Vivimos en un universo que se expande. Las galaxias lejanas se alejan de nosotros, y estas galaxias nos ven alejándonos de ellas. Si invertimos el tiempo y rastreamos esta expansión, se deduce que el universo ha evolucionado a partir de un denso estado primigenio/primordial.
La idea del Big Bang se resume en esas tres frases.
¿Suena fácil?
La historia demuestra que la idea de un gran estallido es difícil de tragar, aún manteniéndolo algunas de las mentes más brillantes de la historia de la ciencia. Durante miles de años, la humanidad ha peleado con la pregunta básica: “¿Tiene el universo un inicio?”. En retrospectiva, la respuesta estuvo al alcance hace más de tres siglos.
Oportunidades perdidas
Cuando Isaac Newton descubrió la ley del movimiento y la gravedad, tuvo problemas con el hecho de que estas leyes hacen que el universo sea inestable. El comportamiento de los cuerpos celestes no es diferente de una manzana cercana a la Tierra. El material de los cuerpos no permanece en una configuración estable separada, de la misma forma que una manzana no flota sobre la tierra. Inevitablemente, la tierra y la manzana terminarán uniendose, y de igual forma los cuerpos celestes que conforman el universo.
Newton podría haber argumentado que sus leyes son reversibles en el tiempo, y que una inversión de un colapso daría un universo expandiendose que es totalmente compatible con sus leyes de la física. Incluso podría haber concluido que son posibles tres diferentes modelos para un universo dinámico: 1) Un universo que se expande por siempre (El inverso de una manzana impactando en la tierra como un meteoro), 2) un universo que experimenta una expansión seguida por una contracción (el inverso de una manzana arrojada al aire con una velocidad inferior a la velocidad de escape), y 3) el escenario intermedio en el cual el universo desacelera pero nunca se comprime (el inverso de una manzana cayendo a la tierra empezando en un punto fijo en el infinito).
Más de dos siglos después, otro verdadero gigante de las ciencias ha tenido una aún mejor oportunidad de predecir un universo expandiéndose, pero también falló. Incluso peor, cuando Albert Einstein descubrió que su teoría de la gravedad no permitía un universo estable, comenzó a ajustar sus ecuaciones. Incluso para un renombrado científico como Einstein, un Big Bang en el universo era un concepto muy descabellado.
Aceptando el Big Bang
La clave es que ambos, Newton y Einstein, carecian de evidencias de observación directa para una expansión cósmica. Aparentemente, sin tal evidencia física, es virtualmente imposible considerar la expansión cósmisca. Incluso con tal evidencia, aceptar la cosmología del Big Bang está lejos de ser un hecho. En 1929 Edwin Hubble hizo el descubrimiento de que las galaxias distantes se separaban unas de otras a velocidades proporcionales a su distancia. Aun así, llevó décadas y la observación de una verdadera reliquia de el Big Bang (el fondo cósmico de microondas) en la década de 1960, a fin de que el Big Bang fuera ampliamente aceptado como el modelo cosmológico estándar.
Si las más brillantes mentes han luchado bastantes años con el concepto de un universo en expansión, ¿quién puede culpar a un incrédulo por negarse a aceptar el Big Bang? Para empeorar las cosas, el tratamiento de la expansión cósmica en la literatura de ciencia popular es confusa y frecuentemente inconsistente o incluso engañosa.
En su reciente libro ‘De la eternidad a aquí‘, Sean Carroll hace esta declaración: “[..] de todos los confusos aspectos de la cosmología moderna, probablemente ninguno ha sido sujeto de tantas malas interpretaciones o simples falsas declaraciones [..] como el Big Bang”.
Hace cinco años, La revista Scientific American publicó un artículo con el título “Ideas erróneas sobre el Big Bang“. Los autores de este artículo, Lineweaver y Davis, manifestaron que:
“Reconocidos físicos, autores de libros de texto de astronomía y prominentes divulgadores de ciencia han hecho declaraciones engañosas o fácilmente malinterpretables sobre la expansión del universo. Debido a que la expansión es la base del modelo del Big Bang, estos malentendidos son fundamentales.”
Estoy de acuerdo con esos sentimientos. De hecho, considero un pequeño milagro que tantas personas parezcan aceptar un concepto tan mal explicado y desinformado como el Big Bang.
Visualizando el Big Bang
¿Cómo puede usted visualizar el Big Bang? Si le pido que los dibujo, ¿intentaría usted dibujar una explosión o algo similar a esto?
Como representación del Big Bang, ésta imagen tiene fallos graves. Imaginar el Big Bang como una explosión con origen en un punto específico del espacio, representa una gran violación del principio cosmológico. Este principio declara que el universo no tiene una posición determinada, ni una dirección determinada. Usted puede pensar que el Principio Cosmológico no es más que el desacreditado concepto de geocentrismo de Copérnico llevado a sus últimas consecuencias: desde una perspectiva cosmológica, nuestro lugar en el universo no es especial, y tampoco lo es ningún otro lugar. Sin embargo el Big Bang no sucedió en un punto particular. Pasó en todas partes. El Big Bang representa una singularidad temporal en vez de una singularidad espacial.
¿Podemos crear una visualización del big bang que sea entendible, respetando la física? La clave del desafío para cualquier visualización del Big Bang es que en alguna forma necesita traducir las leyes de la Relatividad General de Einstein, las cuales dictan la expansión cósmica en términos de espacios metricos, hacia una mas fácilmente entendible descripción cinemática de las galaxias apartandose. Las personas pueden comprender una explosión de galaxias separándose, pero no lidiar con un concepto matemático abstracto tal como una métrica Robertson-Walker.
Comencemos con una explosión uniforme en un espacio uni-dimensional. Se vería como esto:
Usted puede pensar que los puntos representan galaxias alejándose. Cada galaxia parece estar alejándose de las otras, y las galaxias mas distantes se alejan proporcionalmente mas rápido unas respecto a las otras. Esto es exactamente la expansión observada por Hubble.
Hay un grave problema. Las galaxias que están más separadas, se alejan unas de otras más rápidamente, y más alla de una cierta distancia, las galaxias se alejarán más rápido que la velocidad de la luz. Para corregir esto, necesitamos traer algún concepto relativista a escena. Primero, representaremos la explosión galáctica unidimensional en el espacio-tiempo:
La separación espacial es representada horizontalmente y el tiempo verticalmente. En esta imagen la pendiente de la trayectoria de la galaxia representa su velocidad (como se observa en la galaxia del centro de la imagen).
Para hacer esta imagen relativista correcta, necesitamos ‘doblar’ las trayectorias de tal forma que el ángulo con el eje vertical (tiempo) permanezca menor que el ángulo correspondiente a la velocidad de la luz. Este doblez corresponde a la muy conocida dilatación temporal relativista: El tiempo corre mas lento para los objetos que se mueven rápido. Entonces imaginemos que cada galaxia lleva un reloj que inicia su conteo en el momento del Big Bang, y trazamos la posición de las galaxias cuando todos los relojes galácticos muestran la misma hora. Obtendremos la siguiente imagen:
Note que el tiempo indicado a lo largo del eje vertical se asocia con la galaxia central en esta imagen. Desde la perspectiva de esta galaxia central, las galaxias más alejadas se mueven más rápido y sus relojes más lentamente, y entonces alcanzan una posición dada sólo cuando el reloj de la galaxia central indica un tiempo más largo. Esto causa el ‘doblamiento’ de la linea de galaxias. Trazando todas las galaxias a un tiempo (cosmológico) correctamente sincronizado, habremos integrado de manera efectiva relativisticamente el tiempo y el espacio y creado la curvatura espacio-tiempo (línea amarilla) que se extiende más recta con el tiempo:
Note que en esta imagen el Big Bang (tiempo cósmico cero) está representado por dos líneas rectas: dos destellos de luz opuestos llenando todo el espacio.
Ahora, estamos listos para representar el universo visible tal y como se aprecia desde la galaxia central en la imagen. Estos no son más que los rayos de luz viajando de el pasado y terminando en el punto central. En un universo unidimensional hay dos de esos rayos de luz, indicados por los segmentos de linea verde en la figura siguiente:
Para representar esta visualización mas completa, la fase temprana opaca del universo (en amarillo) se distingue de la fase transparente. La comunicación entre las dos representa la ‘superficie de última dispersión’. Esta superficie marca el fondo visible de el universo. Es visible como el fondo de microondas cósmico, el resplandor del Big Bang descubierto en 1964 y trazado por los satelites COBE y WMAP.
Una vez más: el Principio Cosmológico
Bien, entonces si usted quiere imaginar el Big Bang como una especie de explosión, la imagen correcta es la mostrada arriba. Ésta respeta la Teoría de la Relatividad, aunque es una caricatura de ‘la realidad’ porque sólo se representa una dimensión espacial, y los efectos de la gravedad son ignorados. Sus características cualitativas, sin embargo, son correctas.
Pero espera un segundo: ¿Qué pasa con el Principio Cosmológico? Claramente este principio es ampliamente violado: la galaxia en el centro de la imagen ocupa un lugar muy especial en este universo unidimensional, tal vez a Ptolomeo podría gustarle este modelo, pero a Copérnico y Galileo ciertamente no.
¡No tan rápido! Aquí es donde la magia de la Teoría de la Relatividad de Einstein entra en juego. En la imagen de arriba, la galaxia central parece especial, pero esto es sólo porque la hemos representado en el universo desde la perspectiva de esta galaxia en particular. Podemos “desplazarnos” a través de este universo unidimensional y experimentar un universo que luce igual desde cualquier perspectiva alterna:
Claramente cada galaxia ocupa una posición equivalente. Nuestro modelo unidimensional obedece el Principio Cosmológico en la forma más detallada posible. Cada punto de este universo está en el centro del mismo. Es sólo una cuestión de perspectiva.
Algo obvio en esta imagen es que el “traslado” puede continuar indefinidamente, Este universo es realmente infinito. Sin embargo, desde la perspectiva de cada galaxia, el universo observable (los rayos de luz verde que emanan de la superficie de luz, se dispersan e iluminan la galaxia) es finito. Note sin embargo que diferentes galaxias tienen distintos universos observables asociados a ellas.
Hay mucho más que decir sobre este modelo del universo, pero permítanme detenerme aquí, y hacerles una pregunta concluyente: ¿Aceptas el Big Bang? ¿Lo consideras una verdad como consideras una verdad que la Tierra no es plana?
Y si no, ¿te has preguntado por qué la noche es oscura?
Autor: Johannes Koelman
Fecha Original: 24 de febrero de 2010
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No obstante, si quisiéramos visualizar el Big Bang en una regresión espacio-tiempo desde la actualidad, como si miráramos el universo desde un telescopio en la Tierra que permitiera llegar al punto de inicio, la representación real se asemejaría bastante a la “érronea” explosión tridimensional representada en el artículo, ¿me equivoco?
La paradoja de Olbers xD.
Me alegro mucho de que los defensores, de verdad, del Big Bang empiecen a tomarse la molestia de darse cuenta que el modelo es bastante chapucero y va a tener problemas de relaciones públicas. Esto redunda en beneficio de todos. Pero la gran pregunta es si nuestra experiencia acumulada puede lidiar con algo tan vasto. Aceptar los límites siempre ha formado parte de la estabilidad de las personas.
Ahora que lo pienso, no tiene sentido que las galaxias se alejen de un punto que nunca existió, si creemos que el big bang crea el espacio-tiempo. Tendría sentido si primero crea el espacio-tiempo y luego la materia explosiona para alejarse.
segun entiendo, en el big bang no hubo un punto inicial de donde partió la explosion: te estas imaginando el big bang como una granada que explota, en un tejido del espacio-tiempo fijo.
Realmente el que explota es el tejido de espacio-tiempo en si, no hay un punto inicial, lo que paso es que todos los puntos del universo estaban concentrados es un espacio “casi” puntual, y de golpe empezaron a separarse muy rapidamente. Trata de imaginarte como se veria esto de que “…el Big Bang no sucedió en un punto particular. Pasó en todas partes…”.
CLARO! paso en todas partes por que “todas partes” estaban concentradas en un punto
Igualmente, a pesar de algunos puntos flojos en la teoria del big bang, sigue siendo la mas aceptada por la mayoria de como se inicio el universo.. si alguno tiene una mejor que la publique… Hay que seguir investigando y trabajando bajo este concepto para perfeccionar el modelo. Muy interesante articulo.
wow lo mejor de hoy.
entonces si el big bang no tenia una zona especifica. entonces nunca veriamos el “inicio” de este universo?
¿podemos “ver” el pasado?
yo supongo que no, el pasado se forma por tantos elementos, muchos de los cuales ya se “disiparon” en el tiempo y/o el espacio, podríamos ver algunos elementos aislados y muy degradados, como ondas de luz, el fondo de microondas cósmico, pero nunca el escenario completo…
Imagino que estamos a orillas del mar (es lo bueno de vivir en Cancún) y nos llega con la marea un pedazo de madera e intentamos averiguar si esa madera pertenecia a un barco, o a una lancha, o a una choza, o quizás a una antigua escalera… claro que siempre podemos comparar esa pieza con otras conocidas y determinar con bastante seguridad de donde proviene, pero si no tenemos contra que comparar ¿como sabemos que es lo correcto? y es donde entran en juego las teorías de como debió ser y de (según nuestros conocimientos) cuales huellas deben perdurar hasta nuestros tiempos y distancia, pero sigue siendo teorías basadas en lo poco que sabemos.
FRV
A mí me vas a perdonar Jurl pero llevo varios días leyéndote y, descarnando tus alegatos, no veo otra cosa que metafísica y escolástica. Un refrito de el inmanente-remanente o de que el hombre no puede conocer a dios-universo. Es más, te parece que las herramientas y caminos que empleamos para ir saliendo gradualmente de la ignorancia-inconsciencia propia de los animales no son adecuadas porque, primero no llevan al conocimiento absoluto e inmediato, y segundo están equivocadas. Ya sé que llevas cuidado de no autopontificarte como detentador de la verdad absoluta, pero aun así, es lo que haces. Me parece perfecto que se desafíen los paradigmas actuales, pero quizá eso suponga perder de vista que por definición, como todo en ciencia, son eventuales y mejorables, que la ciencia o el conocimiento, tal como ha evolucionado en la especie humana hasta ahora, es acumulativo, grupal, aportativo, comunal…. depende de las circunstancias y no avanza linealmente, incluso retrocede e incluso ahora hay un sutil movimiento para desprestigiar a toda la ciencia y su potencial más o menos emancipador… y puede que lo único que se pretenda sea contemplarse el propio ombligo revestido de desafío, aunque particularmente y sin que nadie se entere yo leo otra cosa, dándome la impresión de que lo que te molesta es el cariz de verdad religiosa de las teorías científicas. Pero eso es una falacia, puesto que ambas cosas se excluyen entre sí. En otras palabras, sea la teoría del big bang, la de la acreción planetaria o la producción industrial de leche de ornitorrinco en Australia citerior, las teorías, con sus fallos, que constituyen los paradigmas actuales son las que, por consenso, mejor se adecúan y explican las observaciones. Los humanos no pasamos de cazadores-recolectores a habitantes de los atascos de tráfico sin pasar antes por inventar, o desarrollar si lo prefieres, el sonajero. Maracas en versión adulta que, como todo el mundo sabe, dan lugar a la rueda por el método de seccionarlas en rodajas a lo largo del eje mayor. Ah ¿que no? Bueno, estoy abierto a cualquier discusión metafísica. De acuerdo que quizá los atascos no puedan ni deban considerarse un avance para la humanidad, sin embargo es un consenso paradigmático por cuanto supone una tecnología, una industria y, sobre todo, un que no nos vamos a quedar ahí ya que es manifiestamente mejorable. Y no es que me moleste, te lo sugiero por si no te lo habías notado. Bueno, permíteme una rectificación, no, no estoy abierto a discusiones metafísicas, perdona.
No tengo nada que perdonar, que son debates de ideas, que le repliquen a uno es precisamente síntoma de que interesa lo que dice, por tanto soy yo el agradecido xD. Pero el que digas lo que dices me hace ver que no me explico nada bien. Precisamente, lo que digo es que el paradigma del Big Bang está impregnado de filosofía, de demasiada filosofía: que si el Universo tiene un origen, que si es autoconsistente, que si principio antrópico, que si esto, que si lo otro…
Precisamente, yo quiero que se aplique el método a rajatabla y las pajas al váter.
No es exactamente el cariz de verdad religiosa, es la GRATUIDAD del axioma porque sí. Desde luego que el conocimiento científico se usa para avalar ideologías de todo tipo. Sin embargo, creo que estaremos de acuerdo que un modelo científico difícilmente puede avalar una ideología, no siendo que la propia ideología se sustente sobre bases empíricas. Una revolución como la Evolución no podía avalar nada, y no avaló nada más allá de desacreditar el racismo y derrumbar ideologías. El poder de la Ciencia hasta ahora se ha manifestado como un poder para eso, para derribar ideologías. De donde no es muy difícil intuir que las ideologías es la forma que usa el cerebro para modelar nuestra ignorancia.
Insisto, a poco que rasques en historia, verás que las analogías son asombrosas. No es un dejà vu, es el mismo error de siempre.
Aplicando estrictamente el método científico, no está escrito en ningún sitio que la mente humana tenga capacidad eternamente recurrente-expansiva para ir entendiendo todo. Es más, de sugerir algo, se sugiere lo contrario: que antes o después toparemos con un límite insalvable, porque la ciencia nos ha ido mostrando antes que otra cosa, límites. Así que se venga alguien y se descuelgue cogiendo unas escalas que se salen, literalmente, y me las quiera colar por el tamiz de lo cotidiano como si tal cosa, es él el que hace filosofías, no yo, que me atengo escrupulosamente al método.
Siempre me e imaginado el universo como una esfera con su centro (punto inicial de explosión).
ersuniel, es mas simple de lo que pareces entender, creo que no entiendes lo que significa ciencia.
Yo la verdad, le doy las gracis a FRV porque el artículo que ha traducido es interesante. Por cierto, no veo que el artículo cuestione la Teoría del Big Bang.
Cuestionarla no es malo, la ciencia avanza poniendo todo en tela de juicio. Pero desde luego nadie ha planteado un modelo alternativo que se ajuste más a las observaciones, que sea capaz de superar al Big Bang, a pesar de los inconvenientes que tiene. Pero nada es perfecto, excepto los dogmas religiosos y el pensamiento no racional. Así que propongo que, si alguien tiene un modelo mejor, que lo diga.
(Cri, cri, cri, cri, cri = el grillo de las películas)
Pues entonces, seguiremos con el Big Bang. Está bien la actitud crítica de Jurl, aunque la imperfección de una Teoría no significa que hemos de descartarla del todo si es capaz de describir lo observado mejor que cualquier otra. Además, la Ciencia es “reutilizable” en muchos casos y los trabajos anteriores sirven para avances posteriores; la RG de Einstein no invalida la aplicación de la Ley de Gravitación Universal de Newton para entornos no relativistas.
Yo creo también que Ersuniel conoce bien la Ciencia, que como todo lo humano, es imperfecta y avanza lentamente y no siempre por un camino recto y predecible, sorteando obstáculos y tropezándose.
Además, estoy muy interesado en la producción industrial de leche de ornitorrinco en Australia citerior.
SalU2
Muy buen artículo, pero debo admitir que en un principio sí parecía ser de esos escritos por el listillo de turno que cuestiona todas las teorías con conocimientos de secundaria. Sera por la forma en la que inicia, pero tiene un aire por ahí….por supuesto, al avanzar la lectura, todo queda claro y es sin duda un muy buen artículo
Muy buen artículo. Pienso que el big bang es una bonita teoría, aunque la historia nos demuestra que no tenemos que comprometernos emocionalmente con ninguna teoría. Hoy es y mañana no. Así es la ciencia, y mientra no tenga repercusiones prácticas, no importa demasiado.
Por cierto, el consenso general es que el universo no tiene ni centro ni bordes, y cada región es exactamente igual a otra, es decir, no tiene nada de especial. Tomando esto como premisa, asumimos que el corrimiento al rojo con la distancia se vería exactamente igual desde cualquier punto del universo. Tanto aquí en la tierra como en una galaxia a un millón de años luz, el corrimiento al rojo se registraría igual en todas las direcciones. Suponemos, y hemos desechado cualquier idea en contra, que nuestra tierra y nuestra galaxia no tienen ningún lugar de honor en el cosmos.
Bien, eso me parece perfecto y me suena razonable y lógico. Sin embargo, ¿existe alguna evidencia de ello? ¿Ha viajado alguien a una galaxia a, digamos, mil millones de años luz y verificado que en ese punto también el corrimiento al rojo es igual en cualquier dirección? Porque hay una hipótesis alternativa: que nuestra galaxia realmente se encuentre cerca del centro del universo y que, bueno, el universo sí tenga centro.
No me interpreten mal. No quiero sugerir que volvamos al geocentrismo. Simplemente sugiero que aceptamos como un hecho algo de lo que no tenemos pruebas reales, y ni siquiera nos preocupamos por analizarlo a fondo. Simplemente lo damos por sentado. Como el geocentrismo aseguraba que las estrellas y los planetas orbitaban la tierra, y luego la ciencia comprobó que no era así, consecuentemente desechamos cualquier cosa que huela a geocentrismo. Esta, amigos míos, es una reacción emocional. Esto es lo que denominamos un paradigma.
Verán, he estado pensando un poco sobre otra entrada de este blog en la que se hipotetiza que nuestro universo es un agujero negro de otro universo. Si esto es así, el universo no tiene bordes físicos, al menos para nosotros, pero sí fuera del agujero negro: el borde es el horizonte de sucesos. Esto explicaría la aceleración de la expansión del universo, incluso la expansión desde el big bang. Por mucho que viajáramos hacia el límite del universo jamás lo alcanzaríamos porque en realidad estaríamos cayendo hacia su centro. Esto implicaría que el universo sí tiene un centro, como el agujero negro debe tener también un centro de gravedad; que ese centro está muy cerca de nosotros o en nuestra vecindad evidenciado por el corrimiento al rojo uniforme en todas direcciones; y finalmente que el universo se expande por el aumento del campo gravitatorio debido a la materia que engulle en grandes cantidades el agujero negro (por lo que a pesar de estar cerca del centro sería como continuar cayendo).
El big bang se habría originado en la singularidad, justo en el instante del colapso gravitatorio y la formación de un horizonte de sucesos.
Especulaciones locas, pero no tanto si no desecháramos por completo el geocentrismo.
El hehco de que aceptemos el principio cosmológico es por que las evidencias lo soportan. En cambio no hya ninguna evidencia que soporte este, sin ser ofensivo, “nuevo-geocentrismo” del que hablas
Jurl:
“las ideologías es la forma que usa el cerebro para modelar nuestra ignorancia.”
Muy bueno !!!
SalU2
Edwin, esa es una de las ultimas teorias, que nuestro universo esta en un agujero negro.
Ahora pensemos una cosa (una teoria mia en noches en vela):
¿Y si estuvieramos entrando y saliendo continuamente de ese agujerto negro? Por un lado entra, sale por el otro extremo la gravedad actua y vuelve a entrar?
¿que se sabe de lo que esta tirando de nuestro universo, mas allá de nuestro universo?
La verdad, todo lo que conocemos del universo, concentrado en un atomo……como que no concuerda. Pero claro, antes del big bang, no habia leyes de la naturaleza ¿no?
Dios, como me gusta este blog!!!
[...] Gran explosión, gran desconcierto [...]
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