Date prisa y ve a la escuela primaria. tema.
Artículo: ¿Cómo nació y evolucionó el universo hasta lo que es hoy? ¿Adónde irá su futuro? Esta proposición científica -o filosófica- ha desconcertado a la humanidad durante miles de años.
Hace unos 14 años, la gente pensaba que había una respuesta perfecta: al observar la radiación de microondas en el fondo cósmico, los astrónomos finalmente verificaron la conjetura de Edwin Hubble en 1929, y el nacimiento del universo El Big Bang alrededor de 13,7 mil millones hace años que. Posteriormente, con la evolución del universo, aparecieron uno tras otro la Vía Láctea, el sistema solar, la Tierra e incluso nosotros mismos.
Del 5 de junio de 2006 a octubre de 2006, fue con este importante resultado que los científicos estadounidenses George F. Smoot y John C. Mather compartieron el Premio Nobel de Física de ese año.
Pero nuestra comprensión del universo claramente apenas está comenzando. Apenas un mes después, la NASA publicó los últimos resultados de una investigación que muestra que una fuerza misteriosa llamada "energía oscura" existió hace al menos 9 mil millones de años.
En otras palabras, el universo entero comenzó a verse afectado por la energía oscura menos de 5 mil millones de años después de su nacimiento. Anteriormente, los científicos creían en general que tal vez esta fuerza no existía en los primeros días del universo, porque en aquella época todo estaba dominado por la gravedad que conocemos.
Aunque este resultado todavía no puede decirnos cómo será el futuro del universo, obviamente aporta nueva luz a nuestra comprensión profunda de las leyes operativas del universo. También se publicará un artículo relacionado en la edición de febrero de 2007 de The Astrophysical Journal.
En una entrevista con Finance, Adam Riess, profesor de la Universidad Johns Hopkins que dirigió el equipo de investigación, dijo: "Todavía estamos lejos de comprender realmente la energía oscura. Pero obviamente, este es un paso muy importante porque da más pistas"
¿Por qué se acelera la expansión del universo?
El descubrimiento de la energía oscura es muy dramático.
Según la teoría del Big Bang, después del Big Bang, a medida que pasa el tiempo, debido al efecto gravitacional entre la materia, la tasa de expansión del universo se ralentizará gradualmente, al igual que un automóvil que se aplica lentamente. los frenos. En otras palabras, las galaxias que están relativamente lejos de la Tierra deberían expandirse a un ritmo más lento que las que están más cerca.
En 1998, sin embargo, dos grupos liderados por el profesor de física de la Universidad de California en Berkeley, Saul Perlmutter, científico principal del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), y Brian Schmidt de la Universidad Nacional de Australia, observaron que aquellos distantes Las galaxias se alejan de nosotros a una velocidad cada vez mayor.
En otras palabras, la expansión del universo se está acelerando, como un coche que sigue pisando el acelerador, en lugar de desacelerar como los científicos predijeron anteriormente.
Una observación tan completamente inesperada ha sacudido fundamentalmente la comprensión tradicional del universo. Entonces, ¿qué tipo de fuerza está impulsando a todas las galaxias u otra materia a acelerarse?
Los científicos llaman a esta fuente de repulsión opuesta a la gravedad "energía oscura". Pero ¿qué significa “energía oscura”? Hasta ahora, todo lo que podemos dar es un "diagrama piramidal" muy aproximado de la estructura del universo:
El mundo que conocemos, es decir, la hierba, los árboles, las montañas, los ríos, las estrellas y Luna compuesta de átomos ordinarios, sólo representa el 4% del universo, equivalente a la pieza en la cima de la pirámide.
El 22% inferior es materia oscura. Esta sustancia está compuesta de partículas desconocidas. No participan en interacciones electromagnéticas y son invisibles a simple vista. Pero al igual que la materia ordinaria, participa en la gravedad, por lo que todavía es posible detectarla.
Como el 74% de los cimientos de la torre, está compuesto por la energía oscura más misteriosa. Está en todas partes, todo el tiempo. Como sabemos tan poco sobre sus propiedades, los científicos aún no saben cómo verificar su existencia en el laboratorio. El único medio sigue siendo comprender sus misterios por medios indirectos a través de observaciones astronómicas.
En la actualidad, observar la explosión de supernovas de Tipo Ia es el método de observación más importante. Esta supernova se forma por la explosión de una estrella enana blanca en un sistema estelar binario y su brillo es casi constante. De esta forma, midiendo su brillo podemos conocer su distancia a la Tierra y por tanto su velocidad.
Con la ayuda de instrumentos astronómicos sensibles como el Hubble, podemos observar al menos a 9 mil millones de años luz de distancia, lo que supone comprender información sobre el universo hace 9 mil millones de años.
El profesor Adem Reiss de la Universidad Hopkins nos mostró el último escenario de "energía oscura" de la siguiente manera:
En los primeros días después del Big Bang, el universo experimentó una fase de rápida expansión. Después de eso, debido a la estrecha distancia entre la materia oscura y la materia, la tasa de expansión del universo comenzó a disminuir bajo la influencia de la gravedad.
Sin embargo, hace al menos 9 mil millones de años, surgió otra fuerza en el universo: la energía oscura en forma de fuerza repulsiva, que comenzó a compensar gradualmente el efecto gravitacional.
A medida que el universo se expandió, la creciente cantidad de energía oscura finalmente superó la gravedad hace unos 5 mil millones a 6 mil millones de años. Después de eso, la expansión del universo pasó de desacelerarse a acelerarse, lo que continúa hasta el día de hoy.
El legado de Einstein
Li Miao, profesor del Departamento de Física de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, dijo una vez medio en broma: “Hay tantos modelos de energía oscura como ya que hay expertos en energía oscura ". Quizás esta afirmación no sea una exageración, pero el estado caótico teórico de la energía oscura también se puede ver en ella.
Entre ellas, la teoría más dramática es la resurrección de la “constante cosmológica” de Einstein. En 1917, Albert Einstein, considerado el científico más grande de todo el siglo XX, propuso por primera vez este concepto para establecer un modelo de universo en estado estacionario. Sin embargo, incluso él mismo admitió más tarde que la "constante cosmológica" era simplemente un concepto erróneo.
Pero la existencia de energía oscura proporciona una nueva posibilidad para la constante cosmológica. Si la energía oscura es una constante cosmológica, su fuerza sólo dependerá del tamaño del universo. A medida que el universo se expande, su volumen aumenta gradualmente, al igual que su energía oscura. Con el tiempo se alcanzará un punto de inflexión, lo que hará que el universo pase de una desaceleración a una aceleración, y seguirá acelerándose.
Zhang Xinmin, investigador del Instituto de Física de Altas Energías de la Academia de Ciencias de China, señaló en una entrevista con Caijing que los resultados de las observaciones hasta el momento, incluidos los últimos resultados de Reiss, son “muy consistentes” con la teoría de la constante cosmológica de Einstein.
Sin embargo, la constante cosmológica está lejos de ser una teoría determinista de la energía oscura. Algunos científicos dicen medio en broma que según este modelo la expansión del universo seguirá acelerándose, lo cual es bastante aburrido.
Por supuesto, lo más fatal es que la constante cosmológica calculada basándose en la teoría cuántica de campos es al menos 120 veces mayor que el límite superior obtenido a partir de observaciones astronómicas.
Una de las explicaciones más extrañas que tiene base científica es la "teoría del multiverso". Es posible que las observaciones y teorías no estén equivocadas. De hecho, además del universo en el que vivimos, existen muchos otros universos. El número de universos que los científicos pueden imaginar no se mide en decenas de miles o cientos de millones, sino que probablemente llegue a 10 elevado a 1.000.
Cada universo tiene una constante cosmológica diferente. Simplemente vivimos en un universo con una constante cosmológica muy pequeña. Parece haber una "mano de Dios" en la oscuridad, presentándonos un universo adecuado para que sobreviva la vida inteligente.
Sin embargo, existe una gran controversia entre astrónomos y físicos sobre este "principio antropomórfico" que espera la existencia del multiverso. Zhang Xinmin, investigador del Instituto de Física de Altas Energías de la Academia de Ciencias de China, dijo a Caijing que mucha gente piensa que esto es sólo una conjetura y está lejos del "principio".
La crítica más aguda es que esta explicación se parece más a una creencia religiosa que a una teoría científica.
Para evitar este conflicto, los científicos han propuesto diversas teorías de la energía oscura para sustituir el modelo cosmológico constante. Los modelos representativos incluyen el modelo de esencia y el modelo fantasma. Zhang Xinmin y Li Miao, profesor del Departamento de Física de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, también propusieron los modelos quintom y holográfico, respectivamente.
El futuro del universo
Si se pueden establecer estas teorías alternativas de la energía oscura, apuntarán a un futuro del universo completamente diferente:
Según Con el modelo de campo escalar, el futuro del universo será mucho más complicado. La expansión puede continuar acelerándose, o puede desacelerarse, o incluso reducirse, lo que eventualmente conducirá al "Big Crunch" opuesto al Big Bang.
Según el modelo fantasma, la energía oscura seguirá aumentando, provocando que el universo se expanda a una aceleración cada vez mayor. Con el tiempo, el universo avanzará hacia un "gran desgarro".
El modelo elfo da un "futuro oscilante". Zhang Xinmin le dijo a Caijing que, según su teoría, el universo entero deducirá repetidamente entre expansión acelerada y expansión desacelerada, y las dos situaciones extremas de "gran colapso" y "gran desgarro" no ocurrirán.
La mayor dificultad es que, hasta el momento, los medios que tenemos para estudiar la energía oscura son todavía muy limitados.
En la actualidad, lo más corriente es la observación de supernovas. Pero a algunas personas les preocupa que, especialmente en los primeros días del universo, el brillo de las supernovas no sea constante y que también tenga su propio proceso de evolución.
Aunque se pueda descartar esta preocupación, estas supernovas son muy difíciles de observar dado que están muy, muy lejos de la Tierra. Para Reese, es como mirar una bombilla de 60 vatios desde la distancia entre dos lunas. Incluso con la altísima sensibilidad del telescopio Hubble, existen errores sistemáticos que son difíciles de eliminar.
El estudio de estructuras cósmicas a gran escala, como los cúmulos de galaxias, puede proporcionar nuevas pistas sobre la energía oscura. Una vez que la energía oscura está presente, los cúmulos de galaxias pueden formarse más lentamente porque la gravedad necesita superar esta repulsión primero.
Actualmente, el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), un proyecto de exploración espacial, ha completado su primera fase de cinco años. Una vez terminado, este fino dispositivo de imágenes ópticas, que puede cubrir una cuarta parte del cielo, revelará sin duda aún más detalles.
Se informa que los científicos chinos también están intentando utilizar el LAMOST (Telescopio espectroscópico de fibra multiobjeto de gran área del cielo), lanzado recientemente cerca de Beijing, para observar supernovas y explorar la posibilidad de realizar experimentos de energía oscura en nuestro país. por primera vez. El uso de explosiones gamma (radiación cósmica de alta energía producida por la explosión de estrellas supermasivas) puede proporcionar un medio indirecto para estudiar más a fondo la energía oscura temprana.
Zhu Zonghong, profesor del Departamento de Física de la Universidad Normal de Beijing, señaló en una entrevista con Caijing que la exploración de la astronomía del estallido de rayos gamma aún está en su infancia, lo que es algo similar a la supernova. astronomía en 1998 cuando se descubrió por primera vez la energía oscura, pero algunas de sus propiedades aún pueden usarse para estudiar la energía oscura a largo plazo.
Entonces, ¿es posible utilizar el laboratorio para estudiar directamente la energía oscura? Algunos afirman que la nanotecnología podría utilizarse para lograr este objetivo. En una entrevista con Caijing, Rice dijo que algunos científicos también esperan utilizar experimentos de gravedad de corto alcance para encontrar pistas sobre la energía oscura.
El físico del Instituto Tecnológico de California (CIT), Sean Carroll, también subrayó a "Finance" que para encontrar un modelo más definido no sólo se necesitan datos astronómicos, sino que también pueden ser necesarios datos físicos. Especialmente el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que se pondrá en funcionamiento en Europa en 2007, tal vez "podamos esperarlo con ansias".
Sin embargo, debido a que la naturaleza de la energía oscura, incluido su mecanismo de reacción con otras sustancias, aún no está clara, muchos científicos creen que no pueden poner demasiadas esperanzas en el trabajo de laboratorio a corto plazo; todavía puede provenir de observaciones astronómicas.
Si nada sale mal, la sonda Planck se lanzará oficialmente en el primer trimestre de 2007 y detectará el cielo con mayor precisión. Perlmutter también dijo en una entrevista con Caijing que el detector de aceleración de supernovas (SNAP) diseñado por su laboratorio se lanzará en 2013 o 2014, según lo previsto.
“En los próximos cinco a diez años, es posible que tengamos una comprensión más clara de la naturaleza de la energía oscura”, dijo a Finanzas Christopher Conselice, profesor de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Nottingham. .
Pocas personas niegan que la energía oscura es una revolución para toda la cosmología e incluso la física. Stephen Weinberg, ganador del Premio Nobel de Física de 1979, dejó claro una vez que "si no solucionamos el 'obstáculo' de la energía oscura, no seremos capaces de comprender completamente la física básica", famoso físico chino, Nobel de 1957. Premio de Física