Universo
El Universo es la totalidad del espacio y del tiempo, de todas las formas de la materia, la energía y el impulso, las leyes y constantes físicas que las gobiernan. Sin embargo, el término "universo" puede ser utilizado en sentidos contextuales ligeramente diferentes, para referirse a conceptos como el cosmos, el mundo o la naturaleza.
Observaciones astronómicas indican que el Universo tiene una edad de 13,73 ± 0,12 mil millones de años y por lo menos 93 mil millones de años luz de extensión. El evento que dio inicio al Universo se denomina Big Bang. En aquel instante toda la materia y la energía del universo observable estaba concentrada en un punto de densidad infinita. Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse para llegar a su condición actual, y lo continúa haciendo.
Debido a que, según teoría de la relatividad especial, la materia no puede moverse a una velocidad superior a la velocidad de la luz, puede parecer paradójico que dos objetos del universo puedan haberse separado 93 mil millones de años luz en un tiempo de sólo 13 mil millones de años; sin embargo, esta separación es una consecuencia natural de la teoría de la relatividad general.
Dicho simplemente, el espacio puede ampliarse a un ritmo superior que no está limitado por la velocidad de la luz. Por lo tanto, dos galaxias pueden separarse una de la otra más rápidamente que la velocidad de la luz, es el espacio entre ellas el que crece.
Mediciones sobre la distribución espacial y el desplazamiento hacia el rojo ("redshift" de galaxias distantes, la radiación cósmica de fondo de microondas, y los porcentajes relativos de los elementos químicos más ligeros, apoyan la teoría de la expansión del espacio, y más en general, la teoría del Big Bang, que propone que el espacio en sí se creó a partir de la nada en un momento específico en el pasado.
Observaciones recientes han demostrado que esta expansión se está acelerando, y que la mayor parte de la materia y la energía en el universo es fundamentalmente diferente de la observada en la Tierra, y no es directamente observable (véanse materia oscura y energía oscura). La imprecisión de las observaciones actuales ha limitado las predicciones sobre el destino final del Universo.
Los experimentos sugieren que el Universo se ha regido por las mismas leyes físicas, constantes a lo largo de su extensión e historia. La fuerza dominante en distancias cósmicas es la gravedad, y la relatividad general es actualmente la teoría más exacta en describirla. Las otras tres fuerzas fundamentales, y las partículas en las que actúan, son descritas por el Modelo Estándar. El Universo tiene por lo menos tres dimensiones del espacio y una de tiempo, aunque experimentalmente no se pueden descartar dimensiones adicionales muy pequeñas. El espacio-tiempo parece estar conectado de forma sencilla y sin problemas, y el espacio tiene una curvatura media muy pequeña, de manera que la geometría euclidiana es, como regla general, exacta en todo el universo.
En filosofía se denomina Universo al mundo, o conjunto de todo lo que sucede. La ciencia modeliza el universo como un sistema cerrado que contiene energía y materia adscritas al espacio-tiempo y que se rige fundamentalmente por principios causales.
Basándose en observaciones del universo observable, los físicos intentan describir el continuo espacio-tiempo en que nos encontramos, junto con toda la materia y energía existentes en él. Su estudio, en las mayores escalas, es el objeto de la cosmología, disciplina basada en la astronomía y la física, en la cual se describen todos los aspectos de este universo con sus fenómenos.
La teoría actualmente más aceptada sobre la formación del Universo, dada por el belga valón Lemaître, es el modelo del Big Bang, que describe la expansión del espacio-tiempo a partir de una singularidad espaciotemporal. El Universo experimentó un rápido periodo de inflación cósmica que arrasó con todas las irregularidades iniciales. A partir de entonces el Universo se expandió y se convirtió en estable, más frío y menos denso. Las variaciones menores en la distribución de la masa dieron como resultado la segregación fractal en porciones, que se encuentran en el universo actual como cúmulos de galaxias.
En cuanto a su destino final, las pruebas actuales parecen apoyar la Teoría de la expansión permanente del Universo, aunque otras afirman que la materia oscura puede ejercer la fuerza de gravedad suficiente para detener la expansión y hacer que toda la materia se comprima; algo a lo que los científicos denominan el "Big Crunch" o la Gran Implosión.
Porción observable
Los cosmólogos teóricos y astrofísicos utilizan de manera diferente el término Universo, designando bien el sistema completo o sólo una parte de él. Según el convenio de los cosmólogos, el término Universo ("U" mayúscula) se refiere frecuentemente a la parte finita del espacio-tiempo que es directamente observable utilizando telescopios, otros detectores, y métodos físicos, teóricos y empíricos para estudiar los componentes básicos del Universo y sus interacciones. Los físicos cosmólogos asumen que la parte observable del espacio comóvil (también llamado: "nuestro universo" corresponde a una parte de un modelo del espacio entero y normalmente no es el espacio entero. Frecuentemente se utiliza el término el Universo como ambas: la parte observable del espacio-tiempo, o el espacio-tiempo entero.
Muchos cosmólogos creen que el Universo observable es una parte extremadamente pequeña del Universo "entero" realmente existente, y que es imposible observar todo el espacio comóvil. En la actualidad se desconoce si esto es correcto, ya que de acuerdo a los estudios de la forma del Universo, es posible que el Universo observable esté cerca de tener el mismo tamaño que todo el espacio. La pregunta sigue debatiéndose. Si una versión del escenario de la inflación cósmica es correcta, entonces no hay manera de determinar si el Universo es finito o infinito. En el caso del Universo observable, éste puede ser sólo una mínima porción del Universo existente, por tanto puede ser imposible saber realmente si el Universo está siendo completamente observado.
Evolución
Teoría sobre el origen y la formación del Universo (Big Bang)
El hecho de que el Universo esté en expansión se deriva de las observaciones del corrimiento al rojo realizadas en la década de 1920 y que se cuantifican por la ley de Hubble. Dichas observaciones son la predicción experimental del modelo de Fridmann-Robertson-Walker, que es una solución de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, que predicen el inicio del universo mediante un big bang.
El corrimiento al rojo se refiere a que los astrónomos han observado que hay una relación directa entre la distancia a un objeto remoto (como una galaxia) y la velocidad con que está alejándose. En cambio, si esta expansión ha sido continua en toda la edad del Universo, entonces en el pasado estos objetos distantes que siguen alejándose tuvieron que estar una vez juntos. Esta idea da pie a la teoría del Big Bang’’; el modelo dominante en la cosmología actual.
Durante la era más temprana del Big Bang, se cree que el Universo era un caliente y denso plasma. Según avanzó la expansión, la temperatura cayó a ritmo constante hasta el punto en que los átomos se pudieron formar. En aquella época, la energía de fondo se desacopló de la materia y fue libre de viajar a través del espacio. La energía sobrante continuó enfriándose al expandirse el Universo y hoy forma el fondo cósmico de microondas. Esta radiación de fondo es remarcablemente uniforme en todas direcciones, circunstancia que los cosmólogos han intentado explicar como reflejo de un periodo temprano de inflación cósmica después del Big Bang.
El examen de las pequeñas variaciones en el fondo de radiación de microondas proporciona información sobre la naturaleza del Universo, incluyendo la edad y composición. La edad del universo desde el Big Bang, de acuerdo a la información actual proporcionada por el WMAP de la NASA, se estima en unos 13.700 millones de años, con un margen de error de un 1% (137 millones de años). Otros métodos de estimación ofrecen diferentes rangos de edad, desde 11.000 millones a 20.000 millones. En el libro de 1977 Los Primeros Tres Minutos del Universo, el premio Nobel Steven Weinberg muestra la física que ocurrió justo momentos después del Big Bang. Los descubrimientos adicionales y los refinamientos de las teorías hicieron que lo actualizara y reeditara en 1993.
Sopa Primigenia
Hasta hace poco, la primera centésima de segundo era más bien un misterio, impidiendo a Weinberg y a otros describir exactamente cómo era el Universo. Los nuevos experimentos en el RHIC, en el Brookhaven National Laboratory, han proporcionado a los físicos una luz en esta cortina de alta energía, de tal manera que pueden observar directamente los tipos de comportamiento que pueden haber tomado lugar en ese instante.
En estas energías, los quarks que componen los protones y los neutrones no estaban juntos, y una mezcla densa supercaliente de quarks y gluónes, con algunos electrones, era todo lo que podía existir en los microsegundos anteriores a que se enfriaran lo suficiente para formar el tipo de partículas de materia que observamos hoy en día.
Protogalaxias
Los rápidos avances acerca de lo que pasó después de la existencia de la materia aportan mucha información sobre la formación de las galaxias. Se cree que las primeras galaxias eran débiles "galaxias enanas" que emitían tanta radiación que separarían los átomos gaseosos de sus electrones. Este gas, a su vez, se estaba calentando y expandiendo, y tenía la posibilidad de obtener la masa necesaria para formar las grandes galaxias que conocemos hoy.
Destino Final
El destino final del Universo tiene diversos modelos que explican lo que sucederá en función de diversos parámetros y observaciones. A continuación se explican los modelos fundamentales más aceptados:
Big Crunch o la Gran Implosión
Es muy posible que el inmenso aro que rodeaba a las galaxias sea una forma de materia que resulta invisible desde la Tierra. Esta materia oscura tal vez constituya el 99% de todo lo que hay en el Universo.
La fuerza gravitatoria de toda esa materia tal vez podría cesar e invertir con ella la expansión, así las galaxias empezarían a retroceder y con el tiempo chocarían unas contra otras, la temperatura se elevaría, y el Universo se precipitaría hacia un destino catastrófico en el que quedaría reducido nuevamente a un punto.
Algunos físicos han especulado que después se formaría otro Universo, en cuyo caso se repetiría el proceso.
Hoy en día, esta hipótesis parece incorrecta, pues a la luz de los últimos datos experimentales, el Universo se está expandiendo cada vez más rápido.
Big Rip o Gran Desgarramiento
El Gran Desgarramiento o Teoría de la Eterna Expansión, llamado en inglés Big Rip, es una hipótesis cosmológica sobre el destino último del universo. Este posible destino final del universo depende de la cantidad de energía oscura existente en el Universo. Si el Universo contiene suficiente energía oscura, podría acabar en un desgarramiento de toda la materia.
El valor clave es w, la razón entre la presión de la energía oscura y su densidad energética. A w < -1, el universo acabaría por ser desgarrado. Primero, las galaxias se separarían entre sí, luego la gravedad sería demasiado débil para mantener integrada cada galaxia. Los sistemas planetarios perderían su cohesión gravitatoria. En los últimos minutos, se desbaratarán estrellas y planetas, y los átomos serán destruidos.
Los autores de esta hipótesis calculan que el fin del tiempo ocurriría aproximadamente 3,5×1010 años después del Big Bang, es decir, dentro de 2,0×1010 años.
Una modificación de esta teoría, aunque poco aceptada, asegura que el universo continuaría su expansión sin provocar un Big Rip.
Teoría de la no acotabilidad
Todas las teorías acerca del origen del Universo se construyen sobre el concepto de universo acotado como un conjunto, pero esto es incierto pues su dimensión relativa es indeterminada. Por tanto no tiene sentido aplicar las leyes del tiempo a algo no acotado. Ejemplo de esto sería tratar de calcular cuanto tardaría en pararse un objeto móvil en una órbita circular no sujeta a ninguna otra fuerza; la longitud relativa del recorrido del objeto no es acotable y por tanto no tendría sentido medir el tiempo que tardaría en recorrerla. En el plano de la filosofía el ejemplo más cercano sería la cuestión, ¿Qué sentido tiene existir?, dado que el concepto existir de forma relativa no es acotable (cualquier concepción de existencia es una concepción subjetiva), es absurdo tratar de resolver dichas cuestiones pues la relatividad no es aplicable a los absolutos. Se entiende que el Universo siempre ha existido pues el Tiempo absoluto es una consecuencia del Espacio absoluto. La propia ley de la conservación de la energía que constituye el primer principio de la termodinámica afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema aislado sin interacción con ningún otro sistema (El universo) permanece invariable con el tiempo relativo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía.
Descripción física
Tamaño
Muy poco se conoce sobre el tamaño del Universo. Puede tener una longitud de billones de años luz o incluso tener un tamaño infinito. Un artículo de 20039 dice establecer una cota inferior de 24 gigaparsecs (78.000 millones de años luz) para el tamaño del Universo, pero no hay ninguna razón para creer que esta cota está de alguna manera muy ajustada (Véase forma del Universo). pero hay distintas tesis del tamaño; una de ellas es que hay varios universos, otro es que el universo es infinito
El Universo observable (o visible), que consiste en toda la materia y energía que podía habernos afectado desde el Big Bang dada la limitación de la velocidad de la luz, es ciertamente finito. La distancia comóvil al extremo del Universo visible ronda los 46.500 millones de años luz en todas las direcciones desde la Tierra. Así, el Universo visible se puede considerar como una esfera perfecta con la Tierra en el centro, y un diámetro de unos 93.000 millones de años luz.
Hay que notar que muchas fuentes han publicado una amplia variedad de cifras incorrectas para el tamaño del Universo visible: desde 13.700 hasta 180.000 millones de años luz. (Véase Universo observable).
En el Universo las distancias que separan los astros son tan grandes que, si las quisiéramos expresar en metros, tendríamos que utilizar cifras muy grandes. Debido a ello, se utiliza como unidad de longitud el año luz, que corresponde a la distancia que recorre la luz en un año.
Actualmente, el modelo más comúnmente aceptado es el propuesto por Albert Einstein en su Relatividad General, en la que propone un universo "finito pero ilimitado", es decir, que a pesar de tener un volumen medible no tiene límites, de forma análoga a la superficie de una esfera, que es medible pero ilimitada. No obstante, el volumen del universo no puede ser calculado, ya que no podemos observar nada más alejado del anteriormente citado límite de observación (esfera de radio de 46.500 millones años luz, teniendo en cuenta los efectos de expansión).
El Universo a Escala
La tierra es una esfera que mide en el ecuador 40,080 km y en el sol mide 1,400,000 km. Si el sol lo comparamos con una Canica de 7 cm en el ecuador , en la tierra será de 0.23 cm , como un grano de arena.
Ahora, la distancia desde el sol:
A Mercurio 3 m
a Venus 5 m
a la Tierra 7.5 m
a Marte 11 m
a Jupiter 40 m
a Saturno 75 m
a Urano 140 m
a Neptuno 230 m
La luz recorre 299 792,458 km/s , en esa misma escala son 1.5151 cm. Eso quiere decir que en 1.000.000 km/3,3 s serían 5 cm y 100.000.000 km serían 5 m .
A 24 h luz 1.3 km
a un mes luz 39 km
a un año luz ó hasta la Nube de Oort 473 km como de Madrid a Barcelona
a Próxima Centauri 2.000 km como de Buenos Aires a Río de Janeiro, Quizá parezca corto,pero un avion comercial duraria 3 hrs en recorrer esa misma distancia
a Sirius 4090 km como de Nueva York a San Francisco
a VY Canis Majoris 2.3 millones km como 567 vueltas a la tierra
a Andrómeda 1000 millones de km, es 1/6 del sol a Quaoar,
y todo el universo 5.4 billones de kilometros son 215 dias luz de km . A esta escala el universo visible sería, desde el sol hasta la estrella más cercana.
Ahora, sí la Gravedad mantiene todo el universo unido, ¿cómo se mantiene, cuando las distancias son tan grandes? la respuesta pudiera ser muy sencilla, no lo hace. Talvez lo haga la energía oscura y la materia oscura que conforma el 95% del universo.
Si usted viajara, imagínese, al confín del Universo, allá donde los teóricos dicen que limita con la nada, si pudiera hacerlo; entonces el universo tendría fin y no sería un universo infinito, en estas condiciones, el universo tendría forma. ¿Cual forma? No interesa, pero, tendría forma. Ya que todo lo finito posee, necesariamente, una forma.
Ahora bien, supongamos que el Cosmos fuese infinito, ¿qué forma tendría? : Ninguna, ya que al ser infinito, forzosamente es amorfo, usted podría avanzar y avanzar hasta que se acabe el tiempo, pero, al ser el Universo infinito, entonces el Tiempo es eterno, por lo que si usted fuese eterno, podría toda la eternidad recorre el espacio para buscar sus confines, y sería inútil ya que este no tiene fin.
Ahora bien, si usted no puede encontrar el fin del Universo, ya que este es infinito, entonces ¿Dónde está el inicio? Usted podría, entonces tratar de buscar el inicio (Algunos se imaginan el Universo como una esfera, y buscan el centro, como si este fuese el inicio) pero, sería una búsqueda inútil, ya que al ser infinito no tiene centro. Por lo tanto. El inicio de este también es infinito, de lo que se deduce que el Universo no tendría principio ni fin.
Si el universo, es infinito, entonces, todo en él es infinito, la materia y la energía serian infinitas por lo tanto, da lo mismo cuanta materia se degrade o cuanta energía se consuma, ya que estas son infinitas.
Esto nos lleva a una cuestión interesante, si Dios ha creado el universo y todas las cosas, entonces el universo tiene una fecha de creación, y se podría pensar que es posible precisar la fecha de nacimiento de este. Se podría pensar que el universo se creó para siempre, pero, no es así ya que su duración dependería de la voluntad de su creador.
Pero, si el universo es eterno, si no tiene fecha de nacimiento y no tiene fecha de expiración, entonces no podría haber sido creado por Dios, ya que ha estado ahí por siempre. En tal caso, tendría unas cualidades que son atribuibles solamente a Dios: La eternidad y la infinidad.
Y… ¿se ha preguntado usted si dos entidades infinitas y eternas pueden convivir en el mismo espacio y en el mismo tiempo?
Afortunadamente, el infinito en la mente de un hombre es un concepto abstracto, que no alcanza a comprender, más bien intuye, y esto es bueno, de lo contrario caería en la locura. Por lo tanto, podría uno, para dar respuesta a lo anterior, decir que no; pero, dándonos unas licencias podríamos pensar que una entidad podría estar contenida en otra, por lo tanto el universo no sería más que una manifestación de Dios, en su infinita grandeza.
Pero, queda una duda ¿Cómo cabe un ente infinito dentro de otro que es infinito) en nuestro limitado intelecto eso no parece posible ya que el infinito no puede estar completo; si fuese así, si el infinito se llenara, entonces dejaría de ser infinito.
Por lo anterior, es más cómodo pensar que dentro de un Espacio infinito existe un universo finito creado por Dios, eso nos permite estar de acuerdo con los físicos que postulan que el universo se expande, pero que su expansión será eterna. Y así debiera ser, ya que el universo nacido en el BIG BANG se expande en un espacio infinito.
Queda solo una pregunta. Si dentro del espacio infinito, existía la Singularidad que dio origen al universo, y esta Singularidad al explotar, lanzó toda su masa y energía en todas direcciones, entonces, en el punto exacto donde esta estaba, no debe haber nada, solo debiera existir un gran espacio vacío. Para ello imagínese que el universo es un globo que se expande y que todo lo existente en el, está en la goma del globo, entonces, existe un gran espacio vacío cuyo centro seria la Singularidad.
Si ese vacío no existe, o no se ha demostrado, ¿No podríamos pensar, que a quince mil millones de años luz, existe un eterno BIG BANG que está creando materia para llenar un espacio infinito?
De lo contrario, nuestro universo será finito dentro de un espacio infinito, donde pueden existir infinitos universos. Todos ellos gobernados por sus propias leyes, todas inmutables dictadas por un creador.
