Diferencia entre revisiones de «El big bang en la red del conocimiento»

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Miguel, H. 2011. “El big bang en la red del conocimiento” en Pablo Melogno, Pablo Rodríguez y María Salomé Fernández (comp.) Elementos de Historia de la Ciencia. Comisión Sectorial de Educación / Universidad de la República, Montevideo, pp. 391-418.  
Miguel, H. 2011. “El big bang en la red del conocimiento” en Pablo Melogno, Pablo Rodríguez y María Salomé Fernández (comp.) Elementos de Historia de la Ciencia. Comisión Sectorial de Educación / Universidad de la República, Montevideo, pp. 391-418.  
El recorrido que describimos aquí es el que nos lleva de mirar hacia arriba en la noche, hasta creer que el universo se creó en una gran explosión hace miles de millones de años.




==1. Mapas del universo==
==1. Mapas del universo==
Desde tiempos inmemoriales los seres humanos confeccionaron diagramas y mapas del cielo. Una característica fundamental para que esos mapas pudieran ser mejorados, compartidos y utilizados durante años, es que el cielo presenta un paisaje estable que los antiguos describieron con figuras, escenas de caza, y otras composiciones muy imaginativas. Otra característica fundamental es que el cielo nocturno parece desplazarse del este al oeste, de un modo similar a como lo hace el Sol y la Luna. Es decir, no solo hay puesta de sol cada día, sino que hay puesta de Luna y puesta de estrellas.
Estamos acostumbrados desde lo profundo de la historia a ver [[Mapas del universo|mapas del cielo]]. Los antiguos agrupaban las estrellas en constelaciones que les permitían ubicarse mirando en qué posición estaba el cielo para cada momento de la noche, el atardecer o el amanecer. Con la intención de poder ubicarse a lo largo de las rutas comerciales y con el propósito de comprender al forma en que el universo se comporta es que parecían necesarios los mapas del universo.
Casi todos estos mapas tenían una presuposición que no se ponía explícitamente en duda: todas las estrellas están a la misma distancia de la Tierra. Esta manera de concebir al universo como un globo con la Tierra en el centro y las estrellas en una gran cúpula fue persistente y, podemos arriesgar, fundada en nuestra más básica percepción.  
 
[[Archivo:Orion-3.jpg|thumb|Constelación de Orión. Las Tres Marías forman el cinturón de Orión.]]
===Métodos de medición de distancias===
En verdad cuando se observa a lo largo de la noche la Cruz del Sur, o Las Tres Marías (componente de la constelación de Orión) se aprecia que estas estrellas se desplazan a lo largo del cielo nocturno formando un conjunto solidario. Es decir que todas ellas van recorriendo el cielo con el mismo ritmo. De hecho, si esto no fuera así, no agruparíamos a tales estrellas en constelaciones. Las constelaciones (Orión, La cruz del sur, Centauro, etc.) son grupos de estrellas en ciertas zonas del cielo, y que podamos encontrarlas fácilmente una y otra vez en noches diferentes nos ha inducido a pensar que todas estas estrellas se desplazan juntas porque forman algo así como un casquete o cúpula que rodea a la Tierra.
Para poder hacer un mapa se necesitan diferentes [[métodos de medición de distancias]].
[[Archivo:cruzdelsur.jpg|thumb|Las dos estrellas más luminosas son los punteros que están alineados hacia la cruz del sur. La foto muestra el movimiento aparente del cielo.]]
Al realizar un plano de nuestra casa podríamos usar una cinta métrica, pero al querer hacer un mapa de la ciudad ya tendríamos que elegir otro tipo de método. Lo mismo ocurre con las mediciones de distancias de objetos en el universo. A medida que estudiamos objetos más distantes, deberemos usar métodos diferentes para estimar esa distancia.
Comenzaremos utilizando el método de paralaje, como los griegos lo desarrollaron para distancias terrestres y como Ticho Brahe lo utilizó estimar distancias de objetos fuera de la Tierra.
 
===Espectros estelares===
Pero para objetos muy alejados, el método del ángulo de paralaje no será suficiente. Habrá que ingeniárselas mejor.
No podemos tocar ni visitar, al menos por ahora, los objetos alejados más allá del sistema solar. Por lo cual, lo único que podemos hacer es mirarlos, analizar su luz, observarlos. No tenemos otra información que la que nos brinda el análisis de su luz, por eso será indispensable tener una teoría sobre [[espectros estelares]]. Una teoría que nos indique cómo es que se forma la luz en una estrella. Si sabemos la intensidad con la que emite su luz una estrella vista desde cierta distancia como la de la órbita terrestre, entonces podremos estimar a qué distancia está esa estrella si la vemos muy débil o no tan débil. Es decir, tendremos un cálculo tan fácil como el de decidir a qué distancia aproximada está un automóvil si vemos que su luz es tenue pero sabemos que sus faros son muy intensos. Allí utilizaremos lo que conocemos acerca de la ley del cuadrado de la distancia. Es decir, la intensidad de un foco luminoso disminuye cuatro veces cuando nos alejamos al doble de distancia, o disminuye 100 veces si nos alejamos a 10 veces la distancia inicial. Una de las dificultades será decidir cuál es la intensidad de cada estrella, si todas emiten con la misma intensidad o no y si esa intensidad va cambiando con la edad de la estrella. Todo esto requiere de una comprensión profunda de los procesos que tienen lugar en las estrellas, los tipos diferentes de estrellas y cómo se desarrolla la vida de una estrella, o sea, necesitamos varias teorías acerca de las estrellas.
 
===Absorción interestelar===
Una vez que comprendimos cómo es que se produce la luz, cómo escapa de las estrellas y aprendimos a identificar distintos tipos de estrellas, todavía queda el problema de que la luz debe atravesar una enorme distancia interestelar o intergaláctica. En esa distancia la luz es absorbida por el material que está disperso entre medio. El polvo interestelar absorbe la luz de las estrellas de un modo similar al que la atmósfera absorbe parte de la luz en el atardecer y cambian los colores del cielo. Para poder saber si la luz que nos llega de la estrella ha sido modificada por la [[Absorción interestelar|absorción del polvo interestelar]] necesitaremos una teoría que nos indique cómo es que las partículas de polvo absorben la radiación.
 
===Nubes de polvo en el mapa===
Además, necesitaremos tener una idea de cómo es la distribución de las [[Nubes de polvo en el mapa|nubes de polvo en el espacio]].
 
===Efecto Doppler===
Conocemos el [[efecto Doppler]], según el cual la frecuencia del sonido cambia según la fuente de sonido se acerca o se aleja del receptor. Y lo mismo sucede si en vez de sonido analizamos el espectro luminoso. Por lo tanto parece que necesitamos echar mano de la teoría del efecto Doppler para determinar si las galaxias se acercan o se alejan y con eso completar la dinámica del mapa.
 
==Corrimiento al rojo de las galaxias==
La luz que nos llega de las galaxias no tiene los colores exactos que esperamos en su espectro, o dicho de otro modo, si hay un [[Corrimiento al rojo de las galaxias|corrimiento de las longitudes de onda]], entonces ¿debemos interpretar ese corrimiento como una diferencia en los modos en que las galaxias producen luz o se debe al movimiento de la fuente luminosa?
 
===Ley de Hubble===
Una vez reunido todo esto, podremos decidir que las galaxias se alejan y al ver que [[Ley de Hubble|cuanto más alejadas, más rápido se alejan]], inferir que el universo está en expansión.
 
==Teoría del big bang==
===Del corrimiento al rojo de las galaxias al universo en expansión===
No hemos visto que está en expansión, hemos registrado una serie muy larga de datos que nos llevó a configurar un panorama que puede ser explicado fácilmente si entendemos que el universo se expande. Y a su vez, si se expande, podemos pensar que en un pasado debió haber estado todo concentrado en un espacio diminuto.
 
===Espacio, tiempo y espacio-tiempo===
Luego de este recorrido que nos hizo llegar a la teoría del big bang, nos podemos preguntar acerca de cómo es la [[Espacio, tiempo y espacio-tiempo|estructura del espacio-tiempo]]. Tenemos buenas razones para pensar que ya no obedece a la geometría euclideana o geometría plana.
 
===Radiación cósmica de fondo===
Si hemos conjeturado que hubo una gran explosión que dio lugar al surgimiento del espacio y el tiempo y que en esa explosión hubo una gran cantidad de energía involucrada, cuáles son las pistas en la actualidad de que esa explosión existió? ¿Hay alguna otra evidencia independientemente del corrimiento al rojo de que esa explosión existió? ¿Quedó [[Radiación cósmica de fondo|energía radiante como efecto de esa explosión]]?
 
===A la caza de las inhomogeneidades===
Una vez encontrada esa radiación remanente de la explosión y ver que era totalmente homogénea sin variar sus características al cambiar la zona del espacio en la que se exploraba, la comunidad científica advirtió que si la explosión fue totalmente homogénea como lo era esta radiación, no se podría explicar la acumulación de materia en algunas zonas como en las galaxias y la enorme extensión de zonas vacías entre las galaxias. [[A la caza de las inhomogeneidades|Tenía que haber inhomogeneidades en la radiación de fondo...]]
 


Si algunas de ellas estuvieran más cerca y otras más lejos, el efecto que esperaríamos es el que observamos al viajar en la ruta y pasar cerca de un bosque. Los árboles del fondo y los árboles del frente del bosque, parecen tener un movimiento unos respecto de otros de manera que a medida que avanzamos por el costado del bosque, los árboles del frente van ocultando diferentes árboles del fondo.
Este efecto conocido como efecto de paralaje, nos da una clara idea de que no todos los árboles están a la misma distancia de nuestra observación. Este efecto es crucial para decidir la distancia a los objetos cuando no tenemos acceso a medir esta distancia por los métodos habituales como los de la cinta métrica o contar los pasos que nos separan del bosque.
La primera mala pasada que nos ha jugado la naturaleza ha sido que las estrellas no muestran paralaje a simple vista. No podemos darnos cuenta de cuán lejos o cuán cerca está una estrella mirándola durante toda la noche, o de una noche para la siguiente, o esperando que pasen cientos de años. La situación se parece al caso del bosque cuando el bosque está tan lejos que nuestro movimiento no modifica la manera en que la primera fila oculta a los árboles del fondo. Sin el efecto de paralaje la hipótesis más simple es que todas esas estrellas están a la misma distancia. Los antiguos compartían estos criterios de simplicidad de modo que su concepción del cielo era la de un enorme casquete con estrellas empotradas en él, girando en torno a la Tierra. La actitud podría resumirse en “dime lo que ves, y te diré qué hay”.


Pero ¿por qué la humanidad se dedicó desde hace tanto tiempo a representar el cielo y el universo? Esta pregunta tiene muchas aristas para explorar. Solamente señalemos que en caso de que no dispongamos de mapas de cierta zona de la Tierra, como es el caso de los océanos y el desierto, en donde todo luce igual o cambia sin dejar rastro del paisaje anterior, el cielo es el único patrón para orientarnos.


Así, los mapas del cielo son mapas útiles para las rutas marítimas y desérticas. Combinando el aspecto del cielo con lo que marca un reloj sincronizado con una ciudad conocida y sabiendo que la Tierra es esférica y cuánto mide su radio,1 podremos saber cuántas millas hemos navegado hacia el oeste, tal como Colón lo establecía noche a noche.
===La radiación de fondo y el espacio absoluto===
Pero si estos motivos eran suficientes para la tarea cartográfica de los antiguos, no parecen serlo en la actualidad. Los mapas actuales del universo no obedecen a una necesidad de mantener rutas comerciales entre diferentes sistemas solares. Al menos no todavía.
==Efecto horizonte y escenario inflacionario: un triángulo amoroso entre cosmología, astrofísica y física de partículas==
Un buen mapa del universo también es el resultado de otras preguntas, no solo de cómo llegar de Europa a América. Un buen mapa puede darnos buenos motivos para conjeturar la manera en que el universo está estructurado, evoluciona, si es que cambia, de qué modo pudo haber comenzado, si es que tuvo un comienzo y de qué modo terminará, si es que tiene un final.
==Otras interpretaciones==
Por muy alentadora que pueda ser la situación actual respecto de la acumulación de datos, la precisión y las correlaciones que hemos encontrado, no debemos perder de vista en la empresa científica que nuestras mejores explicaciones de lo que se registra y se observa son siempre una apuesta conjetural como la que haría Sherlock Holmes al encontrar datos, indicios y pistas en la escena de un crimen. Tenemos tecnología para observar más allá de lo que nuestros sentidos nos permiten, tenemos técnicas para decidir cuáles datos están correlacionados con cuáles otros, tenemos la capacidad de idear experimentos que permitan chequear si hemos hecho buenas predicciones, pero todo esto no impedirá que haya explicaciones alternativas a la que nos resulta la más atractiva y la más exitosa. La empresa científica de explicar y predecir el comportamiento de la naturaleza es una empresa abierta a la revisión. Y uno de los aspectos más interesantes de la ciencia es que por momentos las revisiones nos cambian drásticamente la manera de concebir nuestro entorno. En este capítulo intentaremos recorrer el sendero que nos llevó como comunidad científica, a creer que la teoría que mejor ajusta con los datos es la teoría del big bang, una teoría que a grandes rasgos indica que el universo apareció con una gran explosión y desde ese momento se sigue expandiendo. Pondremos de relieve en qué aspectos los científicos han tratado de evitar los cabos sueltos y confeccionar un cuadro coherente que nos de la satisfacción de haber comprendido algo de la naturaleza. Los astrónomos y astrofísicos involucrados no han tomado decisiones irracionales o apresuradas. Se han comportado como se espera que lo haga cualquier ser humano frente a las evidencias apoyando la mejor explicación del inmenso volumen de información disponible. Sin embargo el camino desde los datos a la teoría está repleto de decisiones e interpretaciones y es nuestra intención ponerlas en primer plano.
==Materia oscura y futuro del universo==
==Conclusiones==
==Bibliografía==

Revisión actual - 19:27 20 mar 2017

Estas secciones fueron extractadas de: Miguel, H. 2011. “El big bang en la red del conocimiento” en Pablo Melogno, Pablo Rodríguez y María Salomé Fernández (comp.) Elementos de Historia de la Ciencia. Comisión Sectorial de Educación / Universidad de la República, Montevideo, pp. 391-418.


El recorrido que describimos aquí es el que nos lleva de mirar hacia arriba en la noche, hasta creer que el universo se creó en una gran explosión hace miles de millones de años.


1. Mapas del universo

Estamos acostumbrados desde lo profundo de la historia a ver mapas del cielo. Los antiguos agrupaban las estrellas en constelaciones que les permitían ubicarse mirando en qué posición estaba el cielo para cada momento de la noche, el atardecer o el amanecer. Con la intención de poder ubicarse a lo largo de las rutas comerciales y con el propósito de comprender al forma en que el universo se comporta es que parecían necesarios los mapas del universo.

Métodos de medición de distancias

Para poder hacer un mapa se necesitan diferentes métodos de medición de distancias. Al realizar un plano de nuestra casa podríamos usar una cinta métrica, pero al querer hacer un mapa de la ciudad ya tendríamos que elegir otro tipo de método. Lo mismo ocurre con las mediciones de distancias de objetos en el universo. A medida que estudiamos objetos más distantes, deberemos usar métodos diferentes para estimar esa distancia. Comenzaremos utilizando el método de paralaje, como los griegos lo desarrollaron para distancias terrestres y como Ticho Brahe lo utilizó estimar distancias de objetos fuera de la Tierra.

Espectros estelares

Pero para objetos muy alejados, el método del ángulo de paralaje no será suficiente. Habrá que ingeniárselas mejor. No podemos tocar ni visitar, al menos por ahora, los objetos alejados más allá del sistema solar. Por lo cual, lo único que podemos hacer es mirarlos, analizar su luz, observarlos. No tenemos otra información que la que nos brinda el análisis de su luz, por eso será indispensable tener una teoría sobre espectros estelares. Una teoría que nos indique cómo es que se forma la luz en una estrella. Si sabemos la intensidad con la que emite su luz una estrella vista desde cierta distancia como la de la órbita terrestre, entonces podremos estimar a qué distancia está esa estrella si la vemos muy débil o no tan débil. Es decir, tendremos un cálculo tan fácil como el de decidir a qué distancia aproximada está un automóvil si vemos que su luz es tenue pero sabemos que sus faros son muy intensos. Allí utilizaremos lo que conocemos acerca de la ley del cuadrado de la distancia. Es decir, la intensidad de un foco luminoso disminuye cuatro veces cuando nos alejamos al doble de distancia, o disminuye 100 veces si nos alejamos a 10 veces la distancia inicial. Una de las dificultades será decidir cuál es la intensidad de cada estrella, si todas emiten con la misma intensidad o no y si esa intensidad va cambiando con la edad de la estrella. Todo esto requiere de una comprensión profunda de los procesos que tienen lugar en las estrellas, los tipos diferentes de estrellas y cómo se desarrolla la vida de una estrella, o sea, necesitamos varias teorías acerca de las estrellas.

Absorción interestelar

Una vez que comprendimos cómo es que se produce la luz, cómo escapa de las estrellas y aprendimos a identificar distintos tipos de estrellas, todavía queda el problema de que la luz debe atravesar una enorme distancia interestelar o intergaláctica. En esa distancia la luz es absorbida por el material que está disperso entre medio. El polvo interestelar absorbe la luz de las estrellas de un modo similar al que la atmósfera absorbe parte de la luz en el atardecer y cambian los colores del cielo. Para poder saber si la luz que nos llega de la estrella ha sido modificada por la absorción del polvo interestelar necesitaremos una teoría que nos indique cómo es que las partículas de polvo absorben la radiación.

Nubes de polvo en el mapa

Además, necesitaremos tener una idea de cómo es la distribución de las nubes de polvo en el espacio.

Efecto Doppler

Conocemos el efecto Doppler, según el cual la frecuencia del sonido cambia según la fuente de sonido se acerca o se aleja del receptor. Y lo mismo sucede si en vez de sonido analizamos el espectro luminoso. Por lo tanto parece que necesitamos echar mano de la teoría del efecto Doppler para determinar si las galaxias se acercan o se alejan y con eso completar la dinámica del mapa.

Corrimiento al rojo de las galaxias

La luz que nos llega de las galaxias no tiene los colores exactos que esperamos en su espectro, o dicho de otro modo, si hay un corrimiento de las longitudes de onda, entonces ¿debemos interpretar ese corrimiento como una diferencia en los modos en que las galaxias producen luz o se debe al movimiento de la fuente luminosa?

Ley de Hubble

Una vez reunido todo esto, podremos decidir que las galaxias se alejan y al ver que cuanto más alejadas, más rápido se alejan, inferir que el universo está en expansión.

Teoría del big bang

Del corrimiento al rojo de las galaxias al universo en expansión

No hemos visto que está en expansión, hemos registrado una serie muy larga de datos que nos llevó a configurar un panorama que puede ser explicado fácilmente si entendemos que el universo se expande. Y a su vez, si se expande, podemos pensar que en un pasado debió haber estado todo concentrado en un espacio diminuto.

Espacio, tiempo y espacio-tiempo

Luego de este recorrido que nos hizo llegar a la teoría del big bang, nos podemos preguntar acerca de cómo es la estructura del espacio-tiempo. Tenemos buenas razones para pensar que ya no obedece a la geometría euclideana o geometría plana.

Radiación cósmica de fondo

Si hemos conjeturado que hubo una gran explosión que dio lugar al surgimiento del espacio y el tiempo y que en esa explosión hubo una gran cantidad de energía involucrada, cuáles son las pistas en la actualidad de que esa explosión existió? ¿Hay alguna otra evidencia independientemente del corrimiento al rojo de que esa explosión existió? ¿Quedó energía radiante como efecto de esa explosión?

A la caza de las inhomogeneidades

Una vez encontrada esa radiación remanente de la explosión y ver que era totalmente homogénea sin variar sus características al cambiar la zona del espacio en la que se exploraba, la comunidad científica advirtió que si la explosión fue totalmente homogénea como lo era esta radiación, no se podría explicar la acumulación de materia en algunas zonas como en las galaxias y la enorme extensión de zonas vacías entre las galaxias. Tenía que haber inhomogeneidades en la radiación de fondo...



La radiación de fondo y el espacio absoluto

Efecto horizonte y escenario inflacionario: un triángulo amoroso entre cosmología, astrofísica y física de partículas

Otras interpretaciones

Materia oscura y futuro del universo

Conclusiones

Bibliografía

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