11 de diciembre de 2008

Horizontes del Conocimiento




Horizontes del Conocimiento

Los límites del universo

Es parte de la naturaleza del ser humano, que los límites que les son impuestos, ejercen una excitación especial. Su deseo es vencerlos. Sin embargo, de seguro en todas las ramas de la ciencia nos encontramos con ciertas barreras, que le ponen freno a nuestra sed de saber. Uno de esto límites, que no podemos sobrepasar ahora y quizás tampoco en el futuro, serán esquematizados brevemente aquí.

Sabemos ahora, que nuestro cosmos tiene una extensión limitada, y que no es infinitamente grande como se pensaba antes. Ahora tenemos la posibilidad de mirar a una inimaginable distancia de 13.7 mil millones de años luz, pero esto no es el límite del universo. Una indicación exacta es imposible hacer, sólo podemos especular cuan grande es el universo. Las indicaciones van desde 10 veces el tamaño hasta 10^16 de años luz, e incluso hasta una extensión de 10^26. Muchas veces se ha planteado la pregunta, si alguna vez podremos mirar tan lejos. Esto seguramente no es posible, ya que mientras más lejos miramos dentro de las profundidades del espacio, tanto más rápido se alejan los objetos de nosotros. En algún momento, esto sucederá a velocidades más altas que la de la luz, de manera que fotones desde allí no nos pueden alcanzar.

Si eventualmente, la expansión del espacio-tiempo es frenado por la auto gravitación, entonces en el futuro aparecerán, en nuestro campo de vista, cada vez más galaxias, respectivamente quásares, debido a que el espacio se está reduciendo y la velocidad de fruga, de estos objetos, cae por debajo de la velocidad de la luz. Entonces la naturaleza nos ha puesto un horizonte a nuestras observaciones, que se encuentra justo a la distancia en la cual la velocidad de expansión de las galaxias haya alcanzado la velocidad de la luz. Por esto no estamos en las condiciones de ver más allá en el pasado. Tendríamos que esperar un buen tiempo hasta que los fotones de estos objetos en fuga lleguen a nosotros – si es que realmente existen.

¿No sería posible construir un cohete, en la imaginación, que podría volar a cualquier velocidad, y mirar detrás de los límites de nuestro universo? NO, desgraciadamente esto no es posible. De cierto, el cosmos tiene una extensión finita, pero sin embargo, no tiene límites. Esto lo podemos aclarar con el ejemplo de nuestra Tierra: Imaginémonos las 3 dimensiones del espacio del universo, reducido a las dos dimensiones de la Tierra. Ahora podríamos partir de cualquier punto y caminar sin parar, nunca nos encontraremos con un límite físico. No existe ningún lugar donde la Tierra termina, tampoco nos podemos caer de ella. La superficie de la Tierra tiene una expansión delimitada (510 100 933,5 [Km.^2]), pero al mismo tiempo no tiene límites. Lo mismo sucede con el universo: Nunca estaremos en las condiciones de encontrarnos o ver sus límites

Desde siempre el hombre fue curioso y quería saber que hay detrás del límite, que le fue impuesto. Simplemente meter la cabeza por la bóveda celestial y ver todos los secretos, esto hubiera sido demasiado hermoso. Pero la naturaleza no nos hace esto tan fácil, nos ha colocado límites que no podemos sobrepasar.

Con la gentil autorización de Camilla Flammarion; HSC, U. Oklahom; K. Magruder (OU); Coloring: R. J. Nemiroff (Muchigan Tec.)

Desde algunos años, se hizo cada vez más evidente, que vivimos en universo abierto, cuya velocidad de expansión se acelera constantemente. Esto significa, nuestro universo se expandirá eternamente y algún lejano día alcanzara un tamaño infinito. D e esto resulta la muerte por enfriamiento del universo: En un futuro que se puede prever, se apagará la última estrella, todas las galaxias se disuelven, la materia se desintegrará y en algún momento se evaporará el último hoyo negro. Sólo quedará una mezcla que se diluye cada vez más de fotones, electrones, y quarks (¿o strings?), que se ha enfriado hasta el cero absoluto. El universo se hace frío y oscuro, las fracciones de la antigua materia y energía estarán diluidas hasta lo infinito. La culpa de este desastre es posiblemente la tal llamada Energía Oscura, que llena aproximadamente el 73% de nuestro cosmos (El restante 27% se reparte entre la materia luminosa y la materia oscura, como también las radiaciones). La energía oscura actuaría gravitacionalmente rechazante y por esto causa la aceleración de la expansión. De todos modos, hasta ahora nadie realmente sabe algo con certeza sobre esta misteriosa dark energy. En todo caso, al cosmos se le impuso otro límite más: Ni las estrellas, ni los planetas, o la vida en si misma pueden existir por siempre. En el reloj eterno cósmico, en la actualidad toda la fase activa y asertiva de la vida, es sólo un pequeñísimo momento.


Universos sobre ordenados


Algunas teorías, como por ejemplo la teoría de las cuerdas; la teoría del cosmos estático (Steady State); la teoría de la inflación; el principio antrópico (ver más abajo) o la hipótesis sin límites de Hawkings, incluyen la posibilidad , que junto a nuestro universo podrían existir muchos otros cosmos. Un “súper cosmos”, o mejor dicho, un Hyperespacio (Multiverso) es posible imaginarse como una burbuja en las espuma de jabón. Los cosmos se forman, se desarrollan y desaparecen.

Arriba están representadas algunas formas posibles de universos. Bien a la izquierda, un cosmos que se expande muy rápido y por lo cual se diluye fuertemente. Al lado se ve un cosmos con una cuota de expansión crítica, pero las condiciones están dadas, para el desarrollo de vida. Los universos de la derecha están colapsando muy luego, antes de que se pueda formar vida.

Ahora puede hacerse la pregunta ¿Cómo estarán conformados estos cosmos? Es obvio, que nadie está en la condición de responde a esta pregunta: Nosotros:

• No sabemos si existen otros universos
• No sabemos como están conformados
• No estamos en la condiciones de llegar donde ellos, verlos e investigarlos
• Nunca los alcanzaremos, ya que no podemos abandonar a nuestro universo

Pero absolutamente podemos suponer, que estos cosmos podrían estar configurados de formas totalmente distintas que nuestro propio universo. Como se sabe de la teoría de las cuerdas, existe la posibilidad, que junto a las cuatro dimensiones espacio-tiempo, pueden existir otras 7 a 8 dimensiones más en nuestro universo, que de por cierto estarían enrollados entre si, y que se limitan a una extensión por debajo del largo de Plank (10^35 [m]). Simplemente, después del Big-bang se pudo desarrollar el espacio-tiempo. Esto puede ser diferente en otros cosmos, es imaginable que entre estos se hallan desarrollados 5, 6 y hasta más dimensiones. O que el multiverso sea un vacío quántico altamente energético. También es posible, que otros universos estén formados por partículas totalmente distintas (La teoría de las cuerdas, permite una infinita cantidad de distintas partículas), o que no tengan materia ni tiempo. Quizás estas partículas, tal como nosotros las conocemos, tengan otros tamaños en relación a sus cargas, masa, etc. (Cosmos de antimateria). En universos como estos no podríamos vivir, los sucesos en ellos se basan en otras leyes y cada átomo que existe donde nosotros no podría existir allí.

Pero todas estas afirmaciones son sólo especulaciones, posiblemente nunca lograremos demostrar la existencia de algún otro universo, y menos aún de llegar a ellos. Y si realmente existieran, entonces no tienen ninguna influencia sobre el desarrollo de nuestro universo. Por esto se puede obviar esto sin mayores problemas, de todas las reflexiones, no tiene sentido de ocuparse de ellos. Mucho más importante debería ser, para nosotros la pregunta, porqué resultó ser así el cosmos como esta ahora. Su desarrollo pudo haber tomado otro camino. Una posible respuesta a esta interrogante nos da posiblemente el principio antrópico


El principio antrópico

Existen dos versiones del principio antrópico, una débil y una fuerte.

El principio antrópico débil dice, en relación, a nuestro universo, que en su extensión y el tiempo es muy grande e incluso infinito, existen determinados zonas en las cuales se dan las condiciones para el desarrollo de vida inteligente. Estas zonas están limitadas en el tiempo y espacio. Según este principio, una conclusión lógica es que el universo se originó de un Big-bang inicial y que después de enfriarse, se comenzó la formación de la materia, que más tarde condensaba en estrellas y galaxias. Las estrellas incubaban elementos pesados, los cuales devueltos al espacio nuevamente se contraían para formar estrella y que finalmente llevaron a la formación de planetas. Después de su enfriamiento, bajo condiciones favorables pudo originarse la evolución. En el interino, en el punto máximo de la evolución se encuentran los seres inteligentes, a los cuales no les extraña este suceso, ya que están en la condición de reproducir del desarrollo hasta el Big-bang.

Tan simple y convincente como es el principio antrópico débil, el principio antrópico fuerte da un paso más.

Según éste, en nuestro universo existen muchos y diversas regiones, o existen muchos distintos universos, pero sólo unos pocos podrían ser favorables para el desarrollo de vida inteligente. La versión “Hardcore” de este principio dice que todo este “esfuerzo” del cosmos sólo vale para nuestra existencia.

Esto, sin embargo es algo exagerado y científicamente insostenible

También es lícito preguntarse, porque los “ladrillos” de la naturaleza, partículas como los electrones o protones, adquieren justamente ese tamaño, como los observamos. Si sólo se desviarían en una fracción, entonces nuestro universo sería totalmente distinto. Entonces no se podrían formar estrellas, que generan a aquellos elementos, de los cuales nos formarnos. La carga, la masa o el espín de estas partículas, podrían ser diferentes. Entre los diversos universos, e incluso también en nuestro universo, sería posible, que estas constantes pueden variar. No lo sabemos, pero todo indicaría, que estos valores están exactamente ajustados entre si y recién entonces permiten el desarrollo de la vida. El margen del estado del tamaño de estas partículas es muy reducido.


¿Sería realmente posible, que según el principio antrópico fuerte, nuestra galaxia sería la única donde se pudo haber desarrollado vida? Es presuntuoso creer esto, si se considera, que quizás 1 billón de galaxias puebla nuestro universo. Y cada una a su vez se compone de miles de millones de estrellas, donde quizás la mayoría tienen planetas.

Con la gentil autorización de Alex Mellinger y NASA


El microcosmos

Muchos sucesos en el universo, se basan en fundamentos que hemos de buscar en el microcosmos. Así por ejemplo, el tal llamado efecto túnel es responsable, que estrellas como nuestro Sol realmente pueden brillar. La presión y la temperatura en el centro de la estrellar, son realmente altas, pero no lo suficientes como para sobreponer la repulsión eléctrica de las cargas positivas de los protones. Estos núcleos de Hidrógeno deberían fusionarse en Helio. Esto sólo se logra, ya que de vez en cuando, un protón pide prestado energía adicional del vacío quántico, ya que, provisto con esta, puede pasar por debajo de la barrera de energía de la carga eléctrica positiva de un protón “opositor”, como por un túnel. Una vez producido esto, la fuerza de interacción fuerte se hace cargo de la cohesión de las partículas.

O pensemos en la gravitación, la más débil de las fuerzas naturales. Ella aumenta, por las grandes masas, a tanta potencia, que se pueden condensar estrellas, planetas y galaxias e incluso formar hoyos negros con miles de millones de veces la masa solar, verdaderos monstruos del espacio. Esto, con mucha probabilidad, se puede atribuir a partículas pequeñísimas, llamados Gravitones. Son tan minúsculos y pobres en energía, que hasta ahora los científicos no han podido lograr evidenciarlos. Nuevos experimentos pueden tener éxito en los próximos años.

A pesar de los enormes éxitos en los últimos años de los físicos nucleares, estos también se encuentran con límites en el microcosmos. No podemos observar una partícula en particular, esto los prohíbe el principio de la Indeterminación de Heisenberg. Esta dice, que no podemos observar al mismo tiempo el lugar y el impulso de una partícula. Si por ejemplo, encerraríamos a un sólo electrón en una caja y achicar esta cada vez más y más, para localizar la partícula de mejor forma, entonces esta aumentaría su velocidad en la misma proporción, hasta llegar casi a la velocidad de la luz, como si el electrón notaría nuestros intentos de observación. No la podemos observar en “reposo”, se extrae a nuestro alcance.

Otro límite son los tamaños en el cosmos quántico. Si queremos saber algo sobre reacciones físicas o químicas, debemos realizar una observación en el experimento. Pero cada observación influye sobre el objeto observado, cuyas propiedades son cambiadas por estas. Por ejemplo, para observar a una partícula debemos “iluminarla”, lo que significa irradiarlos con partículas más pequeñas o mejor con fotones de cualquier largo de onda, y llegar de esta manera a informaciones, por las reflexiones, absorciones o emisiones. Pero en una colisión con un fotón, una partícula puede absorber al fotón y con la energía, así adquirida, cambiar su ubicación o su impulso. Esto, de por sí, ya es muy problemático, pero a esto se suma, que se debe elegir el largo de onda de la luz lo más reducido posible, para obtener mejores definiciones de la representación del cuadro. Mientras más corta es la onda, tanto mayor es la energía de los fotones y tanta más energía absorbe la partícula en observación. Por lo tanto, no podemos “ver” como se comportaría cuando no es observado. ¡Un dilema real! A nuestro afán de investigar se nos ha puesto otro límite más. No podemos reducir el largo de onda a nuestro antojo, y por esto no nos son accesibles los sucesos que se desarrollan en el largo de Planck. Una súper cuerda (hasta ahora solo teórica), posiblemente la partícula fundamental, de la cual se componen los gravitones o todas las otras partículas en el cosmos, nunca la podremos ver en su real forma.

Última revisión: 16 de Septiembre de 2006

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