Cosmológicamente hablando, los diamantes podrían ser realmente para siempre

Robert Scherrer y Lawrence Krauss

Si te has preguntado por el destino final del Universo, Lawrence Krauss y Robert Scherrer tienen algunas buenas noticias…en cierto modo.

Tal y como han escrito en la revista Physical Review D, los dos físicos demuestran que la materia como la conocemos permanecerá cuando el Universo se expanda a un ritmo cada vez mayor. Esto es, el actual status quo entre la materia y su alter ego, la radiación, continuará cuando la recientemente descubierta fuerza de la energía oscura expanda el Universo.

“Los diamantes podrían ser realmente para siempre”, bromea Krauss, Profesor de Física y Astronomía en la Universidad de Case Western Reserve (CWRU) quien está pasando un año en Vanderbilt. “Una de las cosas positivas que han surgido del dominio del Universo por parte de la energía oscura es que ¡la materia conseguiría batir a la radiación para siempre!”

Aunque esto puede no sonar muy sorprendente en realidad va en contra de la creencia convencional entre los cosmólogos. Hoy, hay más materia que radiación en el Universo. Pero hubo periodos durante el inicio del Universo que fueron dominados por la radiación debido al decaimiento de partículas. La visión generalmente aceptada del futuro lejano ha sido que las partículas de materia común – protones y neutrones en particular – decaerán gradualmente en radiación a lo largo de billones y billones de años, dejando un Universo en el cual la radiación domine de nuevo sobre la materia; un Universo carente de estructuras materiales necesarias para la vida.

Sólo en la última década la existencia de la energía oscura ha sido reconocida. Antes de esto Krauss y sus colaboradores argumentando su existencia basados en pruebas indirectas, pero la primera prueba directa llegó en 1998 cuando una gran investigación de estrellas en explosión, llamadas supernovas, revelaron que el Universo se está expandiendo aparentemente a una razón cada vez mayor. La energía oscura actúa como una clase de antigravedad que conduce la expansión del Universo a grandes escalas. Dado que está asociada con el espacio mismo, también es llamada “energía del vacío”. Un número de observaciones siguientes han apoyado la conclusión de que la energía oscura cuenta con aproximadamente un 70 por ciento de toda la energía del Universo.

“El descubrimiento de la energía oscura lo ha cambiado todo, pero ha cambiado la visión del futuro más que la del pasado. Está entre los peores de todos los posibles futuros para la vida”, dice Krauss, quien ha pasado los últimos años explorando sus implicaciones. En un Universo en eterna expansión hay al menos una oportunidad para que la vida perdure para siempre, pero no en un Universo dominado por la energía del vacío, según han concluido Krauss y el colaborador de CWRU Glenn Starkman.

A medida que el Universo se expande, los objetos más distantes se alejan den a mayor velocidad. Cuando más rápidamente se aleje el objeto, más luz que provenga del mismo estará “desplazada al rojo” a mayores longitudes de onda. Cuando su velocidad de alejamiento alcance la velocidad de la luz, desaparecerán debido a que están viajando más rápido que la luz que emiten. De acuerdo con Krauss y Starkman, el proceso de desaparición ya ha comenzado: Hay objetos que eran visibles cuando el Universo tenía la mitad de su edad actual que ahora son invisibles. No obstante, el proceso no se hará verdaderamente notable hasta que el Universo tenga 100 mil millones de años. Dentro de 10 billones de años, nada más que nuestro cúmulo local de galaxias será visible.

Desde la perspectiva de civilizaciones futuras, este proceso pone un límite finito a la cantidad de información y energía que estará disponible para mantener la vida. Suponer que la consciencia es un fenómeno físico, implica que la vida en sí misma no puede ser eterna, argumentan Krauss y Starkman.

“Nuestro estudio actual no cambia el proceso, pero lo hace un poco más amigable para la materia y menos amistoso para la radiación”, dice Scherrer, Profesor de Física en Vanderbilt.

En su artículo, Krauss y Scherrer analizaron todas las formas en las que la materia común y la materia oscura podían decaer en radiación. (La materia oscura es distinta de la energía oscura. Es una forma de la materia desconocida que los astrónomos sólo han sido capaces de detectar por sus efectos gravitatorios en la materia común en las galaxias cercanas. En este punto, los físicos no tienen idea de si es estable o si finalmente decaerá como la materia común.) Dadas unas restricciones conocidas en estos procesos de decaimiento, ambos demuestran que ninguno de ellos puede producir densidades de radiación que superen la densidad de la materia remanente. Esto está en contra del sentido común debido a que cuando la materia se transforma en energía, se hace de acuerdo con la ecuación de Einstein, E=mc2, y produce copiosas cantidades de energía.

“Lo sorprendente es que la radiación desaparece tan rápido como se crea en un Universo con energía oscura”, dice Krauss.

La razón para el desvanecimiento de la radiación involucra la expansión del espacio. La expansión del espacio disminuye la densidad de la energía radiante de dos formas. La primera incrementando la separación entre los fotones individuales. La segunda es reduciendo la cantidad de energía portada por cada fotón individual. La energía de un fotón está contenida completamente en su campo electromagnético. Cuando más corta es su longitud de onda y más alta su frecuencia, mayor energía contiene. Cuando es el espacio mismo el que se expande, las longitudes de onda de todos los fotones dentro del mismo se expanden y su frecuencia cae. Esto significa que la cantidad de energía que contiene cada fotón individual también decrece. Tomados juntos, estos dos efectos reducen drásticamente la densidad de energía de la radiación.

Los protones y neutrones, por contra, sólo sufren el efecto de separación. La mayor parte de la energía que portan está vinculado a su masa y no se ve afectado por la expansión del espacio. En un universo acelerado, esta es ventaja suficiente para mantener el predominio de la materia…para siempre.


Autor: David F. Salisbury
Fecha Original: 25 de abril de 2007
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