pruebas" de dicha variacion pero si no es así ¿podrías poner un link con más informacion sobre el tema?

Un saludo y muchas gracias

[omarspa]

Hola Saturn3,

Siento no poder dar respuesta a tu duda, básicamente porque aún hoy en día se siguen haciendo tales experimentos para confirmar dicha variación. Como comprenderás, en el mundo de los científicos (y el método científico) si teorizas sobre algo, ese algo debe ser práctico para toda la comunidad científica.

Actualmente, no todos los laboratorios tienen un desarrollo tan abismal, por lo que habrá que esperar para confirmar dicha variabilidad.

Por otro lado, tenemos el LHC entre suiza y francia, que probablemente dará luz a muchas de las incógnitas que a fecha de hoy se mantienen en las ecuaciones aparcadas del siglo XX.


Saludos.
O.R.