Teoría Del Origen Del Universo Estacionario

Es una teoría cosmológica formulada en 1948 por Hermann Bondi y Thomas Gold, y sucesivamente ampliada por Fred Hoyle, según la cual el Universo siempre ha existido y siempre existirá.Punto básico de esta teoría es el hecho de que el Universo, a pesar de su proceso de expansión. siempre mantiene la misma densidad gracias a la creación continua de nueva materia.

Esta teoría, que estuvo en auge durante los años 50, ha sido sucesivamente rechazada por la mayoría de los astrónomos quienes apoyan ahora la teoría del Big Bang.

Aceptando un universo en expansión, los defensores de esta teoría intentaron explicar este fenómeno por la "creación continua de la materia a partir de la nada". Esto supuesta mente estaba sucediendo en todo momento. Esto significa que el universo sigue siendo esencialmente el mismo para siempre, en cualquier espacio y en cualquier tiempo. Más tarde se demostró que esta teoría era falsa. Las observaciones demostraron que cuanto más allá se observaba en el espacio, mayor era la intensidad de las ondas electromagnéticas. Esto demostró de manera concluyente que el universo estaba en un estado de cambio constante y evolución. No había sido siempre el mismo.

En 1964, la teoría del estado estacionario recibió el golpe de gracia con el descubrimiento por parte de dos jóvenes astrónomos en los Estados Unidos, Arno Penzías y Robert Wilson, de la radiación cósmica de fondo en el espacio.

LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD INTERNA DE EINSTEIN

DURANTE más de dos siglos, la mecánica de Newton dominó completamente en la física: el Universo entero parecía comportarse tal como lo predecían las ecuaciones de la física newtoniana y la comprensión de la naturaleza se había reducido a un problema de técnica matemática. Pero a principios del siglo XX empezaron a surgir evidencias de que la física clásica, así como todos los conceptos relacionados con ella, no describe adecuadamente a los fenómenos que suceden a la escala de los átomos o a velocidades comparables a la de la luz.

La mecánica clásica constituye una excelente aproximación a la realidad, dentro de ciertos límites.Sin embargo en la escala microscópica, los fenómenos físicos sólo pueden estudiarse por medio de la mecánica cuántica. Y cuando se tratan velocidades muy altas, cercanas a la luminosa, se debe recurrir a la teoría de la relatividad.

La primera revolución científica del siglo XX se produjo cuando Albert Einstein (Figura 1) formuló, en 1905, la teoría de la relatividad especial. A continuación describiremos los rasgos esenciales de esta teoría.

Para estudiar o describir un fenómeno físico debemos recurrir necesariamente a un sistema de referencia con respecto al cual efectuamos mediciones. En la práctica cotidiana el sistema de referencia que más se utiliza, es la Tierra misma que, en general, se supone inmóvil, a pesar de que gira sobre sí misma y alrededor del Sol, recorriendo el espacio cósmico a una velocidad de 30 km/seg. En cambio, para describir el movimiento de los planetas, es más conveniente utilizar al Sol como punto de referencia, o, más precisamente, como centro de un sistema de referencia donde este astro está fijo. Pero niel Sol, ni las estrellas vecinas a él, se encuentran realmente fijos: el Sol se halla en las regiones externas de una galaxia que rota dando una vuelta completa en millones de años. A su vez, esta galaxia se mueve con respecto a otras galaxias, etcétera.

En la práctica afortunadamente, no es necesario tomar en cuenta todos estos movimientos porque las leyes de la física son las mismas en cualquier sistema de referencia. Este principio fundamental se aplica aun para sistemas de referencia terrestres: en la época de Galileo, los filósofos discutían si una piedra, lanzada desde lo alto del mástil de un barco en movimiento, cae verticalmente con respecto al barco o con respecto a la Tierra. Galileo argumentó que en el sistema de referencia del barco, las leyes de la física tienen la misma forma que en tierra firme y por lo tanto, la piedra cae verticalmente con respecto al barco, aunque éste se mueva.

Así, todo movimiento es relativo al sistema de referencia en el cual se observa y, las leyes de la física, no cambian de un sistema a otro. Este hecho fundamental se conoce comoprincipio de relatividad de Galileo.

Sin embargo, los filósofos y los físicos clásicos veían con desagrado —quizá con vértigo— el hecho de que no existiera un sistema de referencia absoluto con respecto al cual definir todos los movimientos del Universo. Estrictamente hablando, el principio de relatividad no excluye la existencia de tal sistema absoluto, únicamente postula que las leyes de la física son las mismas en ese y en cualquier otro sistema. Pero, a mediados del siglo XIX, surgieron las primeras dificultades de la relatividad galileana, cuando el físico escocés James Clerk Maxwell formuló la teoría matemática de los fenómenos eléctricos y magnéticos.

Maxwell demostró que la electricidad y el magnetismo son dos aspectos de un mismo fenómeno: el electromagnetismo. Como una de las consecuencias más importantes de su teoría descubrió que la luz es una vibración electromagnética que se propaga exactamente como una onda. Pero las ondas lo hacen en medios materiales, por lo que los físicos del siglo pasado postularon la existencia de un medio extremadamente sutil, el éter, que llenaba al Universo entero, permeaba todos los cuerpos y servía de sustento a la luz. Según esta concepción, la luz sería una vibración del éter del mismo modo que el sonido es una vibración del aire.

De existir el éter, sería un sistema de referencia absoluto con respecto al cual medir el movimiento de todos los cuerpos en el Universo. Más aún, se descubrió que las ecuaciones de Maxwell cambian de forma al pasar de un sistema de referencia a otro, lo cual implicaría que el principio de relatividad no se aplica a los fenómenos electromagnéticos. Se postuló, entonces, que estas ecuaciones sólo son válidas en el sistema de referencia del éter en reposo. Esto no es sorprendente pues la luz, fenómeno electromagnético, se propaga con una velocidad bien definida en el éter y esta velocidad debe ser distinta en un sistema de referencia en movimiento con respecto al éter. Al parecer, la teoría electromagnética de Maxwell restituía un sistema de referencia absoluto.

La manera más evidente de confirmar las ideas anteriores es medir la velocidad de la luz, emitida en direcciones opuestas, en la Tierra: la diferencia de velocidades puede llegar a ser tan grande como 60 km/seg (Figura 2). Esta velocidad es muy pequeña con respecto a la velocidad total de la luz, que es de 300 000 km/seg, pero, a fines del siglo pasado, los físicos experimentales Michelson y Morley lograron construir un aparato que permitía medir diferencias aún más pequeñas en la velocidad de un rayo luminoso. Michelson y Morley realizaron su experimento en 1887: para sorpresa de la comunidad científica de esa época, no detectaron ningún cambio de la velocidad de la luz. Esta velocidad era la misma en cualquier dirección, independientemente de cómo la Tierra se mueva con respecto al hipotético éter.

Teoría Del Universo Oscilante

La teoría oscilante o pulsante es una hipótesis propuesta por Richard Tolman, nos dice que Nuestro universo sería el último de muchos surgidos en el pasado, luego de sucesivas explosiones y contracciones.que en realidad el Universo no tuvo un origen común, sino que ha estado “creándose” y “destruyéndose” continuamente, pasando por una fase de expansión y otra de contracción (también llamada “Big Crunch”).

El Modelo Cíclico, Modelo Oscilante o Teoría del Universo Oscilante, es un conjunto de modelos cosmológicos según los cuáles el Universo sigue un número indefinido o infinito de ciclos auto contenidos de expansión y contracción.

Dentro de esta teoría, existen varios modelos específicos propuestos por diferentes autores. Por ejemplo, Albert Eisntein llegó a considerar un modelo en el que el Universo seguía una serie eterna de oscilaciones entre el Big Bang (la gran explosión) y el Big Crunch (la gran implosión). Tras el Big Bang, el Universo se expandiría hasta que la atracción gravitacional entre galaxias frenase la expansión y provocase su colapso, el Big Crunch, hasta estar tan condensado que se diera un nuevo Big Bang, un efecto de rebote a veces referido como Big Bounce (el Gran Rebote).

Einstein fue uno de los primeros científicos en proponer y defender un modelo de Universo oscilante a lo largo de las décadas de 1920 y 1930, pero estos modelos y teorías pronto se encontraron con grandes obstáculos, tanto teóricos como experimentales.

En 1934, el matemático físico Richard Chace Tolman ya puso en duda que un modelo oscilante fuese factible para el Universo atendiendo a las leyes de la termodinámica. En concreto, según la Segunda Ley de la Termodinámica, que establece el principio de irreversibilidad de los fenómenos físicos, la entropía de un sistema solo puede aumentar de forma espontánea, lo que implica que, o bien no puede haber ciclos de Big Bangs y Big Crunchs, o bien cada ciclo sería cada vez mayor hasta llegar a una situación similar al modelo de expansión indefinida.

Teoría De Las Cuerdas

Es una de las teorías que ofrece mayores expectativas de unificar las cuatro grandes fuerzas de la Naturaleza: electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil y gravedad. Lo que equivale a unificar física cuántica y relatividad. Retoma la tarea que Einstein dejó inacabada.La teoría de cuerdas surgió a finales de los 60. Era una teoría extravagante, que sólo llamó la atención de unos pocos y nunca se tomó en serio. Pero desde mediados de los 80 hasta hoy, se ha hecho cada vez más popular.

El modelo estándar, que domina la física actual, sigue planteando muchos interrogantes y algunas contradicciones. La teoría de cuerdas parece dar respuestas. El problema es que, con los medios de que disponemos, es imposible de comprobar. Esto hace que muchos científicos la rechacen, por considerarla una teoría filosófica más que física. En el mundo científico, tiene tantos defensores como detractores.

Existen diversas teorías sobre la naturaleza y funcionamiento del Cosmos. Pero todas suponen que las partes más pequeñas e indivisibles de la materia son pequeñas volitas que se combinan para formar todo lo que existe. Como un juego infantil de bloques de construcción. Son las partículas elementales, los electrones y los quarks.

La teoría de cuerdas rompe con esta idea. Presupone que las partes más pequeñas son filamentos de energía. Una especie de cuerdas que vibran. Cada tipo de vibración produce un tipo u otro de partícula, con cualidades distintas, igual que las vibraciones de las cuerdas de un violín producen distintas notas.

Las cuerdas serían muchísimo más pequeñas que un quark, por eso no podemos verlas. Aunque sí pueden deducirse matemáticamente.

La teoría de cuerdas tiene distintas versiones. Una de ellas, la teoría M, cree que una especial vibración de cuerdas daría lugar a una partícula llamada gravitón, que sería la responsable de la gravedad. De esta forma unificaría la gravedad, algo que hasta ahora no ha logrado el modelo estándar.Las cuerdas más grandes formarían una especie de membranas circulares o branas. Cada membrana sería un universo. El choque entre dos branas produciría un nuevo Big Bang y un nuevo universo. El nuestro sería sólo uno entre muchos. No habría comienzo ni final, sino ciclos entre un big bang y el siguiente.

Gravedad cuántica de Einstein

La Física actual no puede describir lo que sucedió en el Big Bang. La Teoría Cuántica y la Teoría de la Relatividad fracasan en éste estado inicial del Universo infinitamente denso y caliente. Tan solo una teoría de la Gravedad  Cuántica que integre ambos pilares fundamentales de la Física, podría proporcionar una idea acerca de cómo comenzó el Universo. Científicos del Instituto Max Planck para la Física Gravitatoria (Instituto Albert Einstein) en Golm/Potsdam y el Instituto Perimeter de Canadá han hecho un descubrimiento importante en esta dirección. Según su teoría, el espacio está compuesto de diminutas “unidades elementales”. Tomando esto cómo punto de partida, los científicos han llegado a una de las ecuaciones fundamentales de la Cosmología, la Ecuación de Friedmann, que describe el Universo. Esto demuestra que se pueden unificar la Mecánica Cuántica y la Teoría de la Relatividad.

 

Durante casi un siglo han coexistido estas dos grandes teorías de la Física, pero son irreconciliables entre sí: mientras la Teoría General de la Relatividad describe la gravedad, y en consecuencia, el mundo en general, la Física Cuántica describe el mundo de los átomos y de las Partículas Elementales. Ambas teorías funcionan extremadamente bien dentro de sus propios límites, sin embargo, dejan de funcionar tal y como están formuladas actualmente en determinadas regiones extremas, a distancias extremadamente pequeñas, por ejemplo, a la denominada Escala de Planck, [unidades de Planck], tanto el espacio cómo el tiempo carecen de significado en los agujeros negros, y sobre todo, durante el Big Bang.

 

Daniel Oriti, del Instituto Albert Einstein, ha manifestado, “podemos describir el comportamiento del fluir del agua mediante la ya archiconocida teoría de la Hidrodinámica, pero si nos adentramos a escalas cada vez más pequeñas, nos encontramos con átomos individuales a los que ya no le es aplicable. Entonces recurrimos a la Física Cuántica”. Así como un líquido está compuesto de átomos, Oriti se imagina que el espacio está compuesto por células pequeñas o “átomos de espacio” y una nueva teoría para describirlos: la Gravedad Cuántica.

 

En la Teoría de la Relatividad de Einstein, el espacio es continuo. Ahora Oriti rompe éste espacio en diminutas células elementales y les aplica los principios de la Física Cuántica, de ésta manera, puede describir al espacio en sí  y la Teoría de la relatividad. Esta es su idea de la unificación.

 

Un problema fundamental de todas las aproximaciones a la Gravedad Cuántica, radica en unificar las escalas del espacio atómico a las del Universo. Aquí es donde Oriti y sus colegas Lorenzo Sindoni y Steffen Gielen un ex investigador postdoctorado en el AEI (Albert Einstein Institute), que actualmente es investigador en el Instituto Perimeter de Canadá, han tenido éxito. Su enfoque se basa en la Teoría de Campo de Grupo, que está estrechamente relacionada con la Gravedad Cuántica de Bucles que la AEI ha estado desarrollando desde hace algún tiempo.

 

La tarea actual consiste en describir cómo evoluciona el espacio del Universo a partir de las células elementales. Continuando con el símil de los fluidos, ¿cómo puede derivarse la Hidrodinámica del flujo de agua a la teoría de los átomos?

 

Este proceso extremadamente exigente desde el punto de vista matemático, condujo recientemente a un éxito sorprendente. “Bajo supuestos especiales, el espacio puede crearse a partir de estas unidades elementales y evolucionar como un Universo en expansión”, manifestó Oriti, y añadió, “Por primera vez, hemos sido capaces de deducir la Ecuación de Friedmann directamente como parte de nuestra teoría completa de la estructura del espacio”.  Esta ecuación fundamental que describe la expansión del Universo, fue obtenida por el matemático ruso Alexander Friedmann en los años 1920, basándose en la Teoría General de la Relatividad, y en consecuencia, los científicos han tenido éxito en llenar el vacío existente entre el micromundo y el macromundo, o lo que es lo mismo, la Mecánica Cuántica y la Teoría General de la Relatividad, mostrando así que el espacio emerge como un condensado de estas células elementales y evoluciona a un Universo que se asemeja al nuestro.

 

Oriti y sus colegas se encuentran en el comienzo de un viaje difícil pero prometedor. Su solución actual sólo resulta válida para un Universo homogéneo, pero nuestro mundo real es mucho más complejo, contiene heterogeneidades tales como planetas estrellas y galaxias, no obstante, los físicos están trabajando actualmente en la inclusión de ellos en su teoría.

 

Y sobre todo, han planificado algo realmente grande como objetivo final, quieren investigar si es posible describir el espacio durante el Big Bang. Hace unos pocos años, el ex investigador Martin Bojowald del AEI encontró algunos indicios como parte de una versión simplificado de la Gravedad Cuántica de Bucles, en el que tanto el tiempo como el espacio se puedan remontar posiblemente a través del Big Bang. Con su teoría, Oriti y sus colegas esperan poder confirmar o mejorar estos resultados.

 

Si se continúa demostrando su éxito, los investigadores podrían quizás utilizarla para explicar la supuesta expansión del Universo poco después del Big Bang, así como la naturaleza de la misteriosa Energía Oscura. Este campo de la Energía Oscura hace que el Universo se expanda a un ritmo cada vez mayor.

 

Lorenzo Sindoni añadió, “Sólo seremos capaces de entender realmente la evolución del Universo cuando tengamos una teoría de la Gravedad Cuántica”. Los investigadores del AEI se encuentran aquí en buena compañía, <Einstein y sus sucesores han estado buscando esto durante casi cien años>.

 

El espacio está compuesto por pequeñísimas unidades elementales, “átomos de espacio” según algunas teorías modernas de la Gravedad Cuántica, tratando de unificar la Teoría General de la Relatividad y la Mecánica Cuántica. La Gravedad Cuántica podría hacer posible describir la evolución del Universo desde el Big Bang hasta el día de hoy en una única teoría.

TEORÍA DEL BIG BANG

La teoría de la gran explosión, mejor conocida como la teoría del Big Bang, es la más popular y aceptada en la actualidad. Esta teoría, a partir de una serie de soluciones de ecuaciones de relatividad general, supone que hace entre unos 14 000 y 15 000 millones de años, toda la materia del universo (lo cual incluye al universo mismo) estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña, hasta que explotó en un violento evento a partir del cual comenzó a expandirse.

Toda esa materia, comprimida y contenida en un único lugar, fue impulsada tras la explosión, comenzó a expandirse y se acumuló en diversos puntos. En esa expansión, la materia se fue agrupando y acumulando para dar lugar a las primeras estrellas y galaxias, formando así lo que conocemos como el universo.

Los fundamentos matemáticos de esta teoría incluyen la teoría general de la relatividad de Albert Einstein junto a la teoría estándar de partículas fundamentales. Todos estos aspectos, no solo hacen de esta la teoría más respetada, sino que dan lugar a nuevas e interesantes cuestiones, como por ejemplo si el universo seguirá en constante expansión por el resto de los tiempos o si por el contrario, un evento similar al que le dio origen puede hacer que el universo entero vuelva a contraerse (Big Crunch), entre otras.

Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día.

En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos.

Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo, la teoría de Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble.