1 de septiembre de 2013

Varias cuestiones en relación al universo



Varias cuestiones en relación al universo


¿En qué lugar del universo sucedió el Big-bang?


Puesto que no tenemos mayor información, debemos suponer que el Big-bang no sucedió en un lugar determinado, sino que ocurrió en todos los lugares al mismo tiempo.


¿Qué forma geométrica tiene nuestro universo?


El Universo no tiene ninguna de las formas, que conocemos desde nuestro punto de vista del espacio tridimensional. Todos los dibujos y esquemas que se muestran, para explicar las correlaciones cosmológicas, son metáforas que han de ayudar a poner de pié nuestra comprensión, pero de ninguna manera son pasos intermedios de inevitables conclusiones lógicas. Sólo representan determinados aspectos de estas correlaciones.
El universo no tiene límites y por esto muchas veces es etiquetado como esfera. Sin embargo no se ha podido determinar una curvatura (universal) del espacio (independientemente de hecho, que el espacio, debido a la influencia de campos gravitacionales, es curvado). La esfera es única metáfora que entra en consideración, ya que no tiene bordes y no conoce puntos ni direcciones especiales (al contrario de cilindros y poliedros).


¿El universo debe estar limitado, ya que el infinito es de difícil comprensión?


El hecho, de que el infinito es difícil de comprender, un finito es imaginable. Algo imaginable no es un criterio de la verdad. En la política muchas veces no nos podemos imaginar de lo que realmente sucede.


¿El Big-bang es una transición de la nada hacia la existencia? ¿Se formó el mundo de la nada?  


La forma de la pregunta ya implica, que nada es algo. Si observamos bien, lo que entendemos bajo Big-bang, es la separación del espacio y el tiempo. El Big-bang separa el ámbito, en el cual el espacio y el tiempo están separados, dónde el desarrollo puede llevarse a cabo, del contorno donde esta diferencia no existe. La formación, no es otra cosa que el límite de este ámbito. Lo netamente geométrico es fácilmente de ser moldeado, el consistente desempeño de las condiciones físicas, en cambio  no lo es.


Aún así expresiones cómo El universo se formó de la nada o El universo salió del vacío son engañosas. Recién mucho tiempo después de la separación del espacio y del tiempo, después del enfriamiento de unos 10ˆ32 K a 10ˆ28 K, el universo por una disolución  llegó a un estado, dónde sólo contaba el vacío de alta temperatura en el balance energético. La desintegración de este vacío de alta temperatura, que es la restitución de las familiares partículas de la energía del vacío en desintegración, no es el Big-bang, pero si una especie de formación de la preforma del estado visible actual del universo a partir del vacío.


¿No estamos seguros en relación al Big-bang, porque no conocemos la física?


En el caso del Big-bang se trata de la consistencia de la física conocida. Es la física que conocemos, que es analizada sobre su consistencia, y cuya formulación consistente se está buscando. Esto es lo que debemos lograr. Una vez que tengamos una formulación sólida, podemos dedicarnos a determinar el estado, que debió haber existido en el ámbito, en el cual el espacio y el tiempo no estaban separados: en el así entendido sentido, o sea en el estado antes del Big-bang. La palabra nada es errónea, y: La estructura de esté ámbito podría estar, alguna vez,  al alcance de la teoría.


¿Existe un consenso, sobre lo que sucedió durante el Big-bang? 


Existe un cierto consenso de lo que sucedió después del Big-bang: Hubo una inflación (expansión exponencial), que terminó con la excitación de todas las partículas. Cuya aniquilación no fue total, porque se había rota la simetría entre las partículas y las antipartículas. 

El resto de las partículas que no fueron aniquiladas se fusionó a algunos de los más livianos núcleos atómicos (Deuterio y Helio), de esta maneras hoy, en el Hidrógeno interestelar, podemos encontrar un 25% de Helio y 1/1000 % de Deuterio. Después de  transparentarse el universo, se produjo una estructuración causada por la gravitación, cuyo resultado es la observada distribución  de las galaxias.

Lo que sucedió propiamente tal durante el Big-bang, no está claro, ya que los modelos aún no han sido examinados en su consistencia o que no ha sido posible hasta ahora ser examinado en su consistencia. Todo indicaría, que el Big-bang hay que considerarlo como el divorcio entre el espacio y el tiempo.


¿Cómo se puede saber lo que ocurrió durante el Big-bang?


En el sentido de una observación directa, no se sabe. El Big-bang no es observable, porque se encuentra escondido detrás de la inflación, cómo  detrás de un velo. Lo teóricamente agradable de la inflación – ella nos proporciona una etapa temprana de la temperatura extremadamente baja, que justifica el espectro observado de la formación de las estructuras – es justamente la razón, por las cuales las situaciones calientes antes de la inflación, no son posibles de ser reconstruidos a partir de observaciones. Los estados antes de la inflación solo se pueden deducir desde la exigencia de una extrapolación sólida de nuestra experiencia. Lo que bisecamos, es un modelo completo para el período antes de la inflación, cuya solidez se pueda comprobar.


¿Qué hubo antes del Big-bang?


Antes del Big-bang el espacio y el tiempo no estaban separados. Constantemente hay que señalar, que es posible esbozar modelos geométricos utópicos, pero estos generalmente no son posibles integrarlos satisfactoriamente con la física. Quizás nunca hubo un antes, al igual que en el globo terráqueo no existe nada  que sea más norteño que el polo norte.


¿El Big-bang fue único o puede producirse varias veces?


El Big-bang eles el límite del ámbito del mundo, en el cual existe la conocida diferenciación de tiempo y espacio. Este límite puede ser un instante más o menos uniforme, pero también es posible imaginarse modelos donde aquello no es así. Empero, hasta ahora no existe ningún modelo sólido en relación a esta pregunta, ni hablar de uno que hablase contra nuestro concepto de un universo mayormente homogéneo (basado en la isotropía de la radiación de fondo). 


¿Los multiversos son sólo especulacioines o algó más?


El universo es la contrapartida hipotética de un sistema consistente (y completo) de experiencias extrapoladas hacia lo ilimitado, y por lo tanto, el universo, contiene todo lo que para ello es relevante, todo. Con esto la idea de varios universos, resulta absurda.

Muchas veces bajo varios universos se entiende la existencia de partes del universo (separados bajo determinados condiciones), que se diferencian en su apariencia y origen o desarrollo. Para esto, de parte de la observación no existe ningún indicio y desde el punto de vista de la teoría, ningún modelo cuya consistencia que puede ser examinada, y finalmente se contradice a la experiencia histórica, que constantemente tuvo que registrar la pérdida rarezas en nuestro entorno. Por esto enunciamos el principio cosmológico, cuya formulación más convincente se encuentra en el proverbio siciliano: Tuttu lu munnu è  comu casa nostra (Todo el mundo es como nuestra casa).


¿Se expande el espacio hacia dimensiones superiores?


La imagen ilustrativa del globo inflado, que se expande, y en él cual están dibujadas las galaxias, nos lleva a la tentación, ver la expansión del universo cómo la expansión de la superficie del globo como una expansión en por lo menos otra dimensión. Esto se debe  a nuestra visión tridimensional y es innecesaria para la descripción exacta de la expansión. La expansión cómo la curvatura del universo, son medidas y totalmente descritas dentro del universo (de la superficie del globo) sin el recurso a una dimensión adicional.

Teorías, que consideran dimensiones más altas, persiguen otras metas. Ellas ven en las estructuras de dimensiones adicionales el medio, para describir fenómenos físicos de forma más simples y bajo un punto de vista común. Su problema básico es fundamentar, la razón por la cual estas dimensiones adicionales no se muestran bajo las circunstancias usuales. La excusa es, que dimensiones adicionales están de algunas formas acordonadas y que su expansión y contracción se desenvuelva de manera distinta que donde las tres conocidas dimensiones. Hoy la expansión hacia otras dimensiones de todos modos no puede cambiar (si es que existen otras dimensiones), ya que la máquina a vapor no funcionaría. Existen modelos del universo, en los cuales los la presumida inflación del universo primitivo  está asociada con una contracción de las escalas del universo en las dimensiones superiores. Estas escalas de las dimensiones superiores, hoy deben ser infra microscópicas y de constante expansión, para que los posibles efectos de su existencia, no interfieren en la bien asegurada parte de las leyes de las interacciones entre las partículas.

La pregunta, si la gravitación y el efecto Casimir, se puede ser representado como una especie de presión protegida  en un gas de partículas, fue investigada en el siglo pasado sin éxito. De hecho sólo existe una fuerza dependiente del volumen, la gravitación empero es proporcional a la masa.


[Wie kann negative Krümmung isotrop sein?

Negative Krümmung nennt man hyperbolisch, und zur Darstellung wird immer auf das (einschalige) Hyperboloid verwiesen. Das hat anscheinend keine konstante Krümmung, ist also nicht homogen, und enthält an jedem Punkt auch Geodäten ohne Krümmung, ist also nicht isotrop. Warum also Hyperboloid?
Zunächst ist die Beobachtung richtig, dass ein einschaliges Hyperboloid im dreidimensionalen euklidischen Raum keine konstante Krümmung hat. Die Hyperboloide, die als Illustration kosmologischer Modelle in der Regel gezeichnet werden, sind jedoch Flächen in einer (in der Zeichnung) (2+1)-dimensionalen Raum-Zeit mit Minkowski-Geometrie, und in dieser haben sie konstante Krümmung. Im einfachsten Fall, dem Milne-Kosmos, sind die Flächen konstanter negativer Krümmung (und auch konstanten Abstands vom Zentrum) Schalen eines zweischaligen Hyperboloids, die als Flächen im euklidischen Raum sogar positive Krümmung hätten und dort dann ebenfalls nicht homogen wären.
Negative Krümmung bedeutet nur bei einer Fläche im euklidischen Raum Sattelpunkteigenschaft, nicht aber in einer (2+1)-dimensionalen Raum-Zeit. Die Isotropie der Tangenten ist also nicht verletzt.
Negative gekrümmte Räume sind auch nicht deshalb offen, weil ihre Darstellung als Hyperboloide keine endliche Fläche hat (solche Darstellungen gibt es auch für die Kugel), sondern weil Geraden in diesen Räumen im einfachsten Fall unendliche Länge haben. Das ist aber eigentlich eine Frage der Topologie. Unter Umständen gibt es mehrfachen Zusammenhang, der lokal keine Besonderheiten erzeugt, und dann ist die Frage der Unendlichkeit losgelöst von der der Krümmung.]

NOTA: Aquí fui sobrepasado, A. Gundelach
 


¿De dónde proviene en concepto del Big-bang?


Siempre es una pregunta de donde se comienza y que se entiende bajo el concepto Big-bang. Si no se hace gimnasia mental, para interpretar metáforas, en cambio si se atiende a la teoría, entonces comienza con Alexander Friedmann, quien e mostró matemáticamente al incrédulo Einstein 1922, que también se puede construir un modelo consistente, para un universo homogéneo con una curvatura negativa, si tan sólo se acepta una expansión del universo 8que a la sazón aun no tenía una base observable). Un universo homogéneo en expansión, de acuerda a la teoría general de la relatividad en presencia  materia convencional, siempre tiene una singularidad, un comienzo con el tiempo. George LeMâitre llamó a la singularidad del inicio  cómo el átomo originario. El Big-bang, entra más tarde en el juego, cuando se comenzó a considerar en forma sería a la expansión del universo y la física de la reacción nuclear está más desarrollada. Georges Gamow concluyó claramente, que la mayor densidad del universo, de los primeros tiempos, también debe significar una mayor temperatura. Él llega a la conclusión de la radiación de fondo (de la época cuando en universo tenía una edad de aprox. 100.000 años) 17 años antes de su descubrimiento y a una síntesis nuclear que abarca todo el universo (de una época cuando el universo tenía una edad de 3 minutos) 19 años antes de su determinación exacta. Esta síntesis nuclear fue caricaturizada por Fred Hoyle con el sobrenombre Big-bang. Gamow se habría enojado mucho con esto. Hoy el Big-bang es el nombre de una marca, y fueron Fred Hoyle y sus alumnos que en 1967, que lograron realizar los cálculos exactos. Hoy con Big-bang se designa en general la singularidad misma. 


¿Existe una diferencia entre cosmos y universo?


El cosmos es el (supuesto) orden del mundo, la totalidad de las leyes naturales, cuyos fundamentos también deberían consistentes y validos en presencia de una extrema extrapolación. Un cosmos es la armonía de las leyes naturales a nivel global. Lo contrario de cosmos es el caos: Las leyes necesariamente no deberían ser globalmente estables. Como objeto de un cosmos esperamos la totalidad de lo existente, el universo. El universo y el cosmos se relacionan entre sí, como la tierra y el mapa. Pero: El universo puede ser tanto un objeto de un cosmos, como también del caos. El universo no debe – cómo el caso – conocer condiciones externas, debe contener todo lo que tiene influencia. ¿Lo que ahora observamos a nuestro rededor – estrella, galaxias, cúmulos de galaxias, quásares, radiación de fondo – es esto el universo? No tan así: Nosotros sólo vemos hasta un horizonte, que también se expande, pero que no puede ser sobrepasado.  Por lo tanto debemos asumir, que el ámbito debajo del horizonte, nuestro campo visual, es típico para el est6ado y la historia del universo. Sólo entonces nuestras observaciones analizan el supuesto cosmos en el marco del modelo, que podemos diseñar- Empero la conjetura no es posible examinarla allende del horizonte, sigue siendo una hipótesis. Se le llama principio cosmológico.


¿Puede ser nuestro universo poco probable?


La probabilidad exige la existencia de una familia de  modelos igualmente consistentes para el universo, sobre la que se puede pensar en una distribución de probabilidades. Sólo si los modelos se pueden contar (o sea, que la consistencia sólo permite un espectgro discreto de los valores de constantes naturales), se le puede asignar a os distintos modelos probabilidades positivas. Si al contrario, la consistencia permite una continua elección de constantes naturales, el asunto se pone difícil.

¿Si se preguntase desde el punto de vista de la teoría de las cuerdas, que modelos realmente son posibles, qué tan probable o improbable es entonces, que el universo es, cómo es, con todas sus constantes naturales, con todas sus condiciones que permitieron la vida?

Ya sin las cuerdas es posible construir diversos modelos geométricos, cuyos parámetros deben ser medidos, ya que aun no tenemos buenas razones teóricas. El desconocimiento no significa que en alguna parte reinó la casualidad. Suponemos casualidad en base a nuestros conocimientos de los microsistemas y nuestro conocimiento, que las distancias geométricas alguna vez fueron microscópicamente pequeñas. Port otro lado tenemos nuestros conocimientos sobre los efectos cuánticos de un mundo, en el cual la gravitación sólo juega un papel secundario. Sólo la apreciación, lo que significaría la casualidad para el universo nos muestra su problemática. Una fórmula mundial debería excluirla en esta simple forma.


La organización CODATA publica valores recomendados de las constantes naturales. ¿Tenemos la libertad sobre los valores usaremos?

Las constantes naturales no son libres, pero con los diferentes métodos no son posibles de medirlos con la misma precisión y exactitud. Los métodos constantemente son mejorados. Se está obligado a usar un promedio ponderado de los diferentes valores obtenidos. El peso de este medio, sin embargo, provienen ce las estimaciones de los errores sistemáticos, que se pueden tomar de distinta manera. CIDATA tiene una así y recomienda usarla. Entonces se obtienen los valores recomendados de las constantes naturales. Importante son los valores exactos para todos los demás procedimientos de medición, pero mientras tanto no para la comprensión de la naturaleza.

¿El universo tiene límites?

Hasta donde sabemos, el universo no tiene límites. La suposición, que la física tiene la misma validez en todas partes ha resistido a todos los análisis.  Todos los lugares del universo son iguales para la física y el medio ambiente a gran escala. Por lo tanto no existe un borde del universo, y el argumento, que usó Lucrecio hace 2000 años, para esto, aún sigue siendo el mismo, aun cuando ha evolucionado en la forma desde Nicolás de Cusa, Copérnico, Bruno y Einstein: Estando en el borde nunca podríamos arrojar la lanza en todas las direcciones de la misma manera. Con esto los puntos del borde serían distintos que aquellos del interior. Si todos los puntos son iguales, entonces sólo podrían ser puntos del interior. Cusa argumentaba con la omnipotencia de Dios, que no puede conocer límites: Todos los lugares del universo están a la misma distancia de Dios.
No hay que confundir ilimitado con infinito: La superficie de una esfera no tiene límites, empero es finita. El universo – los últimas mediciones de la redición de fondo lo confirman – ahora es de un volumen infinito. La ilimitación del universo, no significa, que podremos ver hasta toda la profundidad. Su expansión asegura que hay un horizonte, que varía, al igual que los horizontes acostumbrados en la Tierra de acuerdo a la posición de cada uno. Al mirar hacia las distancias, también miramos hacia las profundidades del pasado, ya que la luz necesita su tiempo. Desde una distancia, para la cual la luz necesito 13 mil millones de años, la luz proviene de un pasado en el cual el universo era mil veces más caliente y millares de veces más denso que hoy. Desde allí viene la radiación de fondo, pero más allá hacia el pasado y en lo profundo del espacio no podemos  ver directamente. Hasta allí sólo podemos llegar con la teoría y el análisis de fósiles como la concentraci’o0nm del agua pesada o el espectro de las fluctuaciones de la radiación de fondo y la estructura de la distribución de las galaxia.

Hasta donde alcanza la vista, las leyes naturales son todas iguales, no se ve ni atisbos de un borde. Sin embargo sigue siendo una hipótesis, que todos los lugares del universo sean iguales. Si examinamos la consistencia de la física en su extrapolación ilimitada, entonces también queremos probar  los resultados teóricos mediante observaciones. Pero esto sólo tiene sentido, si las observaciones dentro de nuestro horizonte de todo el universo se caracterizan de igual forma, que el universo esto conformado de la misma forma en todas las partes, tal cómo ser lo imaginó Cusa. Si abandonamos esta condición, entonces a la cosmología sólo le queda el análisis teórico de la consistencia, la parte observable del test se pierde. No se puede descartar, que el análisis de la consistencia nos muestra algún día que el universo tiene límites, es decir, que la física no puede ser extrapolado  en forma ilimitada libre de contradicciones. Pero  aún no hemos llegado tan lejos.

Traducido del alemán por A. Gundelach
 
 Fuente: http://www.aip.de/~lie/Kommentare/Kommentare.Universum.html


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