III FÍSICA DEL MACROCOSMOS : Astrofísica y Cosmología.
1.ORIGEN Y EVOLUCIÓN DEL UNIVERSO.
1.1.El Universo como Uno y Cósmico.
a)Respecto a la estructura: Concepto de modelo nuclear- fractal del Universo y Universo finito (paradoja de Olbers).
El Universo es el conjunto de todo cuanto existe y se manifiesta físicamente antes o después estando todas sus partes interrelacionadas (real o potencialmente, actual o futuramente) y ,por ello, es una Unidad total, mientras que todas sus estructuras y cambios están reguladas por leyes físicas que son universales y eternas. El Universo que nos rodea inmediatamente y del cual tenemos información por sus interacciones gravitatorias y electromagnéticas o por sus señales ópticas se denomina “Universo observable” mientras que el Universo desde el cual no hemos recibido señales electromagnéticas o, a menos, la intensidad de las cuales son insuficientes para ser percibidos, se denomina “Universo no observable”. En todo caso, tanto el Universo observable como el no observable forman parte de la Unidad Universal dado que se presume que tarde o temprano todo el Universo es perceptible desde cualquier parte del mismo (simetría total de percepción). Al final se expondrá una clasificación de los Universos en función de la conexión física entre sus partes o entre ellos, dentro de un conjunto mayor denominado Hiperuniverso. Hace tiempo se consideró a las galaxias como universos islas dentro del Hiperuniverso nuestro. Hoy, las galaxias forman parte del Universo total como una unidad ya que recibimos influencia gravitatoria y señales ópticas de todas ellas y viceversa.
-Concepto de modelo nuclear y fractal del Universo. Universo finito (paradoja de Olbers).
El Universo, desde sus componentes microscópicas hasta la totalidad del mismo, sigue cierta regularidad geométrica o geometría fractal. En su componente más puntual, tenemos las partículas fundamentales estables o inestables cuya configuración geométrica es la de una superficie esférica mínima que delimita sin distinción física un interior uniforme sin extensión distinguible físicamente de un exterior infinito donde se extiende el resto del Universo, es decir, prácticamente todo. Las partículas se enlazan por interacciones para formar el neutrón o los núcleos atómicos que se disponen aproximadamente como una superficie esférica de protones y electrones (por repulsión electrostática ) que mantiene dicha forma por interacciones nucleares y eléctricas atractivas. Tal distribución esférica sigue cumpliéndose en la forma aproximada de los átomos al incluir la corteza atómica. Debemos saltar a las formas esféricas de los pequeños y grandes astros. También la forma geométrica esférica nos asiste al proponer el protouniverso original de bosones en el inicio. Más adelante, en la actualidad, la forma geométrica es el de una doble superficie esférica material/antimaterial rodeada de regiones esféricas de neutrinos y fotones en huida radial al infinito del espacio vacío. En todos los casos anotados los componentes externos de estas esferas se encuentran en rotación donde se mantienen estables gracias a la tendencia atractiva de las interacciones atractivas y a la tendencia expansiva de la inercia giratoria (todo ello, tanto microscópica como macroscópicamente). Además de esta regularidad fractal, una importante y natural propiedad del Universo es su finitud. Como en todos los argumentos de los fundamentos físicos del Universo, huimos de los valores infinitos porque estos no corresponden a la realidad física que vivimos que está determinada por apreciaciones limitadas en todas las propiedades físicas de la materia y de la radiación. Fué Olbers quien propuso su famosa “paradoja de Olbers” consistente en retar a la comunidad científica a aceptar la finitud del Universo en base a una realidad física: La limitadísima luminosidad de la noche u “oscuridad nocturna”. *En la Figura nº 35 , vemos el cálculo de la intensidad de luz que debería llegar a la Tierra proveniente del Universo resultando la expresión final I =4 pi d K R , donde “d” es la densidad media de estrellas, K relacionado con la luminosidad propia media de cada estrella y “R” es la distancia desde la Tierra hasta la frontera finita del Universo material de estrellas y galaxias. Si consideramos al Universo un conjunto ilimitado de estrellas o galaxias, R tiende a infinito, la luminosidad sería infinita cegándonos o abrasándonos a todos en plena noche (ni siquiera la vida podría desarrollarse en tal infinita situación extrema que cae por su falsedad manifiesta). El Universo es inmensamente grande, tanto que habrá zonas desde donde la luz no ha llegado hasta nosotros a pesar de la actual edad del Universo, pero en todo caso, finito. En un universo infinito, todo punto del mismo estaría dentro de una distribución infinita de masas. El campo dentro de una distribución esférica es g=(GM/R3) r , donde M es masa dentro de la esfera y “r” el radio al centro. En función de la densidad quedaría g= (4/3)piG d r , donde “d” es la densidad de masa . Como en un Universo infinito, todo punto es centro de una infinita esfera, tenemos que r=0 , por lo que g=0 , en todo punto de ese Universo infinito. Al no haber campo gravitatorio (el infinito ha cancelado a la interacción gravitatoria), ya no existe esta interacción . Los cuerpos gravitan en el espacio (solo actúa el electromagnetismo local y las nucleares confinadas intranuclearmente), entendiendo por gravitar que flotan de manera que no se forman astros consolidados sino nebulosas cuya única materia granular es la derivada de las interacciones locales electromagnéticas .Desde un punto de vista lumínico, la suma de la luz aportada por todos los astros en ese hipotético universo infinito sería infinito para todos los astros y en particular para la Tierra donde no existiría la noche sino un día cegador y mucho peor, infinitamente peor, cosa que evidentemente no ocurre. Otro punto sobre la luminosidad que llega a la Tierra está relacionado con la observabilidad de las estrellas y galaxias: Si el Universo nació desde un punto (Lemaître) o desde una esfera original ,en el momento de formarse las primeras estrellas luminosas dentro de sus galaxias, tales focos luminosos estarían enormemente separados unos de otros a grandes distancias de tal manera que sus primeras luces llegan inmediatamente a sus alrededores pero tardan un tiempo en llegar a otras partes del Universo expansivo que se aleja radialmente en todas direcciones.Estos lejanos focos pertenecen al Universo no observable respecto a la Tierra durante un tiempo hasta que , cuando nos llegan sus luces ya forman parte del Universo observable teóricamente pero muchos de estos focos están tan lejanos que su intensidad es absolutamente despreciable (no observable de forma práctica respecto a los dispositivos detectores que tenemos).En todo caso, en la ecuación I=4pi d K R , puede ser que la densidad fuese baja, la intensidad de una estrella sea muy baja, pero si multiplicamos por R=infinito, todo se hace infinito y físicamente irreal.
b)Respecto a la evolución :Concepto de origen del Universo. Hipótesis del origen por una singularidad y por superficie esférica original. Origen por cambio del estado de Nada al estado de Algo.
Concebimos el Universo en modo actual con toda la materia y la radiación condensadas en forma de galaxias y cúmulos galácticos y en cada galaxia un gran conjunto de estrellas y nebulosas en continuo giro. Este estado de las cosas tiene un estado anterior con los mismos protagonistas pero en distintas configuraciones. Si imaginamos un tiempo atrás mucho más lejano, nuestra mente se preguntará cual fue el primer estado del Universo a partir del cual se originó la Historia Natural del mismo. Pero tal mente, la nuestra, sigue estando insatisfecha pues sea cual fuere el estado imaginable del Universo allá en el pasado siempre cabe la misma pregunta respecto al mismo:¿Pero a partir de qué estado anterior surgió esto? Y así indefinidamente. Tenemos que concebir un origen del Universo de tal forma que lo posiblemente anterior a él sea equivalente a él y no tenga ninguna entidad física que nos haga pensar en una recurrente pregunta ¿de qué sale esto (punto de vista tangible) , qué causa esto (punto de vista interaccional) y donde-cuando estaba esto (punto de vista de su ubicuidad)? .Tampoco podemos poner como estado inicial del Universo a partir del cual surja el Universo evolutivo actual, un cuerpo cósmico material y/o radiativo (son los únicos entes tangibles físicos) que existió siempre en el imaginario infinito pasado porque esto supondría (un cuerpo inicial o “huevo cósmico” de Lemaître ) que este cuerpo inicial estuvo siempre en tal estado un infinito tiempo pasado, significando una infinita estabilidad y consecuentemente, no habría razones ni causas para cambiar o transformarse originando nuestro Universo. Un sistema físico que no ha cambiado durante más tiempo, es más estable y ,por tanto, menos probabilidad de cambiar. Más aún si se trata de un infinito tiempo en el pasado, suponiendo la imposibilidad de cambiar por infinita estabilidad. Por tanto, se postula que no halla nada más anterior que sea distinto y mejor aún, ¡que no halla nada!. Por ello, el concepto de origen auténtico del Universo debe ser la Nada , teniendo a este estado de cosas como un “estado del Universo” previo al estado de “Todo”, lo que vivimos actualmente. Tenemos pues que derivar desde el estado de Nada al estado de Todo, y sin violar las leyes físicas que están por encima, por debajo , antes, durante y después del propio Universo. Las leyes físicas del Universo son como las reglas del juego que existen en todas las circunstancias aunque todavía no hayan jugadores en el terreno de juego y el juego no halla comenzado aún. Los jugadores son los entes tangibles (materia y radiación), el terreno de juego es el espacio-tiempo y las relaciones entre todos ellos son las interacciones ; por detrás de todos ellos, las leyes físicas que regulan tales relaciones.
c)Probabilidad para originarse el Universo.
Con independencia de la naturaleza del origen del Universo vamos a hacer una sencilla estimación de la probabilidad de que este surgiera si podemos considerar que el hecho de que emerja o de que no emerja en un momento determinado tengan una carga probabilística determinada. Si la probabilidad de que el Universo emerja en el estado radiomaterial actual, enmarcado en el espacio-tiempo y con las interacciones conocidas fuese “p” y , por tanto, de que no emerja fuese “q” , tal que p+q=1 . Si en el peor de los casos, q fuese muchísimo mayor que p , pero nunca igual a 1 , tenemos que en un momento dado la no emergencia del Universo es el estado mucho más probable. Antes del improbable nacimiento del Universo no existía el tiempo, entendido como el parámetro ordenador de acontecimientos que atañe a la radiomateria, porque ni existía siquiera nada que cambiar (tiempo-espacio-radiación- materia-interacción están íntimamente unidos en su manifestaciones que son al unísono y paralelas). No obstante, podemos utilizar la imaginación y prolongar el tiempo fenomenológico hacia “el más atrás”, hacia el No tiempo, cuando reinaba el Universo en el estado de Nada (vacío). Ese No tiempo (recordemos, tiempo prolongado hacia atrás cuando no había nada que cambie porque no había radiomateria ) lo vamos a secuenciar en intervalos uniformes no físicos sino matemáticos y en cada intervalo la probabilidad de que el Universo no nazca fuera, como anotamos, “q”. La probabilidad de que no nazca en “n” secuencias será : P(no) = q(elev(n)) Figura nº 36
El imaginado No tiempo, antes del origen del Universo, proviene desde el infinito en el más atrás, y por tanto, la probabilidad de no nacer en infinitos intervalos (“n” tiende a infinito) obtiene un límite que tiende a cero (porque “q” es menor que 1), por lo que la probabilidad de nacer (contraria) crece con el No tiempo hasta acercarse indefinidamente a P(si) =1 – P(no) = 1 – q(elev(n)) = 1 (cuando n tiende a infinito) ,la certeza total. El Universo, en estado de Nada, estaba condenado a cambiar al estado de Algo actual , que era lo inmensamente más probable (y cada vez más) en el avance del No tiempo o fase previa del tiempo fenomenológico que nace con el propio origen del Universo en el nuevo estado de Todo. Ante la pregunta de ¿en qué momento nace el Universo?, la respuesta está autocontenida en el propio concepto de origen del tiempo y origen del Universo poblado de entes tangibles: En el tiempo “0” del tiempo fenomenológico o cósmico cuando ya tenemos algo que cambiar. Respecto a la pregunta ¿dónde nace el Universo? , la respuesta está autocontenida en el propio concepto de Universo en estado de Todo tangible : En un océano de nada, no existen referencias o sistemas de referencia con el que situar el lugar de nacimiento por lo que el lugar es el propio protouniverso (para el modelo de singularidad de Lemaître, el punto de la explosión original ; para el modelo de superficie esférica original, la propia superficie esférica y como sistema de referencia más representativo y , como vimos, sistema de referencia inercial, el centro de tal superficie esférica o “centro del Universo”, el cual siempre ha sido el mismo en toda la Historia Natural del mismo , inamovible (dado que no existen fuerzas externas al Universo al no haber nada fuera de él, tal punto ha permanecido en el mismo lugar siempre ).
1.2.Origen del Universo.
1.2.1.Preliminares.
-El Principio Cosmológico.
Parte del desarrollo de la ciencia de los astros o Astronomía ha sido el afán del ser humano por situarse en un lugar privilegiado dentro del Cosmos, del Universo en orden. Desde los primeros días de la Astronomía allá en la cultura greco-egipcia , Ptolomeo concebía el universo centrado en nuestro planeta Tierra y todos los demás astros giraban en torno a ella (geocentrismo).En nuestra era, Copérnico desterró tal sistema egocéntrico para situar el centro del Universo en el Sol (heliocentrismo).Tal corrección dio lugar a un importante avance en la visión del cosmos y, desde entonces, la ciencia trata de evitar todo tipo de egocentrismos que ciega una comprensión más objetiva del mundo natural. No obstante, desde el punto de vista cinemático podemos tomar como sistema de referencia cualquier punto material y ,de hecho, desde la Tierra vemos que todo el resto del Universo gira en torno a ella. Pero al bajarnos de ese geocentrismo descubrimos que el planeta entero giraba sobre sí mismo y no un Universo entero lo hacía alrededor de la Tierra. Por todo ello, una regla de prevención en la búsqueda de la verdad científica o, al menos, el acercarnos a la descripción más fiel de la naturaleza , es la instauración de un principio previo de concepción del Universo : El Principio Cosmológico. Este nos dice que no existe ningún lugar (o punto) privilegiado en la extensión del Universo de manera que desde todo punto se observa al mismo con total isotropía (igual en todas direcciones) y homogeneidad (igual en todos los puntos). Esto elimina radicalmente el privilegio centrista de nuestro planeta o de cualquier lugar. En base a ello, o bien, concluyendo en ello, Hubble descubrirá que todas las galaxias se alejan de la nuestra a la vez que este fenómeno ocurre respecto a todos las galaxias, constituyendo una buena aplicación o consecuencia de este principio cosmológico. Cuando se postule un origen del Universo, ese estado original debe ser isótropo y homogéneo desde todos los puntos, asunto que conseguirá el próximo “modelo del origen esférico del Universo”. Sin embargo, tal principio diseñado para eliminar prejuicios egocentristas humanos no debe enturbiar la posible estructura no uniforme del Universo. Este principio supone que , para que el Universo se vea por igual hacia todas partes e igual en todas partes desde todas partes, el Universo debería ser homogéneo e infinito, sin formas ni fronteras, asunto que entra en contradicción con los correctos límites finitos del mismo (Olbers, irrealidad de los valores infinitos en la naturaleza).
-Tiempo absoluto: El No Tiempo y el Tiempo cósmico o fenomenológico.
El Universo como un todo Cósmico y, por tanto, ordenado, tiene todos sus estados secuenciados según el tiempo absoluto entendiendo al mismo como la continuidad del tiempo cuando el Universo presentaba un estado continuo e imperturbable pero sin cambios porque nada existía para cambiar, denominado “No Tiempo”, seguido de un Tiempo Fenomenológico que se originaba con el nacimiento del propio Universo actual que no es más que la transformación de un estado (Nada) a otro estado(Todo actual). En el No tiempo, no se necesita ninguna coordenada temporal para ordenar estados (todos los estados de la Nada son equivalentes ) y todos se pueden considerar encasillados en el instante previo puntual al origen del Universo por lo que se trata de una dimensión cero o puntual del tiempo absoluto previo al primer instante auténtico del tiempo en el tiempo fenomenológico. Esta fase del tiempo absoluto ,una vez aparecida la radiomateria, es ya unidimensional pues ordena los estados del Universo en su evolución hasta nuestros días y más allá a través de un valor numérico escalar uniformemente creciente. Tenemos un Universo en estado de Todo que evoluciona desde su origen hacia el futuro cambiando micro y macroscópicamente la extensión de todas sus partes. El Tiempo Fenomenológico asigna un nº ordenante (tiempo cronológico) a cada “fotografía instantánea tridimensional imaginaria” que llamamos estado cósmico del Universo (posiciones micro y macroscópicas, masas ,cargas, velocidades, interacciones, etc, etc).La sucesión de estos estados en la línea creciente y uniforme del tiempo es lo que denominamos “Fenomenología del Universo” para cada parte del mismo dentro del total, o bien, en su conjunto se denomina “LA HISTORIA NATURAL DEL UNIVERSO”. Otro asunto bastante complejo es la medida del tiempo pues debemos registrar y ordenar estados de todo el Universo , de alguna parte del mismo o de partículas concretas, en base a los elementos del propio Universo (utilizar señales que nos indiquen el cumplimiento de un hecho para ordenarlo o temporalizarlo, distinguiendo un tiempo absoluto de un tiempo relativo y dependiendo de los medios naturales, como por ejemplo, la mejor señal que podremos utilizar es la señal que naturalmente es la más rápida del Universo y además, es el límite físicamente posible de velocidad : Tiempo medido con señales luminosas o, en general ,electromagnéticas). Dado que la velocidad de estas señales no son infinitas, sino altísimas pero limitadas, la medición del tiempo, sufrirá un revés relativista de tal manera que la medida del tiempo no va a ser absoluta ( como lo haría un observador extracósmico que toma fotografías regulares del Universo, ordenándolas regularmente según un tiempo absoluto), sino que dada la limitada velocidad de la luz como mejor señal para identificar sucesos , la medida del tiempo va a ser relativa. Este es uno de los orígenes de la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein quien apostó por mantener constante la velocidad de la luz respecto a todo sistema de referencia y acertó de lleno ( 2º principio de la relatividad especial).Otro aspecto del hecho de utilizar señales luminosas para registrar hechos naturales y, al ordenarlos, medir el tiempo que transcurre, es que dicha luz se ve afectada gravitatoriamente por lo que no solamente las altas velocidades (relatividad especial) afectan a la medida del tiempo por rayos luminosos sino la presencia de masas (relatividad general) y las aceleraciones. Si la velocidad de la luz fuese infinita, todos los sistemas de referencia medirían el mismo tiempo y ,entonces, la medida del tiempo sería absoluta. Pero en la naturaleza nada tangible es infinito ni la materia y la radiación , aunque estemos condenados a registrar un tiempo relativo. Figura nº 36
-La ley de Hubble (medidas de distancias y velocidades) y la Teoría del Big Bang.
En una vista al cielo nocturno observamos la aparente estaticidad del Universo fruto , como sabemos, de la extraordinaria lejanía de las estrellas .En este punto, Albert Einstein cometió lo que él mismo denominó “el mayor error de su carrera” .Introdujo en sus ecuaciones un término matemático para contrarrestar la atracción gravitatoria universal de todos hacia todos y “mantener” fijas las estrellas en el firmamento. Fue Edwing Hubble , quien aportó la explicación del porqué todo no se derrumba por atracción gravitatoria: Sencillamente, todo se estaba alejando, todo poseía una energía cinética de huida y, por ello ,todavía las estrellas ( y ,más exactamente, las galaxias) no caen unas sobre las otras. Es como la piedra que se lanza hacia arriba: Mientras está en pleno vuelo, no cae (puede que jamás caiga, porque su velocidad iguale o supere a la conocida velocidad de escape ; o bien, caiga en un futuro). En todo caso ,ese término físico asignado a “propiedades del espacio expansivo” (conocido como dilatación del espacio o inflación) podría haber pasado a la historia como tantos espejismos en la historia de la física (como el éter). No obstante, en Astrofísica, la interpretación de la expansión del Universo ha estado asociada a la idea de que “el espacio se expande” visualizándose en el conocido símil del globo que se hincha. Este modelo es visualmente bastante aceptable pues nos muestra que al hincharse el globo (papel que hace el espacio vacío) los puntos que en él existen (los astros) se separan unos de otro tal como aparece en las conclusiones de Hubble pero en modo tridimensional o real. Una consecuencia sincera de este modelo o esta interpretación sería que en tal globo, todo se aleja de todo incluido las estrellas dentro de la galaxia , los planetas dentro del sistema solar o los átomos frente a los átomos dentro de la materia pues el espacio es espacio para todos .Este argumento derivado no lo contemplan seriamente los seguidores de la “expansión del espacio”. No abandonemos los fundamentos físicos del universo .Si hay algo que se hincha no es el espacio sino que la materia se aleja de la materia en un fenómeno básico y universal denominado “movimiento” .En el caso observado por las galaxias, las estrellas dentro de cada una de ellas quedan atrapadas gravitatoriamente y todas viajan en bloque formando el conjunto de dicha galaxia, pero las galaxias lejos unas de otras se separan individualmente. Vamos a repasar la Ley de Hubble y a obtener conclusiones de la misma. Como sabemos, Hubble estudió los espectros de emisión de la luz proveniente de estrellas de muchas galaxias. Encontró que dichos espectros son idénticos a los de las estrellas de nuestra galaxias o nuestro propio Sol, es decir, las luces (o cualquier tipo de onda electromagnética) son las mismas aunque todas estaban desplazadas por igual,paralelamente, hacia menores frecuencias. Este fenómeno recibe el nombre de “corrimiento de frecuencias a la baja o al rojo”. Y esto ocurría de forma generalizada con todas las galaxias que nos rodean en todas direcciones. Conociendo la naturaleza ondulatoria de la luz, análoga a la naturaleza ondulatoria del sonido, Hubble interpretó esta bajada de frecuencias de todas las luces para todas las galaxias de forma análoga al conocido “efecto Doppler” de las ondas de focos en movimiento. Cuando una ambulancia emite el sonido de su sirena a una frecuencia, esta queda modificada por el movimiento de la misma de tal manera que si se aleja, baja la frecuencia y si se acerca aumenta la frecuencia ( experiencia cotidiana). Para ondas luminosas o electromagnéticas, a ley de Doppler se formula de la forma : f´= fo (1-V/C)/Raiz(1-V2/C2) .Midiendo f´y fo (frecuencia de luces de la lejana galaxia y luces de nuestro Sol en reposo relativo, podemos medir la velocidad de la fuente “V”) . Esta fue la clave para admitir que todas las galaxias se estaban alejando de la galaxia nuestra o de nosotros mismos. Hubble no solamente aportó este conocimiento cualitativo sobre el comportamiento de las galaxias sino un valiosísimo conocimiento cuantitativo “La Ley de Hubble”. El efecto Doppler es una ley natural que está formulada de manera que nos relaciona la frecuencia de las luces en reposo con la frecuencia de las luces de focos en movimiento a cierta velocidad. Dada una frecuencia medida (luz proveniente de esa galaxia lejana en movimiento) y la frecuencia de la luz de un foco aproximadamente en reposo radial (luz de una estrella como el Sol),se puede establecer la velocidad relativa radial (Galaxia-Tierra) de alejamiento. Las distancias Galaxia-Tierra se miden por procedimientos astrofísicos diversos. Hubble confeccionó una tabla de datos y su correspondiente gráfica sobre “Velocidad de alejamiento Galaxia-Tierra” “V” y la “distancia Galaxia-Tierra” “X” , arrojando la siguiente conclusión: “La velocidad de alejamiento de todas las galaxias que rodean a la Tierra en todas direcciones es directamente proporcional a la distancia a la que se encuentran de la Tierra, cuya constante de proporcionalidad (constante de Hubble) es la misma para todas las galaxias actualmente”. V = H X . Nota importante, esta constante H es una constante universal común a todas las galaxias en este mismo momento, es una constante espacial, no temporal. Veremos el significado de esto último basándonos en la interpretación de la Ley de Hubble en base al modelo de nacimiento del Universo “La Teoría del Big Bang con origen puntual”. Efectivamente, la consecuencia directa de la teoría de Hubble es que si todas las galaxias están alejándose de nosotros entonces todas estuvieron en un cierto pasado juntas en el espacio, en un punto ,donde consideramos que algo pasó para que se expandieran .Esta consideración no sitúa a nuestro planeta como el centro del universo sino que ,incluso nuestro planeta o nuestra galaxia, proviene de ese “cierto punto del espacio” de donde salieron radialmente todas, por lo cual, cualquier galaxia al ver a las restantes tiene la misma impresión de que todas se alejan de ellas (simetría ,no hay referencia privilegiada).La causa de esa dispersión, denominada Explosión original o Big Bang, es otro tema por discutir pero no aquí. El modelo que seguiremos será el del estallido de una bomba en mil trozos que se proyectan radialmente hacia el espacio en todas direcciones. Vigilemos un trocito de referencia A (este será nuestra galaxia donde está nuestra Tierra y ahí estamos nosotros observando el Universo con un telescopio) y otro trocito B (otra galaxia).
Figura nº 37 a.
Ambos puntos estuvieron juntos en la explosión original (si no en las formas actuales, al menos en formas primitivas como protogalaxias o nebulosas pero en todo caso, sí podemos seguirlas a través de sus centros de masas ) y viajarán en línea recta como la metralla en la explosión de una bomba. Cada trozo A y B salen con una velocidad determinada pero sí que es cierto que estuvieron juntas (X, separación entre A y B) X=0 para tiempo T=0 (origen o nacimiento del Universo) y se separan a una “velocidad intergaláctica de “V” , relativa. Al cabo de un tiempo en la actualidad, la separación es “X” y ese tiempo transcurrido es el tiempo que ha pasado desde la explosión o “Edad del Universo” Tu . Sencillamente: V= X/Tu . Comparando con la Ley astronómica de Hubble, V= H X , podemos identificar la constante de Hubble que vale H= 1/Tu . La constante de Hubble ha resultado ser la inversa de la edad del Universo (cifrada por la misma gráfica de la Ley de Hubble en 13700 millones de años). Pero , no nos engañemos, “esta constante no es una constante temporal sino espacial”. “ H” vale lo mismo en este instante para “todas las galaxias”. Pero dentro de unos momentos “H” aumenta de valor pues ,entonces, la edad del Universo es un poco mayor. ¿cómo debemos interpretar la Ley de Hubble? En un instante dado, la relación entre la velocidad de todas las galaxias y su distancia a la Tierra es constante e igual a la edad del Universo invertida . Esta interpretación es la de “todas las galaxias en un instante”. Hagamos lo contrario, veamos la historia de una sola galaxia en cualquier instante (su evolución o su movimiento),respecto a la nuestra (nuestra Tierra). Figura nº 37 b . Recordemos, V = X/Tu . Una galaxia, respecto a nosotros, se aleja cada vez a mayores distancias y, a la vez, el tiempo correspondiente también va aumentando, manteniendo su velocidad, respecto a nosotros, constante. Se puede probar fácilmente, que en una explosión (explosión libre de fuerzas externas, ejem. en el espacio), una metralla respecto a otra se alejan mutuamente a velocidad constante y ¡no! Aceleradamente (siempre que la explosión se realice en el espacio ingrávido, claro) . La “apariencia en el razonamiento” sobre la interpretación de la ley de Hubble de que las galaxias se aceleran es la siguiente: Si las galaxias más lejanas tienen más velocidad que las cercanas, y aquellas mismas galaxias estuvieron antes más cercanas pues tendrían menos velocidad, aparentando que se han acelerado.
Reinterpretación: Las galaxias más lejanas van a mayores velocidades que las cercanas en el panorama actual. En el pasado, esas galaxias estaban más cerca (pero el tiempo universal era menor, su constante de Hubble era mayor en ese instante), teniendo las mismas velocidades respecto a nosotros. Figura nº 37 c . Solamente cabe una pequeña corrección a todo este razonamiento : en el modelo de explosión original, debido a la naturaleza de las explosiones, la metralla (las galaxias) se mueve aceleradamente, en principio .Luego, debido a la proximidad de una parte respecto a la otra, se frenan ligeramente (atracción gravitatoria) pero en la última etapa de gran alejamiento mutuo donde la atracción gravitatoria es bastante débil, las galaxias se comportan como objetos “cuasilibres” (la mutua lejanía debilita enormemente la atracción gravitatoria) como la metralla de una explosión de una bomba en el espacio. Sus trayectorias respecto al centro del universo donde se produjo el Big Bang son rectilínea y radiales, con velocidades prácticamente constantes. El hecho de que cada galaxia tenga una velocidad de alejamiento distinta respecto a la Tierra se deriva de que en el origen de la explosión el ángulo de separación de trayectorias es distinto : La galaxia que salió con respecto a la nuestra con poco ángulo es una galaxia cercana con poca velocidad respecto a nosotros ; la galaxia cuya trayectoria forma gran ángulo con la nuestra, es una galaxia actualmente lejana y a gran velocidad.
Se puede demostrar por física clásica elemental que en una explosión centrada y libre en el espacio, cada trozo se aleja de cada trozo según la Ley de Hubble, es decir, trozos más lejanos tienen una velocidad relativa mayor pero esa velocidad relativa entre dos trozos fijos siempre fue la misma en la expansión de la metralla en tal explosión ( y por supuesto, sea en el ejempIo cercano de una explosión o en el lejano Big Bang el espacio “no se dilata o hincha” sino simplemente es el movimiento natural de separación debida a la fuerte interacción en el origen de la explosión y , luego,” la inercia de la masa y no la inflación del espacio”, lo que hace que las distancias entre trozos se dilaten, es simple movimiento relativo). Esta evidencia apoya definitivamente el modelo de explosión para el origen del Universo. Figura nº 38
-Adaptación de la ley de Hubble al origen esférico del Universo.
Bajo la hipótesis de que el Universo se originó en la fluctuación , no de un punto del espacio como en el modelo de Lemaître, sino en una superficie esférica se tendría que modificar la ley de Hubble. Figura nº 39 . Tenemos una superficie esférica que se separa en dos hemisuperficies esféricas por explosión-implosión. Nos fijamos en la superficie externa que se expande que es la zona nuestra material donde las galaxias se separan unas de otras como nuestra cualitativamente la ley de Hubble. Dos galaxias (A´ y B´) separadas actualmente d=A´B´ se formaron en la historia natural de restos materiales cuyo centro de masas siguió la trayectoria aproximada BB´ y AA´ , con posiciones originales en la esfera original A y B. Los cálculos arrojan la siguiente relación entre la velocidad de recesión o separación actual “v” , la distancia de separación actual “d” y el “Tiempo universal o fenomenológico” “T” que ha transcurrido. Aparece un factor corrector respecto a la ley Hubble original que es Ro/Vr , siendo Ro el radio de tal protoesfera original y Vr la velocidad radial (componente de huida radial de los materiales hacia fuera) . Se puede comprobar que si el Universo hubiera nacido desde una singularidad en un punto, con radio Ro=0 , la nueva expresión coincidiría con la clásica de Hubble. V=d/(T +Ro/Vr) . La constante de Hubble modificada sería H= 1/(T + Ro/Vr) . Las medidas astrofísicas sobre distancias-velocidades de alejamiento mutuo entre galaxias muestra una constante de H= 1/13700 (millones años elev(-1) ) , siendo esta cifra inversa, precisamente la edad del Universo “ si hubiera sido originado desde un punto central “ .
Para el nuevo modelo de superficie original esférica, la edad del Universo sería:
H = 1/T´ = 1/(T+Ro/Vr) .entonces, T´= T + Ro/Vr . Aunque la constante de Hubble “H” actual no varía en estas consideraciones, sí varía la edad del Universo “T” que es igual a la aparente T´=13700 millones de años (este seria el real si el Universo hubiera nacido desde un punto central) , menos el término Ro/Vr . La velocidad radial Vr de las partículas emergentes oscilan desde “0” (extremo no incluido) hasta V=C (bosones) , recorriendo todo el espectro de velocidades y de masas, M = Mo/Raiz(1-Vr2/C2) , para una masa M bosónica puntual original, propia de nuestro Universo así como la densidad másica de esa superficie , son constantes microscópicas de inicio del Universo (se tratará en el siguiente apartado sobre la “Teoría del origen esférico del Universo ( en el apartado c.1. y c.2.). El valor de la edad del Universo es por tanto, T = 1/H - Ro/Vr .La corrección que se introduce en el modelo de origen esférico, se basa en el término Ro/Vr . Cuanto menor sea el radio original del protouniverso y mayor sea la velocidad de expansión radial de la materia, menos corrección se haría respecto al modelo de explosión puntual o singular. Tales parámetros Ro y Vr, en nuestro Universo, deben ser tales que ,antrópicamente, permitan un tiempo suficiente para el desarrollo de todos los fenómenos astronómicos, geológicos y residualmente biológicos , aunque a su vez, deben permitir que el Universo sea lo suficientemente grande originalmente (Ro) que logre una masa relativista M y una velocidad Vr de la metralla material del Universo, para que este posea la materia y la energía que tiene actualmente, para que se configure material y energéticamente tal como es. Universos pueden haberlos con muchos valores cósmicos, como se verá, con masas y energías diversas, con evoluciones más lentas o más rápidas, con configuraciones astrales finales conseguidas de una u otra forma. Los valores cósmicos iniciales de nuestro Universo deben explicar la propia configuración actual respecto al espacio y que esté así, al cabo de cierto tiempo, en el tiempo.
- Singularidad original de Lemaître, Teoría del Big Bang , el Universo estático (el error de Einstein, la constante cosmológica) y la inflación original.
El modelo de nacimiento del universo propuesto por Lemaître (físico, astrónomo y sacerdote), es el de una explosión central y puntual en cuyo centro se encontraba condensado todo el Universo tanto material como energéticamente que progresivamente se fue extendiendo radialmente en todas direcciones hasta constituir (tras la estructuración en astros) el universo actual. Según este modelo, el Universo no es un sistema estático sino dinámico expansivo adelantándose al hallazgo de Edwing Hubble de tal situación y corrigiendo a Albert Einstein quien propuso un modelo estático. El modelo de Lemaître se denominó “modelo del átomo primigenio o del huevo cósmico” indicando con ello el punto central que explotó (modelo también denominado de la Gran Explosión o Big Bang) que pudo ser un protoastro central esférico o, en extremo, un punto o átomo original. Más tarde a ese punto central donde estaba concentrado todo el Universo (suponiendo una densidad infinita, si se tiene un punto espacial central) se le denominó “singularidad”(Hawking) .No es fácil adquirir una imagen mental de este estado del Universo, donde en un solo punto se concentrase su inmensa masa con toda su energía. Por otra parte, no resuelve del todo el enigma del origen del Universo puesto que podemos preguntarnos cómo o de dónde o cuando surgió este huevo cósmico, siendo esta una cuestión recurrente, que de esta manera no resuelve el enigma del origen del universo, teniéndonos que cuestionar ¿qué se entiende por el origen del Universo? .Además, las leyes físicas no son reglas que se cumplan en un periodo de tiempo de la historia natural del Universo ni en una zona particular sino que son universales y eternas. En un juego, las reglas del juego no cambian sino las situaciones de los actores. Por ello, la denominada “Teoría de la inflación original”, a poco de originarse el Universo, afirma que el Universo primitivo recién formado se “expandió debido a que el espacio se dilató” bruscamente acaparando grandes volúmenes espaciales (se infló) en muy poco tiempo . Esta interpretación de la simple separación cinemática de las partes del Universo debido a una explosión central (como la metralla de una bomba, que ,al estallar, los trozos se separan, no porque el espacio se dilate, simplemente porque las partículas que interaccionan entre sí se mueven relativamente, responde a los principios de la física clásica, moderna y del sentido común) no se generaliza como un fenómeno físico universal, sino que este supuesto hecho físico se produjo en un momento inicial de la evolución del Universo y solamente entre astros como las galaxias. Este fenómeno no se experimenta entre cada dos partículas cualesquiera que nos rodee que son tan materiales como las propias galaxias a las que se le aplica en esta “inflación del espacio”. Tan espacio es el interastral como el intercorporal de todo cuerpo físico. Esto constituye una falta de coherencia dentro de esa teoría tanto como innecesaria porque al observar dos cuerpos o astros separándose no es el “espacio” el que se dilata sino son los “cuerpos” los que poseen un movimiento relativo de alejamiento por una interacción original de repulsión (explosión).El espacio es un escenario de fondo donde se permite el movimiento tridimensional y no hay nada en él que se aleje ni se acerque sino los entes tangibles de la materia y la radiación. Por otra parte, la supuesta inflación tan brusca y extensa dio lugar a la violación de las leyes de la física como que las partículas se separaran más rápidamente que la propia velocidad de la luz , siendo las leyes físicas universales en toda la extensión del Universo y eternas, en toda la historia natural del mismo amén que las interacciones físicas quedan totalmente inaplicables. Ideas contradictorias como esta aparecieron en la historia de la ciencia como el conocido éter que se demostró innecesario para explicar las propiedades de la luz. Otra idea de esta naturaleza fue la propuesta por Albert Einstein, quien reconoció que era el mayor error de su vida como científico (e introdujo en su ecuación de Universo, el término energético positivo repulsivo de la constante cosmológica) : Ante la aparente estaticidad de las estrellas en el firmamento y teniendo presente la naturaleza gravitatoria atractiva de la materia, creyó que debería haber una “fuerza antigravitatoria repulsiva” o “una energía positiva que generaba repulsión ubicada en el espacio” que contrarrestaba a la mencionada gravedad para mantener estáticas a las estrellas. Otra vez, los mismos errores sobre el espacio dándole al mismo el protagonismo que tiene la materia y la radiación. El espacio y el tiempo son el escenario tetradimensional donde se desarrollan los cambios y los cambios los protagonizan las partículas materiales y radiativas, modificando sus detalles o propiedades diversas (masa, energías, cargas, posiciones y velocidades) quienes son los depositarios de la energía y sobre quienes actúan las fuerzas y son quienes se mueven separándose o acercándose relativamente . El espacio no interviene ni se contrae ni se dilata, el espacio es como el tiempo: Este ordena estados o movimientos pero no intervienen en ellos ; el espacio permite que se desplieguen las partículas más allá más acá pero no influyen en ellas ( el espacio poblado de masas se “curva” simplemente porque existen esas masas y al colocar otra masa de prueba observamos aceleraciones, pero no por el espacio en sí, sino por las masas que crean campos; el espacio en sí vacío es un mar infinito de Nada, tal como se encontraba el Universo antes de nacer ). Ya adelantaba Lemaître y descubrió Hubble que las galaxias se alejaban unas de otras y de la nuestra, estaban en pleno movimiento y la explicación de que todas no colapsaran con todas atraídas por la gravedad regresando al punto de partida , no era porque el espacio tenía una energía repulsiva ni se encontraba en inflación permanente equilibrándolo todo, sino simplemente el Universo se estaba expandiendo dando como efecto un Universo dinámico en dilatación cinemática (por la explosión original) y no en inflación espacial. Si explotara la Tierra , cada trozo se aleja de cada trozo radialmente (fácil interpretación mecánica) y no es porque “el espacio entre cada trozo se hincha o infla” .Otro símil : En física, cuando un cuerpo de mayor temperatura da energía térmica a uno de menor temperatura no es precisamente porque el de menor temperatura le da frío al de mayor. Los esquemas físicos construidos nos dicen que el cuerpo de mayor temperatura da calor o energía térmica al de menor. El trasvase de frío no entra en los esquemas de la termología, aunque podría construirse la teoría en base a él. Por lo menos es una alternativa un tanto aceptable, pero en el caso de la “inflación del espacio”, este se dilata artificiosamente, sin justificación proveniente del interior ni exterior del Universo primitivo y solamente se produce entre grandes astros y no entre átomos o cuerpos, y solamente en un momento de la historia. Se le asigna al espacio propiedades locales y momentáneas, siendo el espacio isótropo y uniforme espacialmente y constante temporalmente.
-La inflación final por aceleración de galaxias.
Hace poco unos astrofísicos han descubierto que lejanas galaxias poseen velocidades más altas de las que le corresponde por la ley de Hubble , por la distancia a las que se encuentran. La explicación que se le da vuelve a ser una vez más la hipotética interpretación de que el espacio se está dilatando y se está experimentando otra inflación, denominada inflación final o actual. Estos hechos tienen una importante repercusión en el futuro del Universo que, como veremos, puede sufrir tres alternativas : El frenado -contracción , mantener las velocidades pero en expansión y la aceleración - expansión (futuro Big Crunch o contracción, futura expansión suave y futuro gran desgarro ). En el primer caso, se forma un ciclo de contracciones explosiones (aunque un ciclo no periódico, ya se verá) ; en segundo caso, tendremos expansión pero todo estará conectado con todo gravitatoria y ópticamente ; en el tercer caso, como al parecer detectan los astrofísicos, el tejido espacio-tiempo se desgarrará en el sentido de que la aceleración es tan grande que alcance tales velocidades relativas que se desconecte la luz que nos envíen o la que les enviemos a esas últimas galaxias. Esta nueva inflación es tan artificiosa e incoherente como la original vista en el apartado anterior. Veremos próximamente que , por el modelo esférico del Universo, aparecen galaxias que se alejan de nosotros aceleradamente por la propia naturaleza implosiva-explosiva del origen de nuestro Universo: Es cuestión geométrica, gravitatoria e inercial. A esto hay que añadir, que la hipotética aceleración mutua de las galaxias (en este hipotético desgarro del espacio-tiempo) no puede desconectar a una parte del Universo de otra porque las velocidades de la materia (origen de la luz) no superan a la de la propia luz y las aceleraciones de dicha materia tienen tendencia a anularse en el límite de grandes velocidades (consecuencias sencillas e inmediatas de la teoría de la relatividad especial).Aún en esta hipotética posibilidad de la aceleración intergaláctica, todo el Universo se mantendría unido gravitatoria y ópticamente ,como se verá en próximos apartados.
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