08 septiembre 2010

Stephen Hawking: El Principio del Tiempo (4 de 4)




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Si el espacio y el tiempo imaginario son de hecho como la superficie de la Tierra, no podría haber ninguna singularidad en la dirección del tiempo imaginario, ya que entonces las leyes de la física se romperían. Y no habría ninguna frontera al espacio- tiempo, tal como no hay fronteras para la superficie de la Tierra. Esta ausencia de fronteras indica que las leyes de la física determinarían el estado del universo de manera unívoca, en el tiempo imaginario. Pero si se conoce el estado del universo en el tiempo imaginario, se puede calcular el estado del universo en el tiempo real. Se esperaría por tanto algún tipo de singularidad del Big Bang en el tiempo real. Por lo tanto el tiempo real tendría un comienzo. Pero no se tendría que apelar a algo que esté fuera del universo para determinar como comenzó el universo. Al contrario, la manera en la cual el universo comenzó con el Big Bang estaría determinada por el estado del universo en el tiempo imaginario. Y por tanto, el universo sería un sistema completamente auto contenido. No estaría determinado por nada fuera del universo físico, que nosotros observamos.

La condición de no frontera es el enunciado que mantienen las leyes de la física en todas partes. Claramente es algo que a uno le gustaría creer, pero es solo una hipótesis. Se debe probar, comparando con el estado del universo que predeciría, con las observaciones de como es de hecho el universo. Si las observaciones discreparan con las predicciones de la hipótesis de no frontera, tendríamos que concluir que la hipótesis era falsa. Tendría que haber algo fuera del universo que diera cuerda al mecanismo de relojería, y que pusiera el universo a funcionar. Por supuesto, incluso si las observaciones concuerdan con las predicciones, eso no prueba que la proposición de no frontera sea correcta. Pero la confianza depositada en ella se incrementaría, en concreto porque no parece haber otra propuesta natural para el estado cuántico del universo.

Vimos hacia atrás el comienzo del universo.


La propuesta de no frontera predice que el universo debería empezar en un punto único, como si fuera el Polo Norte de la Tierra. Pero ese punto no tiene por que ser una singularidad, como el Big Bang. Al contrario, podría ser un punto ordinario del espacio y del tiempo, tal como el Polo Norte es un punto ordinario en la Tierra, o al menos tal y como me han contado. Yo no lo he visto en persona.

De acuerdo con la proposición de no frontera, el universo se habría expandido de manera suave desde un punto inicial. Conforme se expandía, habría tomado prestada energía del campo gravitatorio para crear materia. Tal como cualquier economista habrá predicho, el resultado de dichos prestamos, fue la inflación. El universo se expandía y cogía prestada energía incluso a una tasa creciente. Afortunadamente, la deuda de energía gravitacional no tendría que ser devuelta hasta el final del universo.

Eventualmente, el periodo de inflación podría haber acabado, y el universo se habría establecido en un estado de crecimiento o expansión más moderado. Aún así, la inflación habría dejado su marca en el universo. El universo podría haber sido suave casi por completo, pero con pequeñísimas irregularidades. Estas irregularidades son tan pequeñas, solo una parte de cada cien mil, que han sido buscadas durante años en vano. Pero en 1992, el satélite de Exploración del Fondo Cósmico (Cosmic Background Explorer), COBE, encontró dichas irregularidades en la radiación de fondo de microondas. Fue un momento histórico. Vimos hacia atrás el comienzo del universo. La forma de las fluctuaciones en el fondo de microondas concordaban estrechamente con las predicciones de la proposición de no frontera. Estas pequeñísimas irregularidades en el universo habrían causado que algunas regiones se hubieran expandido menos rápido que otras. Eventualmente, habrían cesado su expansión, y se habrían colapsado en ellas mismas, para formar estrellas y galaxias. Por tanto, la proposición de no frontera puede explicar la rica y variada estructura del mundo en el que vivimos. ¿Que es lo que predice la proposición de no frontera para el futuro?. Ya que requiere que el universo sea finito tanto en el espacio, como en el tiempo imaginario, implica que el universo se re-colapsará eventualmente. A pesar de todo, no se re-colapsará en mucho tiempo, mucho más tiempo que los 15 miles de millones de años que se ha estado expandiendo. Por tanto aún tienen tiempo de vender sus bonos del tesoro antes de que el final del universo esté cerca. En que vas a invertir entonces, no se.

La "expansión" y "contracción" del Universo se refleja en el ciclo conocido como el "Big Crunch".


Posibles comportamientos del Universo después del "Big Bang", pasando por el "Big Crunch" hasta llegar a su desestabilización en el "Big Rip".


Originariamente, pensaba que el colapso sería el reverso del tiempo de la expansión. Esto habría significado que la flecha del tiempo habría apuntado en el sentido contrario en la fase de contracción. La gente se habría hecho más joven conforme el universo se hubiera hecho más pequeño. Eventualmente la gente habría desaparecido en la matriz materna.

Sin embargo ahora me doy cuenta de que estaba equivocado, tal y como estas soluciones demuestran. El colapso no es el reverso del tiempo de la expansión. La expansión comenzará con una fase de inflación, pero el colapso no acabará en general con una fase anti-inflación. Lo que es más, las pequeñas discordancias de la densidad uniforme continuarán creciendo en la fase de contracción. El universo se volverá más y más grumoso e irregular conforme se haga más pequeño, y el desorden se incrementará. Esto significa que aquella flecha del tiempo no se invertirá. La gente continuará haciéndose vieja, incluso después de que el universo haya comenzado a contraerse. Por lo tanto no es bueno esperar hasta que el universo se re-colapse para volver a la juventud. Estarías un poco en el pasado, de cualquier manera, para entonces.

La conclusión de esta conferencia es que el universo no ha existido desde siempre. Lo que es más, el universo, y el tiempo en sí mismo, tuvieron un comienzo en el Big Bang, hace más o menos 15 mil millones de años. El comienzo del tiempo real podría haber sido una singularidad, en la cual las leyes de la física podrían haberse roto, si el universo satisficiera la condición de no frontera. Esto quiere decir que en la dirección del tiempo imaginario, el espacio-tiempo es finito en extensión, pero no tiene ninguna frontera o borde. Las predicciones de la proposición de no frontera parecen concordar con las observaciones. La hipótesis de no frontera también predice que el universo se colapsará otra vez de manera eventual. Sin embargo, la fase de contracción no tendrá una flecha del tiempo opuesta a la fase de expansión. Por lo tanto continuaremos haciéndonos viejos, y no volveremos a nuestra juventud. Y porque el tiempo no va a volver hacia atrás, creo que mejor paro ya.

Fuente: Astroseti

Traductores : Sergio Alonso, Felix Diaz y Miguel Artime


El Big Rip.

El Big Rip o el gran "rompimiento" del universo. Detalles de las fases que llevarían al universo a la parada total:
  • 1014 años: Todas las estrellas han consumido su combustible y sólo quedan planetas, enanas (marrones, blancas y negras), estrellas de neutrones y agujeros negros.
  • 1015 años: Los planetas caen de sus órbitas.
  • 1016 años: En el espacio sólo hay materia esparcida y agujeros negros.
  • 1036 años: La mitad de los protones del universo se han convertido en leptones y radiación gamma.
  • 1040 años: Comienza la era de los agujeros negros. Todos los protones del universo han desaparecido y la materia que queda en el universo está en los agujeros negros, aunque a estas alturas se están evaporando.
  • 10100 años: Casi todos los agujeros negros han desaparecido y prácticamente toda la materia del universo se ha convertido en fotones.
  • 10100 a 10150 años: En este tiempo desaparecen todos los agujeros negros.
  • a partir de 10150 años: Comienza la era de los fotones. El universo alcanza su máximo de entropía y no hay potenciales de energía. Hemos llegado a la muerte térmica. A partir de aquí, puede que se produzca un Big Rip o que todo se quede así para siempre.

Quantum opina:

La teoría del Bing Bang es un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo. Según esta teoría, la materia es un punto de densidad infinita que, en un momento dado, explota generando la expansión de la materia en todas direcciones. Después de esta explosión, cada partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra expandiendo su superficie. Esto permitió, después de miles de años, la formación de las estrellas, galaxias, planetas y demás elementos que conforman lo que hoy llamamos Universo.

Hoy en día, Hawking da un nuevo elemento a la teoría del Big Bang, resaltando que la explosión se dió de forma inevitable por los fenómenos de la física, descartando la idea de Dios en la creación del Universo. De esta forma damos punto final a la conferencia acerca de los inicios del universo y su relación con la Teoría Cuántica, impartida por el físico inglés Stephen W. Hawking y presentada a ustedes en 4 publicaciones sucesivas. Gracias por su tiempo.

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1 comentarios:

santiago diaz dijo...

me parece una muy buena teoría pero no estoy de acuerdo en lo que dice quantum, en esa teoría se puede explicar fácilmente la teoría de un dios.

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