La energía (oscura) que se cargó al candidato a materia (oscura)

Resulta que en el Universo hay más movimiento del que podemos explicar. Eso supone que debe haber materia más materia de la que suponíamos, de la que vemos. Una materia a la que se la llama oscura. No porque ese sea su color, sino porque no interactúa con la luz. No la podemos iluminar, los fotones no la afectan. Y si los fotones no la afectan, ¿cómo podemos detectarla directamente? No podemos, por ahora. Y, por tanto, no sabemos qué es. Sabemos que está ahí por sus efectos. Pero no sabemos qué es.

Expansión del Universo
Tomado de La Ciencia de la Mula Francis

Pero no solo hay más movimiento del que podemos explicar. El propio Universo está acelerando su expansión. Va cada vez más rápida. Y eso implica que también debe existir una fuente de energía que produzca ese empuje. Lógicamente, se la ha llamado energía oscura. Pero no tiene por qué estar relacionada con la materia oscura más allá del nombre, más allá de lo desconocidas que son las naturalezas de ambas para nosotros.

Un equipo de investigadores ha estudiado cómo se agrupaban las galaxias en el pasado lejano (recuerda, para saber cómo era el Universo en el pasado hay que mirar a los objetos más lejanos, cuya luz nos llega ahora, después de varios miles de millones de años; es decir, nos cuenta cómo eran entonces, no cómo son ahora). Y lo ha comparado con cómo se agrupan ahora. Las galaxias se relacionan hoy entre sí a través de la fuerza de la gravedad de un modo distinto al que se relacionaban en el pasado. Y la explicación más razonable es que la energía oscura tenía mucha menos influencia a la que ejerce hoy. Por tanto, concluye el equipo, esa energía debe estar relacionada con el espacio vacío, debe ser una propiedad suya. Una firme pista que puede abrir buenas vías de investigación para comprender mejor esa propiedad que hoy no entendemos.

Pero…

Pero resulta que hay una teoría, llamada supersimetría, que predice una serie de partículas subatómicas aún no detectadas. Y esas partículas eran las mayores candidatas a ser la materia oscura. ¿Y qué? Pues que la supersimetría es incompatible (por lo que sabemos) con que el espacio vacío tenga energía.

O sea. Que ganamos algo. Sabemos dónde mirar para encontrar la energía oscura. Pero perdemos algo. El mejor candidato que teníamos a materia oscura.

O quizá haya que revisar muy despacio este estudio, por si algo está mal en él.

¿A que es extraño este universo en el que no podemos verlo todo, pero sí lo notamos? ¿A que también es extraño que el descendiente de un primate de la sabana africana, con un cerebro útil para encontrar recursos alimenticios dispersos por una amplia zona, y útil también para ser social, haya terminado sabiendo, y sabiendo que no sabe?

Fernando Alonso, la expansión del universo y una “S” tumbada

El sonido

¿Cómo oye Fernando Alonso el motor de su coche cuando está pilotando? Pues todo el rato más o menos igual. Hombre, cuando cambia de marcha, cambia el sonido, claro… Pero básicamente, le suena igual todo el rato.

¿Y tú, cómo lo oyes tú? Pues….

mmmmmmiiiiiiiiiiIIIIIIIIIIIIIAAAAAaaaaaoooooonnnnnnnnnn!!!

O algo así. Tú oyes el motor del Ferrari de Alonso de un modo diferente a como lo oye él. Tú, primero, oyes crecer el sonido. Y hacerse más agudo. Y luego, cuando pasa, el sonido disminuye y se hace más grave. Es decir, lo oyes diferente si se acerca a ti que si se aleja.

Sonido
Fuente: MiS DiVaGuES

¿Y eso por qué? Primero te cuento lo que es el sonido: ondas que viajan. Una onda sonora, en realidad, no es otra cosa que átomos (más bien moléculas) chocando con átomos (o moléculas) y volviendo a su posición (bueno, en el aire no hay posición fija, pero más o menos). Y la partícula que ha recibido el choque empuja a otra, que a su vez empuja a otra, que a su vez… O sea, que las partículas se mueven poco, pero el empujón viaja lejos y rápido. El empujón es la onda sonora. El sonido son los empujones entre moléculas, que se propagan.

Lo que ocurre es que el Ferrari de Alonso no está quieto. Se mueve, y se mueve muy rápido. Así, en un momento dado, lanza una onda sonora. Y se mueve y sigue lanzando una y otra, y otra. Si se dirige hacia donde estás tú, todas esas ondas sonoras te llegan muy apretadas, muy seguidas. Porque las lanza acortando la distancia hacia ti. Pero si se está alejando, esas ondas se distancian, se aprietan menos. Porque las lanza mientras aumenta la distancia respecto de ti.

Ya sólo te queda por saber que las ondas apretadas se oyen agudas y que las ondas separadas se oyen graves. A esto se le llama efecto Doppler.

Ahora la luz

Efecto Doppler en la luz
Fuente: Shahen Hacyan

Pues resulta que la luz es también una onda. No como el sonido, no. La luz no son empujones entre moléculas. Pero aunque sea distinta, se comporta igual. También tiene su efecto Doppler. Sólo que la luz de algo que viene hacia mí (el equivalente al sonido agudo) es más azulada. Y la luz de algo que se aleja de mí (el equivalente del sonido grave) es más rojiza.

Un astrónomo, Edwin Hubble, se dio cuenta de que todas las galaxias nos enviaban luz enrojecida (esto, con los años, te lo contaré de otra manera, porque es mentirijilla, pero por ahora vale). Eso significaba que todas se estaban alejando de nosotros. Cabía dos explicaciones. Una, que estábamos en el centro del Universo y todas las demás huían como si quisieran evitar contagiarse de algo. Pero no era cierta. La otra, mucho más rara, resultó ser la verdad. Lo que ocurre es que el espacio (y el tiempo) se está estirando y las galaxias no se mueven, pero se alejan.

¿Que qué que qué que qué…?

Es más fácil de lo que parece. Imagina un globo deshinchado. Píntale, con un rotulador, unas marquitas redondas. Ahora ínflalo. ¿A que se alejan entre sí todas las marquitas? Lo que ocurre es que el globo se estira y las distancia. Pues al Universo le pasa lo mismo. Se está expandiendo.

Y para acabar miro hacia el pasado (y hacia el futuro)

Por eso otro científico, George Gamow, pensó que hubo un momento, en el pasado, en el que todo lo que hay en el Universo estuvo más junto, mucho más junto. Todo en un único punto. Y cuando digo todo, quiero decir todo. Es como si el globo estuviera deshinchado y encogido, muy encogido. Y de pronto, empezó a inflarse. A eso le llamó Big Bang.

Expansión del Universo
Fuente: La ciencia de la Mula Francis

Otro científico, Alan Guth, descubrió que el ritmo inicial de la expansión del Universo había sido rapidísimo. A eso le llamó inflación. Ese ritmo luego se frenó a lo largo del tiempo. Pero recientemente se ha descubierto que se está volviendo a acelerar, que en vez de frenarse cada vez más está tomando carrerilla.

¿Ves en el gráfico la forma que está tomando la velocidad de expansión? Primero muy rápida, luego más lenta, luego vuelve a acelerar. Este tipo de gráfica, que recuerda a una “S” tumbada, se llama sigmoidal. Esa sigmoidal describe el pasado y el futuro del Universo.

¿Por qué está pasando eso, por qué se está volviendo a acelerar? Eso es ya otra historia, en la que entra en juego una cosa rara, que aún no sabemos qué es, pero sabemos que existe. Dos cosas, en realidad. Energía “oscura” y materia “oscura” (se llaman así porque no se pueden detectar, porque somos ciegos a ella).

Otro día te cuento…

Big Bang facilito

Vía Boing-boing me entero de un estupendo (por bien contado y por brevemente contado) vídeo sobre el Big Bang.

No hay mucho que decir de este vídeo. Sólo que me pareció muy sencillo, tanto lo que explica como el inglés que usa. Si prestas un poco de atención, seguro que pillas bastantes cosas (no hace falta entender todo para enterarse de qué va algo, el inglés que necesitas no es el inglés de las clases de inglés, en el que todo ha de ser traducido; aquí basta con comprender).

¿Lo esencial? Que el Big Bang no es algo que pasó en algún sitio o hace algún tiempo. Antes del Big Bang no sabemos qué había. Pero desde luego, sí sabemos que no existía ni nuestro espacio, ni nuestro tiempo, ni nuestra materia ni nuestra energía. Todo eso se creo en el Big Bang. Por tanto, no es algo que pasó en un sitio o hace un tiempo porque antes de él no existían espacio y tiempo como los que tenemos. Todo lo que vemos hoy, se creó con el Big Bang.

¿Cómo es nuestro mundo? Realmente no lo sabemos. No sabemos si hay más Universos, y, si los hay, si están hechos de espacio, tiempo, materia y energía como nosotros. No sabemos si nos influyen y nosotros a ellos. Pero intentamos avanzar. Intentamos crear instrumentos que nos permitan mirar más allá (en esto, las matemáticas son más poderosas que los telescopios). Estamos atascados, en realidad. Hay problemas para conocer más y hay veces que descubrimos algo sorprendente y tenemos que cambiar todo lo que creíamos que sabíamos.

Así es la ciencia…

Pero entre tanto, sí que hay cosas que hemos aprendido. Qué es una estrella y cómo nacen y mueren, qué es una galaxia, cómo se distribuyen las galaxias por el Universo, cómo se comporta la luz, de qué partes están hechos los átomos y de qué están hechas esas partes (quarks), cuándo se crearon…

No está mal para un cerebro como el nuestro, diseñado para sobrevivir en la sabana, el lugar de las especies de las que descendemos.

En realidad…

En realidad, pensándolo bien… ¡Qué bestia es haber llegado a un punto en el que podemos contar lo que sabemos y lo que no sabemos del Universo en dos minutos y medio!

Mucho camino para llegar ahí…

Trocitos de espacio

Hoy es fácil pensar en átomos, trocitos de materia. Esa idea se ha impuesto en el saber colectivo. Prácticamente cualquiera los conoce. Es una idea vieja, pero la ciencia creada para tratarlos, comprenderlos, es reciente, es del siglo XX. Es la mecánica cuántica.

¿Está hecho el espacio de trocitos, como la materia? ¿Existen los átomos de espacio?

Hay científicos, como Martin Bojowald, que piensan que sí, y que exploran las consecuencias. Para empezar, han calculado el tamaño de los trocitos de espacio, de los átomos de espacio. Unos 10-35cm. Terriblemente pequeño. Pon un cero. Luego una coma. Luego 35 ceros. Finalmente un 1. O si quieres, toma un centrímetro y divídelo en 10. Una de esas partes, divídela en 10. Y así 35 veces. Terriblemente pequeño. Lo más pequeño que hemos logrado explorar es 10-18cm. Nos falta una barbaridad.

Pensarás que estamos a mitad de camino. Ni hablar. Porque el 18 no es una base, sino un exponente. Estamos hablando de potencias. Verás, si digo 107 y lo comparo con 108, no he aumentado una unidad, sino que lo he hecho diez veces más grande. Si digo 109, lo he hecho cien veces más grande. Si el exponente es negativo, ya no hablo de más grande, sino de más pequeño. Si comparo 10-18 y 10-35, resulta que lo segundo es 100.000.000.000.000.000 veces menor. Cien mil billones de veces menor. Para que te hagas una idea, es como si quisiéramos ir al planeta Neptuno y hubiéramos avanzado medio milímetro. Así de lejos estamos de tocar los átomos del espacio, si es que existen.

La mayor consecuencia de que el espacio y el tiempo estén hechos de átomos sería que cambiaríamos de forma de pensar acerca del Big Bang. Esa teoría que dice que creemos que hubo un tiempo en que todo estuvo reunido en un punto. Todo junto. Lo que conocemos (materia, espacio y tiempo), y probablemente cosas que no conocemos (energía oscura y materia oscura, de las que te contaré algo otro día). En un punto muy pequeño. Y a partir de ahí, todo se expandió. El espacio y el tiempo se desplegaron y la materia ocupó más sitio y cambió.

¿Y a ti qué? Verás, si el espacio está tan vacío como lo está hoy la gravedad es una fuerza atractiva. Las cosas se caen, los planetas se trasladan alrededor de una estrella… Pero si el espacio está muy lleno, muy denso, con tanta cosa apretada en ese punto inicial, y realmente está hecho de átomos… Si todo eso ocurre, entonces, y sólo entonces…

¡La gravedad es una fuerza repulsiva!

Que hace que la materia se aleje. Que no quepa en algo tan pequeño. Y que lo arrastre hacia fuera, que lo expanda. Una gravedad negativa como motor del Big Bang. Explicaría tambien lo que se llama etapa inflacionaria tras el Big Bang. Una época en la que el universo se infló muy rápido. Mucho más de lo que lo hace hoy. Y explicaría porque se frenó la inflación. Porque el espacio se quedó tan vacío, al expandirse tanto, que la gravedad pasó de negativa a positiva.

Pero eso sólo es cierto si realmente existen átomos de espacio. Átomos de espacio en los que cabe cierta cantidad de materia, cierta cantidad de energía. Pero no más de un tope. Que es lo que dice la Teoría de Gravedad Cuántica.

Tomado de einsteins-theory-of-relativity-4engineers.com/quantum-cosmology.html

¿De dónde vino ese punto lleno de todo? Aquí las matemáticas ya no pueden ayudar. No todavía. O a lo mejor nunca. Pudiera proceder de otro universo anterior al nuestro, que colapsó. Es una bonita historia. En vez de Big Bang (Gran Explosión), se llamaría Big Bounce (Gran Rebote). Lo que ocurre es que no lo podemos comprobrar. No deja de ser una especulación.

¿Pero desde cuando eso frena a los físicos? La especulación, trasladada a las matemáticas es la que nos ha traído hasta aquí. Y la que nos puede llevar más lejos, a saber de dónde venimos y a dónde vamos.