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Biografía del Universo 06: ¡Qué grande es la inflación!




t = 10-32 segundos

Dejamos la entrada anterior de esta serie sobre la Biografía del Universo en un momento en que el Universo había sido sometido a un estiramiento brutal de piel y a un recalentamiento que le dejó muy excitado. Esto último sucedía más o menos a los 10-32 segundos desde el origen teórico de nuestro tiempo en el centro del mundo de Planck. Recordemos una frase allí escrita: “Por último, al acabarse la inflación exponencial, el -campo- inflatón se adentra en la zona de reposo, acunándose alrededor del punto de mínima energía. En estos momentos creemos que aparece una nueva generación de campos y el universo pasa de un estado vacío, oscuro y frío, a todo lo contrario. La inmensa energía potencial embalsada durante la expansión se transforma en eso, en partículas y radiación, incrementándose la temperatura hasta los 1029K”.

La energía positiva de toda la materia que se acababa de crear durante la fase de recalentamiento del universo se balanceó con exactitud con la energía negativa de toda la gravedad del universo. Tal como dijo Alan Guth, el cosmólogo que visionó el proceso de expansión inflacionaria: “Toda la materia más toda la gravedad en el universo observable es igual a cero. Por eso el Universo pudo surgir de la nada, porque es, básicamente, nada”.

Nota general para todo lo que sigue donde se menciona un universo observable: Como “universo observable” entendemos a una región parcial del Universo total, una esfera con nosotros de observadores en el centro, en la que la luz emitida por los puntos frontera más exteriores ha tenido tiempo de llegar hasta el centro de la esfera. Lo que quiere decir que estos puntos frontera se encuentran a una distancia de nosotros en años-luz igual a la edad del Universo, 13.800 millones de años-luz que, ampliados por el efecto de la expansión, equivale a unos 0,5×1024 kilómetros de radio de la esfera observable. El resto del Universo, que se postula en algunas teorías como finito y cerrado y en otras como infinito -o casi infinito- en el espacio pero finito en el tiempo, es inalcanzable.[1]

En el momento de alcanzar su estado de mínima energía, el campo inflatón fue capaz de interactuar con los nuevos campos surgidos en este momento de cambio de estado para nuestro Universo. Campos correspondientes a nuevas partículas y fuerzas; algunas serían como las actuales, otras extrañas o desconocidas para nosotros.[2] El campo inflatón inducía estados de vibración en los nuevos personajes, quizás mediante la intermediación de una partícula que podríamos llamar también inflatón, en un mundo de altísimas energías que rondaban los 1024 eV, muy alejadas de las que manejan nuestras capacidades tecnológicas.[3] Es decir, este momento y estas partículas son aún inobservables para nosotros.

Diversas resoluciones teóricas del fenómeno de recalentamiento parecen indicar que el proceso pudo iniciarse a partir de la formación de burbujas de energía en determinadas regiones del espacio, que serían ondas de materia muy localizadas y con una tremenda energía cinética. A velocidad próxima a la de la luz, estas burbujas chocarían, fragmentándose en otras más pequeñas y con unas longitudes de onda menores. Con el paso del tiempo, y siguiendo este proceso, las burbujas iniciales se habrían extendido por todo el espacio, que se comportaría algo así como un fluido turbulento. Poco a poco se fue atemperando esa turbulencia, alcanzándose un nivel de temperatura homogéneo en todos los puntos. Todo ello en una pequeñísima fracción de segundo. Estos procesos habrían generado un espectro de ondas gravitatorias que si llegamos algún día a poder detectar nos darían una alternativa al LHC, o a tecnologías similares que le sigan, para el análisis de lo que sucedió en los momentos iniciales.

Los dos tipos de ondas gravitatorias que se pudieron generar en los primeros momentos del Universo. Las primeras (en amarillo) como consecuencia de la rápida expansión del espacio-tiempo y las segundas (en rojo) como consecuencia de los fenómenos de recalentamiento apuntadas en el texto (Imagen: Investigación y Ciencia, diciembre 2012, fair use)

En ese universo de tamaño parecido al de una naranja, las partículas y la radiación que convivían en su tejido tenían que moverse a grandes velocidades al estar confinadas en un pequeño espacio. Dada la alta energía de fondo, se podría crear un abanico extenso de partículas, desde las de gran masa hasta las más pequeñas. A pesar de que desconocemos las características reales del campo inflatón, incluso si realmente existió, se conjetura que las partículas creadas en el recalentamiento pudieron ser de tipo escalar, como algo semejante al Higgs; a las que se añadirían bosones asociados a campos vectoriales, como los fotones o los mediadores de la fuerza nuclear débil; más materia fermiónica, como los electrones o los quarks. E incluso partículas desconocidas por nosotros y que con posterioridad, a medida que se iba enfriando el Universo, dieron lugar a la materia bariónica[4] que observamos hoy en día.[5] Las velocidades serían tan grandes y la energía de la radiación tan brutal, que continuamente estarían chocando entre ellas, desapareciendo y creándose de nuevas.

Volveremos a este punto en otras entradas. Antes voy a abrir un paréntesis en el relato y dedicar lo que queda de entrada a hacer un sucinto repaso a algunas de las incógnitas que observamos y que la inflación exponencial nos ha permitido explicar… o no.

Densidad de energía (… un bonito problema)

En el capítulo anterior  -cosa que como habéis visto remachamos en éste- ya dijimos cómo la inflación fue la responsable de generar toda la materia del Universo actual a partir de la nada del vacío, o quizás a partir de la energía del volumen de Planck equivalente a unos 10-5 gramos.[6] El modo tan especial en que se movió el campo inflatón durante la expansión fue embalsando en todos y cada uno de los nuevos cuantos del tejido del Universo una energía que llamamos “smooth tension” o “energía oscura” o “constante cosmológica”. A fin de cuentas, distintos nombres para la energía que surgió del estado de vacío en que se encontraba el tejido del espacio-tiempo. También en las entradas anteriores habíamos propuesto con gran imaginación unas voluntariosas hipótesis con las que explicábamos cómo era posible que a partir de la exigua energía de Planck apareciese la enorme cantidad de energía que hoy observamos.

Pero la teoría exige explicaciones concretas. Y la verdad es que la realidad es más cruda. El problema que tenemos es que todas las veces que nos ponemos a hacer un cálculo teórico cuántico de la densidad de la energía del vacío llegamos a la cifra de 1091 gr/cm3, mientras que la que medimos en la realidad observable es del orden de 10-29 gr/cm3. Un “pequeño” problema a resolver de una magnitud de 10120. En un rapto de optimismo, lo podemos ver más atemperado si pensamos en masas, ya que la densidad del vacío es proporcional a la cuarta potencia de una masa, lo que nos lleva a decir que la relación entre la masa calculada y la observada es de 1030. Lo veamos como lo veamos, la incongruencia es muy elevada. Y hoy por hoy no tenemos ni idea del porqué.[7]

Planitud (… ahí parece que le hemos dado)

No todo son incógnitas. Observamos un Universo actual que se comporta como si su geometría -los más técnicos dirían la métrica-,[8] la que utilizamos en los cálculos que nos permite entenderlo, fuera plana. Es decir, que en el espacio-tiempo observable se cumple el que la suma de los tres ángulos de un triángulo es 180º. Como veremos en una entrada posterior, cuando hablemos de la radiación de fondo de microondas emitida en el momento de la recombinación,[9] de la propia estructura térmica de estas ondas se deduce una geometría Euclidiana, es decir, plana.

Quizás podamos entender mejor lo de la planitud a través de otro razonamiento. Sabemos, gracias a la fantástica intuición de Einstein objetivada en la relatividad general, que la masa-energía-presión genera una deformación del tejido espacio-temporal. Y creo que de tanto oírlo ya nos imaginamos bastante bien cuando se trata de concentraciones “puntuales” de masa, que al deformar el espacio provocan gravedad y desviaciones en las trayectorias de otros cuerpos con o sin masa. Pero si pensamos al nivel global de todo el Cosmos, toda la energía-masa contenida provoca también una curvatura general de todo el Universo. Si hay mucha energía, la curvatura será muy fuerte y cerrará al tejido espacio-temporal. Por el contrario, si hay poca energía la curvatura será ligera y dejará al Universo abierto. Sólo si la energía-masa es la adecuada el Universo adoptará una geometría plana entre la esférica -cerrada- y la de silla de montar -abierta-. La maravilla es que la cifra de densidad crítica del Cosmos que exigen las ecuaciones de la relatividad es precisamente la que estamos observando cuando hacemos un inventario de lo que contienen las galaxias y los cúmulos.

Una hormiga experimentando asombrada como su mundo se va haciendo más y más plano a medida que se hincha el globo. Todo es cuestión de perspectiva (Imagen del libro “Astronomy today“,pag 704, Eric Chaisson y Steve McMillan, fair use)

Si, como hemos comentado, el Universo pudo partir, y así lo consideramos en nuestras teorías, de una burbuja de la espuma cuántica básica, con una curvatura próxima al infinito, es lícito el preguntarse ¿cómo pudo llegar a ser plano? Pues gracias a que la inflación exponencial que sufrió esa burbuja expandió su tejido de tal manera que, en el momento actual, el pedacito de Universo que podemos observar,[10] aunque sea en esencia curvo, para nosotros es plano. Algo así como ver el mar desde la costa, que nos parece plano aunque siga la curvatura de la Tierra. Y es que tal como parece que runrunea la hormiguita de la figura de arriba… todo es cuestión de perspectiva.

Homogeneidad e isotropía (… en este caso no era tan difícil el problema)

Otra peculiaridad que observamos es que el Universo es homogéneo e isótropo. Eso quiere decir que en lo macro tiene las mismas características en todos sus puntos, por ejemplo su densidad, y que además vemos lo mismo miremos hacia donde miremos desde cualquier punto de observación. Sí, hay estrellas y galaxias, pero perdidas en los inmensos vacíos cósmicos, aunque nos parecen masas dignas de titanes. Si nos fijamos en el conjunto del Universo, observamos que la temperatura es prácticamente igual en todos sus puntos: 2,275K. Los fotones que nos vienen por la derecha provenientes de hace 13.800 millones de años, la edad del Universo, son de la misma longitud de onda -la misma energía, la misma temperatura- que los fotones de hace 13.800 millones de años que nos vienen por la izquierda, o por arriba, o por abajo. ¿Por qué la temperatura es igual en todos los lados?

Nosotros sabemos que en un volumen cerrado que contiene gas, todas las moléculas, a la larga, tendrán la misma temperatura, pues todas se habrán influido con sus movimientos y choques, unas a otras, hasta que las cantidades de movimiento de cada una y todas las moléculas sean en promedio iguales. A esto se le llama estar en equilibrio termodinámico térmico. Si en el Universo todos los puntos tienen una temperatura igual es porque han tenido la oportunidad de estar en algún momento juntos intercambiando y equilibrando sus energías. La información que nos trae la luz emitida desde cualquier punto que se encuentre en el borde del Universo salió de él hace unos 13.800 millones de años, justo su edad, que lógicamente es el tiempo que tardó su luz en llegar a nosotros.[11] Pero si miramos a nuestra derecha y luego a nuestra izquierda hacia el fondo profundo del Universo observable, la información que nos llega proviene de dos puntos separados el doble de lo que la luz pudo recorrer durante la edad del Universo. La única explicación para que su temperatura sea igual es que la distancia que los separa ahora en algún momento fue mucho menor. Tuvieron que ser colindantes, para con posterioridad separarse a una velocidad superior a la de la luz, la inflación exponencial, y situarse en las posiciones donde hoy los vemos. Sin inflación no se entendería la homogeneidad observada.

Explicación al problema del horizonte gracias a la inflación. Se ha dibujado esquemáticamente el borde del Universo observable y el del que se piensa que sea el total[12] (Imagen del libro “Astronomy today“,pag 703, Eric Chaisson y Steve McMillan, fair use)

La imagen anterior es muy clarificadora de este tema, que se le conoce también como el problema del horizonte. La imagen recoge tres momentos, (a) justo antes de la inflación, (b) después de la inflación y (c) en el tiempo actual. En todos ellos el punto equivalente al del observador actual se sitúa en el centro del correspondiente círculo, en realidad una esfera. Antes de la inflación, otros dos puntos A y B estuvieron tan próximos que pudieron llegar al equilibrio térmico.[13] Durante la inflación, A y B se han separado tan rápidamente que después de la expansión exponencial aún seguían en equilibrio térmico. En el momento (b) de la figura, el observador habría perdido de vista ambos puntos ya que a la luz aún no le habría dado tiempo a recorrer el espacio expandido, quedando fuera del universo observable del momento.[14] Pero en el momento actual, a la derecha de la imagen, sí que son visibles, y entonces el observador que ve llegar la luz de A y B se puede dar cuenta de que las características térmicas de los dos puntos son las mismas.

Estructura de la materia observada (… ese sí era un problema difícil, al que parece que le hemos cogido el tono)

Hay otro misterio que también parece que nos puede aclarar el proceso de expansión exponencial del Universo, todo gracias a la mecánica… según nuestra teoría… que siguió el campo inflatón. Hemos comentado en la entrada anterior cómo a lo largo de su recorrido hacia una situación de mínima energía el Universo se iba expandiendo. A la vez, se iban generando en los puntos de su tejido fluctuaciones cuánticas que los dejaban energizados. Al principio estas fluctuaciones eran muy potentes, muy energéticas, y más tarde más atemperadas, lo que pudo configurar en el tejido espacio-temporal un bosque apretado de “púas” energéticas de fluctuación cuántica.[15] El gigantesco estiramiento inflacionario en un factor de 1030 supuso necesariamente la separación y atenuamiento de estas “púas” en el mismo factor. Las grandes ondas en un vaso de agua se convirtieron en ligero cabrilleo de un océano. El Universo se volvió muy, muy homogéneo, aunque tenuemente rizado de energía. Imagen sutil, pero muy definitiva para lo que pasó en el futuro, porque fue ése el factor que condicionó y modeló a la distribución casi homogénea del nuevo mundo de partículas aparecido tras el recalentamiento, de forma que fue el germen por el que se pasó de la homogeneidad a los racimos de materia que hoy en día observamos mirando al cielo de nuestras noches. Las ligeras anisotropías debidas a las diferentes energías gestadas en las fluctuaciones cuánticas, atemperadas por la inflación, fueron suficientes para crear un potencial gravitatorio que ordenó a la materia con el patrón que observamos hoy en la estructura de estrellas y galaxias. Cosa que ya analizaremos, por supuesto, en entradas posteriores.

Imagen de la estructura del Universo a partir de la información de varios catálogos. En el centro hay una concentración de luz que no es más que la interferencia de la Vía Láctea. El resto, galaxias y cúmulos de ellas alineados en filamentos dentro del vacío del Cosmos (Wikimedia, dominio público)

¡Qué grande es la inflación! Cuántos interrogantes planteados en nuestras observaciones adquieren un sentido bajo la luz de la inflación. La idea nos funciona, nos cuadra con lo que vemos y medimos. Pero no deja de ser una teoría escondida en la profundidad de una fosa energética del calibre del de las Marianas,[16] que hoy por hoy nos es inalcanzable. Sin embargo no nos rendimos, porque aún nos quedan recursos en el tintero. Una tenue esperanza viene a través de las ondas gravitatorias.

Ondas gravitatorias (… y llegaron las súper heroínas)

¿Qué es eso de ondas gravitatorias? Copio de Wikipedia: “En física, una onda gravitatoria es una ondulación del espacio-tiempo producida por un cuerpo masivo acelerado” y que viajan a la velocidad de la luz, añadiremos. Por analogía, diríamos que aparecen de igual modo que las ondas electromagnéticas se crean por cargas eléctricas en movimiento. Einstein predijo su existencia a través de sus ecuaciones y hasta hace poco sólo disponíamos de evidencias indirectas de ellas, como el decaimiento del periodo orbital observado en un púlsar binario que no podía ser producido de otra manera que al perder energía por la emisión de ondas gravitatorias. Pero en 2016 el experimento LIGO[17] nos dio una alegría al detectar unas ondas gravitatorias de unos cientos de hercios producidas durante el choque y posterior fusión de dos agujeros negros, hace ahora 1.400 millones de años.

Al inicio del capítulo ya explicamos cómo se pudo desarrollar el cambio de estado que sufrió el Universo, aquel que llamamos recalentamiento. El proceso de creación de materia debió ser tan violento, con unas partículas chocando a velocidades relativistas, que provocaría un gigantesco tren de ondas gravitatorias generadas por la energía perdida en esos choques. Se supone que la energía que se desvió hacia la creación de estas ondas pudo llegar a ser del orden de una millonésima de la energía total en juego durante el recalentamiento. Al igual que una piedra alborota la superficie del estanque esculpiendo un tren de olas, la súbita aparición de tanta materia alborotó el tejido espacio-temporal del Universo. Al ser la gravedad una interacción tan débil -comparada con la fortaleza de las otras tres fuerzas fundamentales conocidas-, las ondas del Big Bang pudieron desacoplarse del plasma de partículas y energía, propagándose por el espacio, literalmente arrugando el tejido espacio-temporal, a velocidades cercanas a la de la luz. De forma que en estos momentos de tranquila lectura aún lo deben estar haciendo, llevando en sus lomos la información de lo que pasó durante el recalentamiento.

Como ocurre en cualquier movimiento ondulatorio, las características de las ondas dependen del sistema físico en donde se crean. Teorizando con las propiedades físicas del Universo en el momento en que se generó el mar de ondas gravitatorias, y a pesar que desde aquel momento el universo se ha estirado en un factor de 1026, se ha podido llegar a la conclusión de que hoy las podríamos observar con un pico en el espectro de frecuencias entre docenas de kilohercios y el gigahercio,[18] dependiendo de la escala de energía a la que ocurrió el proceso de recalentamiento del universo posterior a la inflación. El descubrimiento de dicho fondo abriría una nueva ventana al universo primitivo. Estaríamos viendo cómo era el universo 10-32 segundos después de haberse iniciado.[19]

Así que ahí hay que buscarlas, y además esperando ver un espectro de distribución espacial caótico y turbulento, como corresponde a sus orígenes. Algo muy distinto al suave espectro de las ondas de la radiación de fondo de microondas emitidas mucho más tarde, 380.000 años tras el Big Bang. A pesar de la homogeneidad de estas últimas, quizás también podamos encontrar en ellas pistas indirectas de las ondas gravitatorias generadas durante el recalentamiento. Hablaremos de la radiación de fondo de microondas en su correspondiente momento cronológico. Acabamos ahora anunciando el tema de la próxima entrada, la cual dedicaremos a hablar de cosas que, aunque teóricas, nos van a decir mucho acerca de los personajes que habitaban aquellas “oscuras” edades.

  1. Con relacion a la finitud o no del Universo hay que pensar que toda nuestra experiencia sobre él, y los cálculos que más nos aproximan a lo que vemos, están basados en el principio cosmológico de un universo homogéneo -igual en todos sus puntos- e isotrópico -en cualquier dirección que miremos vemos lo mismo-. Si esto es así el Universo no podría tener bordes en donde se perdiera la homogeneidad. Luego si hay que apostar hay que hacerlo a la baza de que es finito y cerrado. []
  2. Para saber un poco más acerca de cómo interactúan teóricamente los campos cuánticos y cómo de estas interacciones surgen las partículas, recomiendo leerse los magníficos artículos del blog “Of particular significance”, de los que selecciono dos, éste y éste, relacionados con lo que hablamos en este momento en nuestra serie []
  3. Pensemos que nuestro orgullo está en el LHC -Large Hadron Collider- con una capacidad de ver y profundizar en energías hasta un máximo de 13×1012 eV []
  4. Simplificando, la materia bariónica es la compuesta básicamente por protones, neutrones y electrones. []
  5. Para más detalle de todo lo anterior ver este artículo de la revista Investigación y Ciencia. []
  6. Lo cual no quiere decir que sea lo mismo que una baja densidad de energía: la de Planck es del orden de 1094 gr/cm3 []
  7. Para más detalles podéis ver este artículo []
  8. Aquí propongo un enlace en donde se explica de forma muy didáctica qué quiere decir esto de la métrica en cosmología. La verdad es que el artículo está dedicado al motor de Alcubierre… o cómo moverse por el tiempo sin necesidad de agujeros de gusano o similares []
  9. A los 380.000 años del Big Bang. []
  10. Aquel en donde se encuentran los objetos que vemos… y que vemos porque se encuentran a una distancia tal que la luz que emiten nos puede llegar. Los fotones de los más lejanos se han movido a 300.000 km/seg a lo largo de los 13.800 millones de años de historia del Universo, más lo que se ha expandido de base el tejido del Universo desde entonces. Lo que nos da una esfera cósmica observable de unos 1,37 x 1026 metros de radio. []
  11. De los que están más lejos no sabemos nada: no podemos verlos, pues la luz no ha tenido aún tiempo suficiente como para llegar hasta nosotros. Está todavía de camino. Este límite es precisamente lo que define el límite del Universo observable. []
  12. En esta imagen se ha supuesto que el factor de crecimiento del Universo durante la expansión fue de 1050 en lugar de los 1030 que planteamos a lo largo de las entradas de esta serie, que es lo planteado por el conocido astrofísico y divulgador británico John Gribbin en su libro “Biografía del Universo“. []
  13. Esto quiere decir que tanto A como B como el punto Observador igualaron las mismas características termodinámicas. []
  14. Que en el momento (b) era el producto de la velocidad de la luz, 300.000 kilómetros/seg y el tiempo del momento, 10-32 segundos, es decir los 10-23 metros indicados en la figura. []
  15. En la entrada anterior pusimos una bonita animación GIF al respecto. []
  16. La fosa de las Marianas, en el fondo del océano Pacífico occidental, es la más profunda fosa oceánica conocida y el lugar más profundo de la corteza terrestre []
  17. LIGO es un observatorio de detección de ondas gravitatorias. La sigla proviene de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Observatorio de ondas gravitatorias por interferometría láser). []
  18. Estas frecuencias se sitúan en el ámbito de las microondas y las ondas de radio. En cualquier caso, una frecuencia muy similar a la del sonido. Los científicos han trasladado una frecuencia a la otra para crear sonidos audibles. Y aquí está el ruido que hacen dos agujeros negros al chocar. Sorprendente ¿n0? []
  19. Véase este artículo para más información. []

Sobre el autor:

jreguart ( )

 

{ 8 } Comentarios

  1. Gravatar Franco | 09/05/2017 at 11:44 | Permalink

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    p>Jreguart, “Las ligeras anisotropías debidas a las diferentes energías gestadas en las fluctuaciones cuánticas, atemperadas por la inflación, fueron suficientes para crear un potencial gravitatorio que ordenó a la materia con el patrón que observamos hoy en la estructura de estrellas y galaxias”. Esto puede responder a la interrogante que cada cierto tiempo se activa con respecto a los enormes espacios vacíos que se aprecian en la característica imagen del universo ? Aquí va un link con una noticia , que yo creo la responde la explicacion que tu das arriba , pero quizá hay algo que se me escapa . http://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/08/150730_vert_earth_finde_supervacio_yv ……. lo único que puedo agregar es que Ojalá dure mucho esta serie , es demasiado interesante y fascinante , además estoy viendo en NatGeo la historia de Einstein, entonces el gozo es total

  2. Gravatar jreguart | 09/05/2017 at 10:26 | Permalink

    Hola Franco,

    efectivamente está conectado lo que has leído en la entrada con lo que se dice en el artículo del que me has enviado el enlace. La súper mancha fría que aparece en la foto de la radiación de fondo de microondas tiene que ser un reflejo de las fluctuaciones cuánticas primigenias. Lo que pasa es que no tenemos ni idea como conectar ambas realidades: fluctuaciones y mancha fría. Me quedo con la frase final del artículo: “Pero por ahora el misterio de la mancha fría continúa. “Simplemente no sabemos el final de la historia”, sostiene Frenk.

    Es más, en este documentado artículo del blog Naukas -http://francis.naukas.com/2017/05/04/un-supervacio-no-es-la-unica-explicacion-de-la-mancha-fria-en-el-fondo-cosmico-de-microondas/- parece ser que no tiene nada que ver la mancha fría con supervacíos. Y más aún, con respecto a la noticia tengo que decir que alguno lo correlaciona con la existencia de multiversos -http://www.europapress.es/ciencia/astronomia/noticia-punto-frio-fondo-cosmico-evidencia-multiverso-20170427104815.html-, como si esta mancha fría fuera el portal hacia su existencia. Lo cual me parece una apuesta arriesgada que es refutada también en la entrada de Naukas.

    Seguimos en contacto. La serie durará… al menos es mi intención y la de los editores. Aunque cualquier parecido con lo que te expliquen en la historia de Einstein es amor de madre. Aunque me alegro de tus gozos. Los entiendo.

  3. Gravatar Rolo | 10/05/2017 at 03:36 | Permalink

    tengo una duda , cuando se habla de campo electromagnético se refiere a la fusión de dos campos? el magnético y el eléctrico? . al encontrarse un positrón y un electrón surgen dos fotones naciendo de ello un campo electromagnético? , es posible retratarlo así de alguna forma? . gracias por tu aporte a la divulgación científica .

  4. Gravatar jreguart | 10/05/2017 at 07:16 | Permalink

    Hola Rolo,

    quizás nos confundimos al pensar en lo que nos enseñaron en el cole acerca de los campos magnéticos y eléctricos, que observábamos jugando con los imanes o con limaduras de hierro. A este nivel macro el campo electromagnético se puede dividir en dos, el eléctrico y el magnético, el primero creado por partículas cargadas estáticas y el segundo por partículas cargadas en movimiento. Y producen efectos macro como puede ser el que un motor eléctrico funcione o el que un imán atraiga a un clavo.

    Pero en el fondo del asunto está el campo electromagnético cuántico, que es al que me refiero cuando hablo de él a lo largo de la serie. El campo electromagnético es una entidad física REAL que permea todo el espacio y está ahí aunque no haya partículas cargadas. Su peculiaridad es la de intermediar entre dichas partículas cargadas mediante su excitación fundamental, que es la onda-partícula que conocemos como fotón. Con lo cual se sitúan en la base y fundamento de todos los fenómenos macro que comentábamos antes.

    Así que en estos momentos de la Cosmología en nuestra serie estamos hablando del campo electromagnético cuántico.

    ¿Qué pasa con la aniquilación de un electrón y un positrón, o cualquier pareja partícula-antipartícula? Pues que interaccionan dos campos cuánticos, los que tienen como excitación fundamental al electrón y al protón -o a la partícula y a la antipartícula-, campos que a su vez están entrelazados con el campo electromagnético cuántico. La interacción puntual de los campos electrón y positrón excitan al campo electromagnético que genera dos fotones, de energías cada uno de ellos, como mínimo, la de la masa del electrón (igual a la del positrón). Y respondiendo más concretamente a tu inquietud: el choque de las partículas-antipartículas no generan un campo electromagnético ya que de siempre ha estado ahí en la esencia de la física del Universo. Lo único que generan el choque es la excitación energética puntual de este campo electromagnético que se manifiesta en la aparición de dos partículas, dos fotones.

    No sé si te he aclarado tus dudas de fondo pero piensa en el micro del campo cuántico y quizás sea más fácil. Y gracias por tu entusiasmo.

  5. Gravatar Rolo | 12/05/2017 at 12:34 | Permalink

    Jreguart,

    gracias por tu completa respuesta . quiere esto decir que esta fusión o acople de campos (eléctrico y magnético) como la luz por ejemplo , es la única observada y medida hasta el momento? , considerando que para los otros campos fusionados como el electrodébil se requieren ingentes cantidades de energía que no se logran aún en los aceleradores más modernos.

  6. Gravatar jreguart | 12/05/2017 at 08:57 | Permalink

    Hola Rolo,

    voy por partes. En el entorno de la física cuántica, en donde se generan las interacciones, sólo hay un campo electromagnético. Los campos eléctrico y magnético son entes de escala gruesa y representan la capacidad de ejercer trabajo del campo electromagnético, potenciales de trabajo eléctrico o de trabajo magnético. Es lo mismo que pensar en el campo gravitatorio que tiene un potencial en el espacio, mayor cuanto más alejado de la masa que lo genera. Pero a nivel micro, cuántico, sólo existe el campo electromagnético aunque la palabra nos pueda confundir. Luego… no hay ni puede haber a nivel cuántico acople entre estos dos campos ya que son uno. Que sí se acopla con otros campos cuánticos. Los fotones aparecen en el campo electromagnético por excitación energética en una inestabilidad cuántica o por acción de los otros campos.

    Desde el inicio de la vida del universo existen los campos cuánticos aunque por sus características particulares cada uno puede manifestarse como campo independiente por debajo de un determinado nivel de energía. Así creemos que en los primeros momentos solamente había un campo de fuerzas, el Unificado, con un sólo tipo de partícula (o un juego de ellas). En el momento t=10**-32 segundos se independizó la interacción nuclear fuerte, siguiendo como una sola la electrodébil. Habría que esperar a que el Universo bajara su nivel de energía media hasta unos 125 GeV para que se manifestara el bosón de Higgs haciendo posible la separación del campo electromagnético ¡ha nacido el fotón! del campo nuclear débil ¡han nacido los bosones W y Z gracias a la masa que les confirió Higgs! Ya tenemos los cuatro campos de fuerzas independientes que observamos hoy en día. Todo esta historia la iremos viendo a lo largo de la serie.

    El fotón no es el único resultado de interacciones entre campos que observamos y medimos. Continuamente los físicos que trabajan en los aceleradores de partículas, como el LHC de ginebra, están viendo este tipo de sucesos. Lo mismo son los neutrinos que escapan de la fusión solar. Lo mismo es la medición de la unión fuerte entre nucleones. Y muchos más procesos.

    Espero que esto te haya servido para algo. De todas formas no molestan las preguntas. Siempre que pueda aclararlas, es un gusto. Y si no puedo… me sirven para profundizar y aprender. Gracias.

  7. Gravatar nehuen | 19/05/2017 at 05:06 | Permalink

    “Científicos aportan nueva evidencia sobre universos paralelos” . así parte un portal de noticias . “En el marco de un estudio sobre la zona del espacio llamada ‘Punto Frío’ “. continúa . “La comunidad científica suele explicar la diferencia de temperaturas de este punto frío con su entorno, de alrededor de 0,00015 grados Celsius, por el número inferior de galaxias que contiene, hasta 10.000 menos que otras regiones del espacio”. y otra posibilidad sería , para dar sustento a la noticia .”Uno de los coautores del estudio, Tom Shanks, profesor y astrónomo de la Universidad de Durham, subraya que no se puede “descartar por completo” que el fenómeno del ‘Punto Frío’ “haya sido causado por una fluctuación improbable que explica por el modelo estándar [de la física de partículas]”.” y con lo que viene se cae el rimbombante titular. “Pero si esa no fuera la respuesta, entonces hay más explicaciones exóticas”, sostiene el científico, que añade que “la más emocionante” de ellas es que la diferencia de temperaturas “fue causada por una colisión entre nuestro universo y otra ‘burbuja’ de universo”…. donde está la evidencia ? . te entusiasman con un titular y después te salen con “explicaciones exóticas”….. estoy leyendo la entrada y me parece que es un trabajo serio y te felicito por ello , y por tu labor de divulgación científica .

  8. Gravatar jreguart | 19/05/2017 at 07:26 | Permalink

    Hola Nehuen,

    completamente de acuerdo contigo. Yo leí la noticia y casi me caigo de la impresión. Luego leí más y me acorde de Grouncho Marx: “Estos son mis principios, y si no le gustan tengo otros.”

    Si no has leído el comentario que le hice a Franco (segundo comentario de esta entrada) te animo a que lo hagas ya que allí podrás ver un poco más sobre la realidad tal como lo ven algunos científicos de valía. Realmente en el estudio mencionado, al llegar a las conclusiones se dice: “Our 2CSz results therefore argue against a supervoid explaining a significant fraction of the Cold Spot via the ISW effect. This suggests a primordial origin for the Cold Spot, either from an unlikely fluctuation in the standard cosmology or as a feature produced by non-Gaussian conditions in the early Universe.” De esta frase concluyo que en el estudio han hecho un gran trabajo ya que ahora sabemos mejor que este punto frío parece que no es debido a un supervacío y que sus autores además SUGIEREN que por tanto habrán otras vías de explicación que habrá que explorar.

    Realmente los medios son una vía fantástica de información… hasta que las prisas y el amarillismo se les apodera.

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