Eje 4. Lectura y elaboración de textos académicos

El lado oscuro del universo

Fernando Careaga Sánchez

AS161760537

Universidad Abierta y a Distancia de México

Curso Propedéutico para el Aprendizaje Autogestivo en un Ambiente Virtual

Actividad 1. Lectura y escritura exploratoria

20 de noviembre de 2015

Introducción

La humanidad ha estado intrigada por la composición y funcionamiento del universo, multiverso dirían Laura Mersini-Houghton y Richard Holman (Taylor, 2013), para ello han formulado modelos teóricos que explican la observación del mismo. A continuación se abordará una explicación del lugar que ocupa la energía oscura (dark energy) en uno de los modelos a partir del texto de Sergio de Régules (2003), proporcionado como semilla para la actividad, y de algunos otros utilizados para explora el tema.

Cabe comentar que gran parte de los textos consultados se enfocan al mecanismo para la medición que comprueba que la expansión del universo se está acelerando. Sin embargo, a continuación no se profundizara en esto sino en las consecuencias de la energía oscura y algunos otros mecanismos con que se explica la situación actual del universo y sus perspectivas. Si se desea abordar el mecanismo para la medición de la expansión se puede leer el artículo original de Sergio de Régules (2003) o el artículo con que se difunde la investigación objeto del Premio Nobel de Física 2011 otorgado a Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt y Adam G. Riess (Moberg 2011, Urry 2011), mismo que no varía mucho del primero a pesar de los 8 años de diferencia o que han pasado 11 años desde que Saul Perlmutter dirigía el Proyecto de Cosmología con Supernovas (De Régules 2003).

Desarrollo

La pregunta obvia,

¿qué es la energía oscura (dark energy)?,

no es respondida en los artículos consultados (Carroll 2011, Dark energy 2015, De Régules 2003, Moberg 2011, Mspurb 2007, Tegmark 2013) , lo que se proporcionan son opciones sobre su naturaleza. Los textos, después de la medición de distancias estelares, se centran en la necesidad de su existencia para justificar el universo como es observado: explica que la expansión del cosmos se esté acelerando, es decir que las galaxias se separan cada vez a una mayor velocidad en lugar de que la atracción gravitacional haya comenzado a frenar o disipar la fuerza expansiva del Big Bang (ídem). Lo que acelera la expansión es una forma desconocida de energía intrínseca en la fábrica del espacio (generada por el vacío o campos) a la cual se ha denominado energía oscura (Moberg 2011).

Es conveniente señalar que no se debe confundir la energía oscura (dark energy) con la materia oscura (dark matter). Comparten la denominación “oscura” porque no se “ven” (Carroll 2011, De Régules 2003, Mspurb 2007) o no podemos identificarlas y sus naturalezas aún son teorías. Ver hace referencia a la capacidad de detectarla directamente y examinar sus propiedades, no necesariamente a una visualización con los ojos; ambas se detectan a través del efecto que causan (Carroll 2011), es decir de manera indirecta, sin embargo la energía oscura acelera el distanciamiento, mientras que la materia oscura causa una atracción gravitatoria.

Historia

Una breve historia del universo, bajo la teoría del Big Bang, la inestabilidad natural (Mather 2013) y teorías complementarias: inflacionaria, cuerdas, tipos de universo (Linde 2013):

Todo existe primero como una mota más pequeña y ligera que un átomo (Tegmark 2013).

El Big Bang se origina hace unos 14 billones de años a partir de una inestabilidad con lo que el universo se expande exponencialmente rápido al inicio (De Régules 2003) y, en los modelos inflacionarios más simples, al alcanzar 10 centímetros detiene su crecimiento inflacionario (Tegmark 2013) pero aún se expande.

El plasma comienza su enfriamiento y en el vacío aparecen las partículas más fundamentales: quarks y leptones.

Con la expansión y el enfriamiento las partículas se asocian en protones y neutrones liberando energía y creando complejidad. Más enfriamiento y se crean los primeros átomos (materia usual).

Mayor enfriamiento y la siguiente inestabilidad comenzó: la gravedad atrae la materia a través del cosmos formando estrellas y galaxias.

Hasta hace cinco o seis billones de años la expansión se estaba desacelerando (Moberg 2011).

La siguiente inestabilidad permite la fusión, liberando energía y las estrellas se encienden. Los planetas se convierten en fábricas químicas creando mayores patrones de complejidad: la vida como la conocemos y que puede predecir su entorno conocido como parte de su supervivencia (Linde 2013).

Esta vida ha creado una explicación del universo conocido (De Régules 2003, Linde 2013):

En 1912 Henrietta S. Leavitt publica un trabajo que permitió desarrollar la medición de distancias estelares con base en la luminosidad.

En 1916, con la publicación de la teoría general de la relatividad por Einstein, se proponen la posible curvatura positiva o negativa del universo dependiendo de la cantidad de materia y energía en relación con el espacio.

En 1919 se prueba la predicción de la lente gravitacional (curvatura de la luz de cuerpos distantes al pasar cerca de objetos masivos) como predecía la teoría general de la relatividad (Lente gravitacional, 2015).

En 1929 Edwin Hubble identifica que el universo se expande. Se postula la teoría del Big Bang o de la Gran Explosión.

En 1965, Arno Penzias y Robert Wilson descubren la radiación de fondo, la cual podría ser el rastro del violento origen del universo.

Finales de los 60 y principios de los 70, las mediciones de Vera Rubin y Kent Ford postulan la existencia de materia oscura (dark matter), y posteriormente con otras observaciones de lente gravitacional (Dark matter 2015).

Principios de los años 80, Alan Guth agrega al modelo el concepto de inflación (que explica porque no se colapsó el universo inicial sobre sí mismo).

Mediados de los noventa, los recuentos de materia y energía indicaban que éstas no alcanzaban para el modelo de geometría plana.

Los estudios de Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt y Adam G. Riess (Moberg 2011) en 1998, permiten identificar que la expansión se está acelerando en lugar de disminuir. Se postula una nueva pieza para los modelos de universo plano: la energía oscura.

Tipos de universo y energía oscura

Como parte de tres tipos básicos de universo (Linde 2013), llamadas geometrías del espacio (De Régules 2003, Moberg 2011), se han predicho tres posibles destinos para el universo:

Cerrado (curvatura positiva: mucha materia y energía): el típico modelo colapsaría sobre sí mismo a 10-43 segundos del Big Bang con la densidad conocida debido a la fuerza de gravedad, a menos que inicialmente tuviera un tamaño enorme con lo que demoraría en colapsarse. Este colapso se conoce como el Big Crunch o Gran Apachurron.

Abierto (curvatura negativa: poca materia y energía): el típico modelo crecería tan rápido después del Bing Bang que no se formarían las galaxias o las concentraciones de masa se desmembrarían ya que la fuerza de gravedad no es suficiente para mantenerlas unidas (quedando sólo las fuerzas atómicas). El universo se enfriaría y sería cada vez menos denso.

Plano o casi plano: es el preferido para explicar la situación actual y requiere condiciones especiales con una precisión de 10 -60 al momento del Big Bang (para la vida como la conocemos, Tegmark 2013) o situaciones especiales como la teoría de la inflación (una expansión exponencialmente rápida al principio del universo). En este modelo se esperaba una desaceleración de la expansión, pero ha quedado comprobado que se está acelerando por los estudios en 1998 de los premios Nobel de física 2011 (De Régules 2003, Moberg 2011)

Para un modelo de universo con geometría (casi) plana se requiere mantener una densidad de materia y energía que lo soporte, sin embargo las mediciones indican que la materia (y energía) observada no es suficiente (De Régules 2003). Con los cálculos por substracción a partir de las radiaciones de fondo (Carroll 2011) se estima que la materia usual (que forma estrellas, galaxias, flores, nosotros) constituye casi el 5% y se complementa con la materia oscura y energía oscura

(De Régules 2003, Moberg 2011). Lo que permitió su rápida aceptación (Carroll 2011).

¿De dónde surge?

Hasta aquí lo que se conoce es la función de la energía oscura como la pieza faltante en el modelo, pero cuál puede ser su naturaleza y, dependiendo de esta, cual el destino final del universo (De Régules 2003, Moberg 2011):

Si equivale a la constante cosmológica (o energía del vacío, Carroll 2011) planteada por Einstein, sería una fuerza anti-gravitacional para lograr un universo en equilibrio y así estático al llegar a un equilibrio entre expansión y gravedad (geometría plana). Sin embargo parece que acelera la expansión y al diluirse la materia en el espacio la atracción disminuye, con lo que la energía oscura sería dominante. La teoría general de la

relatividad de Einstein indica que la presión negativa (negative pressure) causa una fuerza gravitacional negativa (Carroll 2011, Tegmark 2013).

Puede no ser una constante, sino ser producida ocasionalmente por uno de los campos de fuerza desconocidos que en física se agrupan en conjunto denominado como quintaesencia (quintessence). Por ser ocasional esto no permitiría conocer el final del universo. “En la teoría de la relatividad todos los campos producen atracción gravitacional por contener energía, pero la quintaesencia produce repulsión gravitacional” indica De Régules (2003) pero Carroll (2011) indica que no es antigravedad.

Si resulta ser un tipo denominado energía fantasma, según el físico Robert Caldwell y sus colaboradores, en unos 22 mil millones de años la fuerza de repulsión se notaría también menores niveles de la materia hasta producir lo que denominan Big Rip o Gran Desgarrón: no sólo superaría la atracción gravitacional sino la fuerzas que mantienen unidos los átomos.

Conclusión

Así la energía oscura, junto con la materia oscura y la materia usual, es una pieza necesaria para explicar la situación del universo como lo conocemos y los indicios de su pasado bajo la geometría plana. No es que haya sido identificada (aún), sino que se tienen características que debe cumplir para tratarla de identificar entre otras piezas que arman el rompecabezas de los modelos del universo:

La energía oscura explicaría la aceleración de la expansión del universo observada. Y tendría que componer el 75% del universo.

La materia oscura explicaría la desviación de la radiación de fondo y las velocidades de rotación de algunas galaxias para galaxias de apariencia más ligera dada su materia usual. Y tendría que componer el 20% del universo.

La materia usual, de la cual formamos parte y es lo que “vemos”, compone el 5% del universo.

Dependiendo de la naturaleza de la energía oscura, la expansión podría llegar a un equilibrio o llegar a desgarrar la materia. Pero sus posibles naturalezas aún son teorías. Pero en todos los casos su función es la señalada en la primera viñeta.

Todo lo anterior para sostener el modelo favorito de los cosmólogos (De Régules 2003) ante las nuevas observaciones del universo, pero como indica Raphael Bousso (2013) las teorías en física traen en sí mismas su propia destrucción, pueden ser bellas pero serán suplantadas por otras con mayor comprensión que abarca lo de las anteriores pero descansará en concepciones aún por venir.

Después de todo, entre la materia y la energía oscura, la ciencia aún desconoce el 95% del universo (Moberg 2011).

Referencias:

Anónimo (sin fecha). Imagen: FlammarionWoodcut - Camille Flammarion, L'Atmosphere: Météorologie Populaire (Paris, 1888), pp. 163. Recuperada el 19 de noviembre de 2015, de https://es.wikipedia.org/wiki/Grabado_Flammarion

Bousso, R. (2013). My favorite annoying elegant explanation: Quantum Theory en This Explains Everything, (1a ed). Estados Unidos: Harper Collins, pp. 141-143.

Carroll, S. (2011). Dark Energy FAQ en blog Cosmic Variance. Discovery [versión online]. Recuperado de http://blogs.discovermagazine.com/cosmicvariance/2011/10/04/dark-energy-faq/ Consultado 19/nov/2015.

Dark energy (13 de noviembre de 2015). En Wikipedia, The Free Encyclopedia. Recuperado 20:11, 20 de noviembre de 2015, de https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dark_energy&oldid=690461227

Dark matter (18 de noviembre de 2015). En Wikipedia, The Free Encyclopedia. Recuperado 20:10, 18 de noviembre de 2015, de https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Dark_matter&oldid=691266173

De Régules, S. (2003). El lado oscuro del universo. ¿Cómo ves?, N°. 58, (Pp. 10-15) [versión online]. México: UNAM. Recuperado de: http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/58/el-lado-oscuro-del-universo Consultado 14/nov/2015.

Lente gravitacional (16 de junio, 2015). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de recuperación: 19:41, 18 de noviembre de 2015, de https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Lente_gravitacional&oldid=83217391

Linde, A. (2013). Why is our world comprehensible? en This Explains Everything, (1a ed). Estados Unidos: Harper Collins, pp. 65-69.

Mather, J. (2013). Cosmic Complexity en This Explains Everything, (1a ed). Estados Unidos: Harper Collins, pp. 239-241.

Moberg, A. Editor (2011). Written in the stars en The Nobel Prize in Physics 2011 - Popular Information. Suecia: The Royal Swedish Academy of Sciences. Recuperado el 18 de noviembre de 2015, de http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/popular-physicsprize2011.pdf

Mspurb (21 de febrero de 2007). Energía oscura : un texto científico en sitios WordPress.com. Recuperado el 18 de noviembre de 2015, de https://bloglenguayliteratura.wordpress.com/2007/02/21/energia-oscura-un-texto-cientifico/

Taylor, R. (2013). Is our universe merely one of billions? Evidence of the existence of ‘multiverse’ revealed for the first time by cosmic map en: Daily Mail.com, 19 de mayo de 2013 [versión online]. Reino Unido: Science & Tech. Recuperado de: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2326869/Is-universe-merely-billions-Evidence-existence-multiverse-revealed-time-cosmic-map.html Consultado 19/nov/2015.

Tegmark, M. (2013). Our universe grew like a baby en This Explains Everything, (1a ed). Estados Unidos: Harper Collins, pp. 71-74.

Urry, M. (2011). La energía oscura, el misterio más grande de la ciencia en CNN México, el 16 de octubre de 2011 [versión online]. México: CNN en español. Recuperado de: http://mexico.cnn.com/tecnologia/2011/10/16/la-energia-oscura-el-misterio-mas-grande-de-la-ciencia Consultado el 16/nov/2015.

~ o ~

REFLEXIÓN

Elegí este tema porque el origen del universo y como se despliegan todos sus fenómenos a manera de mecanismo siempre me han interesado, de hecho a eso hace alusión la imagen que elegí para la portada (con el reto de encontrarla y buscar su origen). El otro tema de interés hubiera sido la inteligencia artificial, pero me ganó el tema de energía oscura.

Antes de escribir me di cuenta que la información del artículo semilla y posteriormente la de divulgación del premio Nobel se centraban más en la explicación del experimento que mostraba que la expansión se aceleraba en lugar de disminuir; entonces comencé a buscar más sobre que podía ser la energía oscura. A partir de esta investigación surgió el enfoque del artículo.

El subrayado (resaltado) original no me fue tan útil (la primera vez), pues después de haber leído me pareció que no recordaba lo mismo que tenía en mente ni el cómo se relacionaban las secuencias. Entonces después tuve que traerme al papel (Word) las ideas que me habían interesado más para tratar de idear una secuencia más lineal en la cual podían relacionarse (como yo lo estaba viendo en la mente); quizás algo como un wiki hubiera sido más apropiado. Entonces a partir

de esas ideas generales comencé a explicar lo más importante o a dar detalles (a veces reagrupando aspectos dispersos en los artículos), ahora sí aprovechando lo que había subrayado, crecieron a veces dando origen a párrafos diferentes (al final no quise quitar las ideas, pero sí tuve que aguantarme en no seguir creciendo los conceptos, por eso pienso que el wiki hubiera sido mejor).

Cabe comentar que al desarrollar el artículo a partir de la consulta de las ideas de interés comenzaron a surgir pequeñas variaciones y discrepancias entre los artículo fuente, a veces parecían sólo de lenguaje otras sí eran de concepto. Al final tomaba las ideas más completas para el esqueleto o que se complementaban con la menor discrepancia, o bien se adicionaban como variantes… hasta donde yo podía entender.