miércoles, diciembre 17, 2008

A LA CAZA DE LA ENERGÍA OSCURA.

Ya comenté ayer por aquí que para conocer el destino último del Universo es indispensable conocer a fondo la energía oscura. Hoy se recoge en Astronomy y en NewScientist el resultado de un estudio sobre la energía oscura realizado con el telescopio de rayos-X Chandra. El estudio se ha centrado en los objetos más grandes y masivos que existen en el Universo, los cúmulos de galaxias.

Hasta hoy se tenían evidencias de la existencia de la energía oscura a través de distintos medios. Probablemente el más conocido sea el que usa las supernovas Ia. Las supernovas son estrellas que al final de su “vida” explotan y durante dicho proceso su brillo cambia. En el caso de las supernovas tipo Ia la evolución de su brillo durante la explosión se conoce con una gran precisión, si a esto añadimos que conocemos las leyes de propagación de la luz y que sabemos que el Universo se está expandiendo, entonces podemos predecir la cantidad de brillo que tenemos que detectar aquí en la Tierra. La sorpresa fue que se detectaba menos del esperado. Era como si la luz hubiera tenido que atravesar más cantidad de espacio que el esperado, lo cual implicaba que el Universo se expandía más de lo que pensábamos, es decir, la expansión cósmica se está acelerando.

Pero, ¿qué es la energía oscura? Ésta sigue siendo una de las preguntas del millón de la ciencia. Existen distintas posibilidades:

- Puede que la relatividad general de Eisntein sea errónea a muy grandes distancias. Por lo que la energía oscura no existiría después de todo, simplemente sería un fallo en nuestra compresión de cómo funciona la gravedad a distancias muy, muy grandes.

- Puede que la energía oscura sea la energía del vacío (la famosa constante cosmológica).

- O puede que sea un nuevo campo que permea todo el Universo, al que se le ha dado el nombre de quintaesencia.

Si la energía oscura actúa como si de una fuerza de antigravedad se tratara, entonces debería influir en la formación de los cúmulos de galaxias. La energía oscura, al hacer que el espacio se “estire” hará que sea más difícil, o al menos que se tarde más en formarse las grandes estructuras, ya que hay una lucha entre la gravedad que intenta juntar las galaxias para forma el cúmulo y la repulsión de la energía oscura que tiende a separarlas, todo esto suponiendo que la relatividad general de Einstein a grandes escalas no falla. Pues esto es lo que precisamente se ha encontrado con las observaciones realizadas. En palabras de William Forman del Smithsonian Astrophysical Observatory y coautor del estudio:



“Durante años los científicos han querido comprobar como funciona la gravedad en distancias muy grandes, finalmente lo hemos hecho.”
“Ésta es una prueba que la relatividad podría no haber superado.”



Por otra parte, Alexey Vikhlinin director de la investigación ha declarado:



“la confluencia de todos los datos disponibles hasta la fecha apuntan a que la energía oscura es la constante cosmológica.”
“Se necesitan hacer más pruebas, pero por ahora la teoría de Einstein goza de tan buena salud como siempre.”



Así pues, a día de hoy es razonable suponer que el futuro del Universo pasa por una expansión exponencial que acabará por separar todas las galaxias, incluso las estrellas de una misma galaxia se disgregarán y se irán separando a medida que el espacio siga expandiéndose. En el futuro lejano, en el Universo, lo que reinará será la soledad.

Ismael Pérez Fernández.

martes, diciembre 16, 2008

¿Y SI EL UNIVERSO NO TUVO UN PRINCIPIO?

Esto es lo que sugiere el modelo cosmológico que copa la portada de la revista de Investigación y Ciencia de este mes, y el cual ha sido comentado en distintos medios digitales como NewScientist.

Dicho modelo se basa en la gravedad cuántica de bucles (GCB), que es una teoría cuántica de la gravedad. Su base es que el espacio-tiempo no es continuo sino discreto, aunque eso si, a escalas tremendamente pequeñas, del orden de la longitud de Planck, es decir unos 0,0000000000000000000000000000000000161624 metros. Por así decirlo es como si en última instancia existieran “átomos” del espacio-tiempo. Si la GCB hace una descripción acertada de la naturaleza del espacio-tiempo entonces las singularidades no pueden existir ya que existiría un tamaño mínimo el cual no se puede superar.

La aplicación a la cosmología de la GCB permite indagar en los primeros instantes de nuestro Universo ya que la supuesta singularidad donde todo comenzó no existiría. En cambio, lo que proponen es que todo nuestro Universo procede de un Universo anterior que sufrió un colapso, lo cual sólo puede suceder si la cantidad de masa-energía es la suficiente como para parar la expansión y comenzar una contracción. Toda la masa-energía de ese anterior Universo se iría concentrando en un espacio cada vez más pequeño, hasta que se alcanzaría el tamaño mínimo posible en el cual sólo cabria una determinada cantidad de masa-energía, alcanzado ese limite, al no poder concentrar más cantidad de masa-energía se produciría un “rebote”, es decir, todo el espacio-tiempo comprimido empezaría a expandirse de nuevo formándose nuestro universo durante ese proceso. Este proceso pudo haberse estado repitiendo indefinidamente.

Lo bueno del modelo del rebote es que difiere del modelo comúnmente aceptado (modelo lambda-inflacionario con materia oscura fría) en lo que a la predicción de la producción de ondas gravitatorias en los instantes “iniciales” se refiere. Las cuales pueden ser detectadas de forma indirecta por la futura misión Planck. Por lo que en principio podremos saber si el modelo es acertado o no. Ya saben paciencia que es la madre de la ciencia.

Podemos no obstante especular sobre si este proceso se repetirá en el futuro, es decir, ¿podría nuestro universo sufrir un proceso de contracción y alcanzar el limite impuesto por la GBC y dar lugar a un nuevo rebote? Bueno, según las observaciones actuales sólo podría ser posible si el comportamiento de la energía oscura no viene descrito por la constante cosmológica de Einstein. A partir de la ecuación de Friedman es relativamente sencillo ver qué pasara en el futuro:


Donde k es un parámetro que nos indica la geometría que cumple el espacio tiempo, puede tomar distintos valores menor que cero si la geometría es hiperbólica, cero si es plana (la geometría de Euclides) o mayor que cero si es esférica.

El termino lambda tercios es el que representa la energía oscura.

La letra griega ro representa la densidad de masa-energía que contiene el universo debido a la materia (bariónica y oscura) y a la radiación.

Por último la función “a” se conoce como factor de escala, y nos informa cómo cambia el tamaño del universo con el paso del tiempo. Se ha representado sólo como “a” y no “a(t)” por simplicidad (lo mismo aplica para ro). Y el punto encima de la “a” representa la derivada del factor de escala respecto del tiempo lo que comúnmente se representa como da(t)/dt. Esta notación se usa por claridad, nada más.

Ahora podemos hacer algunas simplificaciones. Para empezar, según las últimas observaciones realizadas por la sonda WMAP la geometría del espacio tiempo es plana, lo que implica que el valor de k es cero. Por lo que la ecuación de Friedman nos queda:


También sabemos que el universo se está expandiendo y que la cantidad total a día de hoy de masa-energía no es suficiente para detener la expansión. Por lo que la densidad de masa-energía debida a la materia y la radiación ira disminuyendo con el tiempo, cuanto más se expanda el universo menor será la densidad. Dentro de suficiente tiempo la densidad será tan baja que será despreciable, por lo que en la ecuación podemos hacerla igual a cero, con lo que nos queda:

Ahora tomando la raíz cuadrada en ambos lados de la ecuación, y utilizando la notación común para la derivada, nos queda:

Ahora reordenando y tomando integrales en ambos lados:

Las integrales son de las más sencillas que hay, la solución es:

Ahora tomando exponencial en ambos términos, obtenemos a(t), es decir , como cambiará el tamaño del Universo en el futuro:
En el futuro, el Universo se expandirá exponencialmente siempre y cuando el comportamiento de la energía oscura venga descrito por la constante cosmológica de Einstein. Que en el futuro la expansión del Universo se detenga y se inicie una contracción sólo podría darse si la energía oscura tiene un comportamiento distinto al aceptado y su valor variara con el tiempo. Entonces, cabría la posibilidad de que el colapso se produjera.

A día de hoy, lo cierto es que sabemos poco, por no decir nada, de la naturaleza de la energía oscura. Quien sabe, tal vez la constante cosmológica de Einstein no sea la mejor forma de describir su comportamiento.


Ismael Pérez Fernández.

sábado, diciembre 13, 2008

¿HASTA DONDE VA LLEGAR LA SGAE?

Resulta que ahora el gobierno a través del Ministerio de Cultura nos quiere convencer de que algo es delito cuando en realidad no lo es. Y es que ahora nos dicen que el intercambio sin animo de lucro de material cultural con copyright es delito (véase Las penas del agente Smith), ¿se puede saber desde cuando? Si me descargo una película de la cual hago una copia y la utilizo de forma privada sin animo de lucro, simplemente para verla ¿es delito? (ya sabemos que no). ¡Pero si ya hemos pagado por ello! De hecho, pagamos cada vez que compramos un dispositivo electrónico que sirva para almacenar datos o copiarlos, ya saben. el famoso canon. Cuyo nombre completo es: ¡Canon por copia privada!

Por otro lado, como ya sabrán, a la SGAE le ha dado por colarse en bodas, lo cual es un evento privado, para luego denunciar por la música que escuchan. Aunque de momento el tiro les ha salido por la culata.

Todo esto qué es, ¿el precio que tenemos que pagar porque a unos artistas les dio por apoyar durante la campaña electoral al PSOE haciendo el tonto con el dedo en la ceja?






Ismael Pérez Fernández.

viernes, diciembre 12, 2008

LOS AÑOS DEL MIEDO

Este es el título del último libro de Juan Eslava Galán, en el cual da un repaso de lo acontecido en España desde 1939 hasta 1952. El título esta muy bien escogido ya que una de las cosas que abundaban en aquel entonces era el miedo. Miedo a significarse, es decir, hacer algo que se diferencia de lo que se supone que hay que hacer. Para evitarlo lo mejor es hacer lo que hace la mayoría. Los años del miedo, y del hambre, y de la escasez, y del nacionalcatolicismo, y el del apoyo al fascismo europeo (Hitler, Musolini), y de la censura, y de la propaganda, vamos una época para leerla pero no para vivirla.

El libro es realmente ameno, se lee como si de una novela se tratara. A veces lo que cuenta el autor me recordaba a la novela 1984, sobre todo en lo que a la propaganda se refiere. España estaba hecha unos zorros, pero ahí estaba la propaganda del régimen para tapar cualquier eventualidad y pintarlo todo de color de rosa. Claro que la situación exterior con la segunda guerra mundial ayudaba a pintar a España como si de un paraíso se tratara. Paraíso en el que la libertad brillaba por su ausencia, hasta extremos en el que se dictaba como se debía vestir, por ejemplo, en la playa era obligatorio llevar albornoz. Las mujeres nada de escotes, la falda por debajo de la rodilla y nada de llevar los brazos descubiertos que enseñar los codos es una falta de moralidad. En esta situación no es de extrañar que más de uno se volviera “loco” con la película Gilda, en la que Rita Hayworth lucia un vestido con escote de palabra de honor con la espalda al descubierto y para colmo se quita un guante (¿o eran los dos?). Demasiada epidermis a la vista para los tiempos que corrían.

Un libro realmente recomendable, interesante, del que se aprende y del cual se disfruta leyendo. Juan Eslava Galán, un autor que de momento no me ha defraudado en ninguno de los libros que le he leído.

Ismael Pérez Fernández.

jueves, diciembre 11, 2008

EL ENGAÑO DE SELENE

(Artículo publicado originalmente en e-ciencia, bajo el título "Si no lo veo, no lo creo". Ayer en el post "Selene se crece", prometí recuperar dicho artículo, bueno, pues aquí lo tiene)


Por norma general estamos muy seguros de que la realidad es tal y como la perciben nuestros sentidos. ¿Pero podemos estar seguros de ello? La respuesta, por sorprendente que pueda parecer, es que no podemos estar tan seguros. A veces, nuestros cerebros pueden engañarnos.

Todos o casi todos en algún momento de nuestras vidas hemos hecho uso de la sentencia "si no lo veo, no lo creo", y aunque parece un buen principio, voy a tratar de probar que poner tanta fe en nuestros sentidos, en especial sobre nuestro sistema visual, puede llevarnos a creer en cosas erróneas. Para ello voy a utilizar un par de ejemplos típicos, pero no por ello menos ilustrativos.

No sé si se habrán fijado alguna vez en la Luna cuando está a poca altura sobre el horizonte. Ésta parece de un tamaño mucho mayor del que parece tener cuando está sobre nuestras cabezas. ¿Será que la Luna se acerca y se aleja? ¿Acaso no es eso lo que vemos? Pero si antes de creer que lo que vemos es una representación perfecta de la realidad, nos paramos y reflexionamos, descubriremos que nuestros cerebros nos engañan. Fíjense en la figura que mostramos a continuación.

Según nuestra experiencia, alguien situado en el punto A verá la Luna muy cerca del horizonte y por lo tanto de un tamaño grande. En cambio, alguien situado en B tendrá la Luna sobre su cabeza y por lo tanto, la verá de un tamaño más pequeño. Pero claro, es bastante probable que haya personas a la vez en A y en B, y como es lógico, la Luna no puede estar a la vez cerca y lejos de la Tierra. Entonces, ¿qué esta sucediendo?


Lo que sucede es que nuestros cerebros son incapaces de interpretar de forma correcta las señales que provienen de nuestros ojos. Cuando la Luna está cerca del horizonte y miramos hacia ella, en nuestro campo visual además de la propia Luna, tenemos; montañas, edificios, árboles etc. Nuestro cerebro no es capaz de discernir que la Luna y el resto de los objetos están a distintas distancias. De hecho, el cerebro computa que la Luna está a la misma distancia que nuestro horizonte, el cual, por cuestión de perspectiva, nos parece más lejano que el cenit, es decir, el punto que está sobre nuestras cabezas. Si a esto añadimos que el diámetro de la Luna es el mismo en ambos casos, obtenemos que nuestro cerebro interpreta que la Luna sobre el horizonte es mucho más grande que la Luna en el cenit.

La siguiente experiencia es también cotidiana y seguramente la han experimentado. De no ser así, pueden probarla cuando acaben de leer este artículo. La experiencia en cuestión consiste en girar sobre uno mismo más o menos rápido. Cuando se acaba de girar se tiene esa sensación de mareo y curiosamente uno ve como la pared que tiene enfrente gira en sentido contrario a como la veía cuando estaba girando.

Esto se debe a que el cerebro, a través de los ojos, percibe que la pared está quieta, en cambio el liquido de los canales semicirculares de los oídos sigue moviéndose por la inercia. Así pues, el cerebro recibe dos informaciones contradictorias. Por un lado, los oídos le dicen que sigue girando y por otro, que ha dejado de hacerlo. Lo que hace el cerebro para interpretar esta discrepancia es construir una imagen que gira en sentido contrario a como la hacía antes. ¿Por qué? Porque por un lado, nuestros sentidos le comunican que todavía está girando y por otro, le dicen que la pared está quieta. Lo que interpreta es que está girando en sentido contrario al anterior y construye la imagen en consecuencia a ello.

Estos simples ejemplos prueban que nuestra fe en nuestros sentidos es injustificada. Hay que tener cuidado, pues no siempre coincide lo que interpreta el cerebro con la realidad objetiva. Así ante la pregunta de; ¿ver para creer? Bueno, no siempre es suficiente.

Enlaces con ilusiones ópticas:


Ismael Pérez Fernández.