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Cómo funciona la teoría del Big Crunch

Cómo funciona la teoría del Big Crunch
Satisfacer
  1. La gran explosión
  2. Prueba de Big Bang
  3. Más allá del Big Bang
  4. Severidad vs expansión
  5. El papel de la energía oscura
  6. Muerte y renacimiento

La gran explosión

Aunque mucha gente cree que la teoría del Big Bang se refiere a una explosión, de hecho se refiere a la expansión del universo.

2008 HowStuffWorks

Aunque Cómo funciona la teoría del Big Bang cubre el origen del universo en detalle, será útil cubrir los conceptos básicos aquí. La versión corta es esta: hace unos 15 mil millones de años, toda la materia y la energía se embotellaban en una región increíblemente pequeña conocida como singularidad. En un instante, ese único punto de material superdenso comenzó a expandirse a un ritmo sorprendentemente rápido. Los astrónomos no comprenden completamente qué causó la expansión, pero usan el término “big bang” para describir la singularidad y los primeros momentos que siguieron.

A medida que el universo recién nacido crecía, comenzó a enfriarse y a volverse menos denso. Piense en un chorro de vapor que sale de una tetera. Cerca de la tapa de la boquilla, el vapor está bastante caliente y las moléculas de vapor se concentran en un espacio confinado. Sin embargo, a medida que el vapor se aleja de la tetera, se enfría a medida que las moléculas se difunden por la cocina. Lo mismo sucedió después del Big Bang. En unos 300.000 años, todo lo que estaba contenido en la singularidad se desarrolló en una esfera burbujeante y opaca de materia y esplendor. Al hacerlo, la temperatura bajó a 5.432 grados Fahrenheit (3.000 grados Celsius), lo que permitió que se formaran partículas más estables. Primero, los electrones y protones se combinan para formar átomos de hidrógeno y helio.

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El universo continuó expandiéndose y volviéndose más claro. Puede sentirse tentado a imaginar este joven universo como un guiso, con trozos de materia flotando en una salsa espesa. Pero los astrónomos ahora piensan que se parecía más a una sopa, de densidad muy suave, excepto por algunas pequeñas fluctuaciones. Estas perturbaciones fueron lo suficientemente grandes como para hacer que la materia se derritiera. Enormes racimos de protogalaxias comenzó a formarse. Las protogalaxias se han convertido en galaxias, grandes islas de gas y polvo que dieron lugar a miles de millones de estrellas. Alrededor de algunas de estas estrellas, la gravedad recogió rocas, hielo y otros materiales para formar planetas. En al menos uno de estos planetas, la vida evolucionó aproximadamente 11 mil millones de años después del comienzo del Big Bang.

Hoy, el universo continúa expandiéndose y los astrónomos tienen la evidencia para demostrarlo. A continuación, veremos algunas de esas pruebas.

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Prueba de Big Bang

Si la teoría del Big Bang es correcta, los astrónomos deberían poder detectar la expansión del universo. Edwin Hubble, el homónimo del telescopio espacial Hubble, fue uno de los primeros científicos en observar y medir esta expansión. En 1929 estaba estudiando la espectro, o arco iris, de galaxias distantes, permitiendo que la luz de estos objetos pase a través de un prisma de su telescopio. Notó que la luz de casi todas las galaxias se desplazó al extremo rojo del espectro. Para explicar el avistamiento, se volvió hacia efecto Doppler, un fenómeno que la mayoría de la gente asocia con el sonido. Por ejemplo, cuando una ambulancia se acerca a nosotros en la calle, el ritmo de la sirena parece aumentar; de hecho, el tono disminuye. Esto se debe a que la ambulancia está alcanzando las ondas sonoras que crea (aumentando la altura) o alejándose de ellas (disminuyendo la altura).

Hubble estimó que las ondas de luz creadas por las galaxias se comportan de manera similar. Si una galaxia distante avanzara hacia nuestra galaxia, argumentó, se acercaría a las ondas de luz que producía, lo que reduciría la distancia entre las crestas de las ondas y cambiaría su color hacia el extremo azul del espectro. Si una galaxia distante huyera de nuestra galaxia, huiría de las ondas de luz que creó, aumentando la distancia entre las crestas de las ondas y cambiando su color hacia el extremo rojo del espectro. Después de observar constantemente los corrimientos al rojo, Hubble desarrolló lo que llamamos Ley de Hubble: Las galaxias se alejan de nosotros a una velocidad proporcional a su distancia de la Tierra.

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Hoy en día, los desplazamientos al rojo de los objetos celestes distantes son una fuerte evidencia de que el universo se está expandiendo. Pero todo lo que sucede eventualmente tiene que terminar, ¿verdad? ¿Será que el universo, como una bola lanzada al cielo, no alcanzará un punto de máxima expansión, se detendrá y luego volverá a donde comenzó? Como veremos a continuación, este es uno de los tres posibles escenarios.

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Más allá del Big Bang

Cómo funciona la teoría del Big Crunch

Como funcionan las cosas

La mayoría de los astrónomos admiten que el universo se está expandiendo. Lo que sucede a continuación es el verdadero misterio. Afortunadamente, solo hay tres posibilidades reales: el universo puede ser abierto, plano o cerrado.

Universo abierto. En este escenario, el universo se expandirá para siempre y, al hacerlo, la materia que contiene se extenderá cada vez más tenue. Eventualmente, las galaxias se quedarán sin las materias primas que necesitan para crear nuevas estrellas. Las estrellas que ya existen desaparecerán lentamente, como brasas que se apagan. En lugar de quemar cunas, las galaxias se convertirán en ataúdes llenos de polvo y estrellas muertas. En ese momento, el universo estará oscuro, frío y, desafortunadamente para nosotros, sin vida.

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Universo plano. Imagínese una canica rodando sobre una superficie de madera infinitamente larga. La fricción es suficiente para ralentizar la canica, pero no lo suficiente para hacerlo rápidamente. La canica rodará durante mucho tiempo y eventualmente se detendrá lenta y suavemente. Esto es lo que sucederá con un universo plano. Consumirá toda la energía del Big Bang y, cuando alcance el equilibrio, se detendrá en un futuro lejano. En muchos sentidos, esto es solo una variación del universo abierto, ya que, literalmente, el universo tardará una eternidad en equilibrarse.

Universo cerrado. Ata un extremo de una cuerda elástica a tu pierna, el otro extremo a un riel de puente y salta. Acelerarás rápidamente hasta que empieces a estirar el cable. A medida que aumenta la tensión, el cable disminuye gradualmente. Eventualmente te detendrás por completo, pero solo por un segundo, mientras la cuerda, estirada al límite, te lleva de regreso al puente. Los astrónomos creen que un universo cerrado se comportará de la misma manera. Su expansión se reducirá a un tamaño máximo. Luego dará un paso atrás, inclinándose sobre sí mismo. Al hacerlo, el universo se volverá cada vez más denso y caliente hasta que termine en una singularidad infinitamente caliente e infinitamente densa.

Un universo cerrado conducirá a un Big Crunch, lo opuesto a un Big Bang. Pero, ¿cuáles son las posibilidades de que un universo cerrado sea más probable que un universo abierto o plano? Los astrónomos están comenzando a hacer suposiciones sustantivas.

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Severidad vs expansión

Para determinar si el universo se expandirá para siempre, se detendrá o colapsará sobre sí mismo, los astrónomos deben decidir cuál de las dos fuerzas opuestas ganará una confrontación cósmica. Una de estas fuerzas es la parte explosiva del Big Bang, la explosión que catapultó al universo en todas direcciones. La otra fuerza es la gravedad, la atracción que tiene un objeto sobre otro. Si la gravedad dentro del universo es lo suficientemente fuerte, puede reinar en expansión y hacer que el universo contrato. De lo contrario, el universo seguirá expandiéndose para siempre.

Aunque los astrónomos saben que el universo se está expandiendo, no pueden medir con precisión la fuerza responsable de la expansión. En cambio, intentan medir la densidad del universo. Cuanto mayor sea la densidad, mayor será la fuerza gravitacional. Aplicando esta lógica, debe haber un umbral de densidad, un umbral crítico, que determinará si la gravedad en el universo es lo suficientemente fuerte como para detener la expansión y volver a poner todo en su lugar. Si la densidad está por encima del límite crítico, el universo dejará de expandirse y comenzará a contraerse. Si está por debajo del límite crítico, el universo se expandirá para siempre. Los astrónomos representan matemáticamente con la siguiente ecuación:

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Ω = densidad media real / densidad crítica

Si el omega (Ω) es mayor que 1, el universo se cerrará. Si es menor que 1, se abrirá el universo. Y si es igual a 1, el universo será plano. Según la materia que podemos ver, como galaxias, estrellas y planetas, la densidad del universo parece estar por debajo del valor crítico. Esto sugeriría un universo abierto que se expandirá para siempre. Pero los cosmólogos creen que hay otro tipo de materia que no se puede ver. Es materia oscura puede representar mucho más del universo que la materia visible normal, y puede tener suficiente gravedad para detener y luego revertir la expansión.

Recientemente, los astrónomos han realizado observaciones que indican que hay otro material invisible en el cosmos: energía oscura. ¿Puede la energía oscura afectar profundamente el destino del universo?

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El papel de la energía oscura

En la foto, ampliada a la izquierda, hay una supernova que el Hubble capturó con una cámara que explotó hace 10 mil millones de años.  Llamado 1997ff, fortaleció enormemente la tesis de la existencia de energía oscura que impregna el cosmos.

En la foto, ampliada a la izquierda, hay una supernova que el Hubble capturó con una cámara que explotó hace 10 mil millones de años. Llamado 1997ff, fortaleció enormemente la tesis de la existencia de energía oscura que impregna el cosmos.

Foto cortesía de NASA-GSFC

Mientras los astrónomos luchaban con el impacto de la materia oscura, hicieron un descubrimiento que los obligó a volver al tablero una vez más. El descubrimiento se produjo en 1998, cuando los mejores telescopios del mundo revelaron este tipo. I asupernovas – las estrellas moribundas, todas con el mismo brillo intrínseco – estaban más distantes de nuestra galaxia de lo que deberían haber estado. Para explicar esta observación, los astrónomos han sugerido que la expansión del universo se está acelerando o en realidad se está acelerando. Pero, ¿qué podría acelerar la expansión? ¿No es la gravedad inherente de la materia oscura lo suficientemente fuerte como para evitar tal expansión?

De hecho, hay más en la historia cósmica de lo que se pensaba. Algunos cosmólogos creen ahora que algo más, algo inexplicable e inobservable como la materia oscura, acecha en el universo. A veces, se refieren a esta cosa invisible como energía oscura. A diferencia de la gravedad, que atrae al universo y lo ralentiza, la energía oscura empuja al universo y trabaja para acelerar la expansión. Y hay muchos de ellos. Los astrónomos estiman que el universo puede tener un 73% de energía oscura. La materia oscura, piensan, es un 23% más y la materia ordinaria, como podemos ver, es un miserable 4%. [source: Brecher]. Con números como este y considerando que la energía oscura es una fuerza inflacionaria, es fácil ver cómo la gran crisis ni siquiera sucederá.

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Curiosamente, Albert Einstein predijo la existencia de energía oscura en 1917 mientras intentaba equilibrar las ecuaciones en su teoría de la relatividad general. Entonces no lo llamó energía oscura. El lo llamo constante cosmológica y lo etiquetó como lambda en sus cálculos. Aunque no pudo probarlo, Einstein creía que debía haber una fuerza repulsiva en el universo para distribuir todo de manera tan uniforme. Finalmente, se retiró, llamando a lambda su mayor error.

Ahora los científicos se preguntan si Einstein puede volver a tener razón, a menos que, por supuesto, no esté equivocado. A continuación, exploraremos por qué algunos todavía consideran la gran contracción en alta estima y por qué puede que no sea el fin del universo, sino un segundo comienzo.

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Muerte y renacimiento

La gran recuperación toma el ciclo de vida del universo

La gran recuperación toma el ciclo de vida del universo

Como funcionan las cosas

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Evidentemente, no hay respuestas fáciles a la hora de predecir el destino del universo. Pero imagine por un momento que la densidad del universo es mayor que el valor crítico necesario para detener la expansión. Esto conduciría a una gran crisis, que en muchos sentidos sería como presionar el botón de retroceso de una videograbadora. A medida que la gravedad del universo hizo retroceder todo, los cúmulos de galaxias se acercaban. Entonces, las galaxias individuales comenzarían a fusionarse hasta que, después de miles de millones de años, se formó una megagalaxia.

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Dentro de este gigantesco caldero, las estrellas se fusionarían, haciendo que todo el espacio fuera más cálido que el sol. Eventualmente, las estrellas explotarían y surgirían agujeros negros, primero lentamente, luego más rápido. A medida que se acercaba el final, los agujeros negros absorbían todo lo que los rodeaba. También se fusionarían en algún momento para formar un monstruoso agujero negro que cerraría el universo como una bolsa de hilo. Eventualmente, solo quedará una singularidad súper caliente y súper densa: la semilla de otro universo. Muchos astrónomos creen que la semilla germinaría con un “gran salto”, reiniciando todo el proceso.

Ésta no es la única teoría. Algunos cosmólogos, dirigidos por Paul J. Steinhardt de la Universidad de Princeton y Neil Turok de la Universidad de Cambridge, han argumentado recientemente que el gran frío y la gran compresión no son mutuamente excluyentes. Su modelo funciona así: el universo comenzó con el Big Bang, seguido de un período de expansión lenta y la acumulación gradual de energía oscura. Aquí es donde nos encontramos hoy. Lo que sucede a continuación es altamente especulativo, pero Steinhardt y Turok creen que la energía oscura continuará creciendo y, por lo tanto, estimulará la aceleración cósmica. El universo nunca dejará de expandirse, pero se extenderá durante miles de millones de años, extendiendo toda la materia y la energía hasta tal punto. extremo que nuestro único universo se separará en varios universos. Dentro de estos universos, la misteriosa energía oscura se materializará en materia y brillo normales. Esto desencadenará otro big bang, posiblemente varios, y otra ronda de expansión.

Si todo este discurso sobre encogimiento y expansión lo toma con la guardia baja, puede consolarse sabiendo que el destino del universo no estará determinado por miles de millones, sino por miles de millones de años. Esto le da mucho tiempo para concentrarse en cosas que son un poco más seguras, como su ciclo de vida desde el nacimiento, el crecimiento y la muerte.

Publicado originalmente: 2 de marzo de 2009

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Preguntas frecuentes sobre la teoría del Big Crunch

¿Cuáles son los tres posibles destinos del universo?
Los tres destinos del universo sobre los que flotaron los científicos incluyen la gran compresión, donde el universo se aprieta o vuelve a contraerse en una singularidad, la gran lágrima, donde el universo continúa expandiéndose y, finalmente, se hace añicos. el universo continúa expandiéndose, la formación de estrellas finalmente termina y lo único que queda son los agujeros negros.
Cual es la teoría del gran crujido?
Según esta teoría, el universo dejará de expandirse algún día. Luego, a medida que la gravedad tira de la materia, el universo comenzará a contraerse, cayendo hacia adentro hasta que se colapse nuevamente en una singularidad súper caliente y súper densa.
¿Es posible un gran crujido?
Afortunadamente, la gran contracción no es una garantía. Actualmente, los cosmólogos están inmersos en un acalorado debate. Un campo dice que el soufflé caerá; el otro lado dice que el soufflé se expandirá para siempre. Pasarán miles de millones de años antes de que sepamos con certeza qué lado es el correcto.
¿Cómo termina el universo según la teoría del Big Crunch?
Si la teoría es cierta, el universo es como un soufflé gigante. Comienza pequeño y luego se expande a medida que se calienta. Eventualmente, sin embargo, el soufflé se enfría y comienza a desmoronarse.
¿Cuál es la gran teoría del rebote?
Al final del gran crujido, solo habrá una singularidad súper caliente y súper espesa o la semilla de otro universo. Muchos astrónomos creen que la semilla germinaría con un “gran salto”, reiniciando todo el proceso.

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Enlaces más interesantes

  • NOVA Online: Universo fugitivo
  • Ventanas al universo: la gran crisis
  • WMAP: el destino del universo
  • NASA en Einstein
  • Marshall Space Flight Center: salida de video Dark Energy

  • Berry, Dana. “Guía íntima del Smithsonian al cosmos”. Libro de prensa de Madison. 2004.
  • Brecher, Kenneth. “Universo.” Enciclopedia multimedia del libro del mundo. 2004.
  • Bucher, Martin A. y David N. Spergel. “Inflación en un universo de baja densidad”. Científico estadounidense. Enero de 1999.
  • Génesis busca orígenes. “Tira y afloja cósmica”. (5 de febrero de 2009) genesismission.jpl.nasa.gov/educate/scimodule/Cosmogony/CosmogonyPDF /CosmicTugOfWarTG.pdf
  • Más duro, Ben. “El universo está renaciendo constantemente en el nuevo modelo del cosmos”. Noticias de National Geographic. 25 de abril de 2002 (5 de febrero de 2009) http://news.nationalgeographic.com/news/2002/04/0425_020425_universe.html
  • Hawking, Stephen. “La ilustración Una breve historia del tiempo / El universo de un vistazo”. Libros Bantam. 1996.
  • Lemonick, Michael D. “Antes del Big Bang”. Descubra la revista. 5 de febrero de 2004 (5 de febrero de 2009) http://discovermagazine.com/2004/feb/cover/?searchterm=big%20crunch
  • Muir, Hazel. “El universo aún puede colapsar en un gran apretón”. 6 de septiembre de 2002 (5 de febrero de 2009) http://www.newscientist.com/article/dn2759-universe-might-yet-collapse- in-big-crunch.html
  • Musser, George. “Fui allí, lo hice”. Científico estadounidense. Marzo de 2002.
  • Peebles, P. James, David N. Schramm, Edwin L. Turner y Richard G. Kron. “La evolución del universo”. Científico estadounidense. Octubre de 1994.
  • Perlmutter, Saul. “Supernovas, energía oscura y el universo en aceleración”. Física hoy. Abril de 2003.
  • Ronan, Colin A. “Universo: Explicación del Cosmos”. Libros cuánticos. 2007
  • Tarbuck, Edward J. y Frederick K. Lutgens. “Ciencias de la Tierra”, undécima edición. Pearson Education, Inc. 2006.

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Algunos astrónomos creen que el universo puede actuar como un soufflé desafortunado, a diferencia de este, que parece bastante ampliado y listo para comer.

Algunos astrónomos creen que el universo puede actuar como un soufflé desafortunado, a diferencia de este, que parece bastante ampliado y listo para comer.

© iStockphoto.com/robynmac

A todos nos preocupa lo que sucederá al final de nuestras vidas. Vemos morir a otros seres vivos y sabemos que esto nos sucederá a nosotros. Debido a que es inevitable, nos preocupamos por cuándo, dónde y cómo sucederá. Muchos de nosotros también cuestionamos el destino de la Tierra. ¿Será una bola azul hospitalaria para siempre o terminará siendo consumida por el sol cuando cambie de una estrella amarilla de tamaño mediano a una gigante roja? O tal vez envenenamos nuestro planeta y flota, frío y desolado, a través del espacio. Si sucediera tal cosa, ¿cuánto tiempo tomaría? ¿Cien años? ¿Mil? ¿Un millón?

Algunos astrónomos, los que se llaman a sí mismos cosmólogos, hacen preguntas similares sobre el universo. La escala a la que trabajan estos científicos, por supuesto, es bastante diferente. El universo es enorme en comparación con un solo planeta, si no con una sola galaxia, y su línea de tiempo es mucho, mucho más larga. Por esta razón, los cosmólogos no pueden saber con certeza cómo comenzó el universo o cómo terminará. Sin embargo, pueden recopilar evidencia, hacer suposiciones sustantivas y establecer teorías.

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Una de estas teorías sobre el futuro del universo se conoce como “gran contracción”. Según esta teoría, el universo dejará de expandirse algún día. Luego, a medida que la gravedad tira de la materia, el universo comenzará a contraerse, cayendo hacia adentro hasta que se colapse nuevamente en una singularidad súper caliente y súper densa. Si la teoría es cierta, el universo es como un soufflé gigante. Comienza pequeño y luego se expande a medida que se calienta. Eventualmente, sin embargo, el soufflé se enfría y comienza a desmoronarse.

A nadie le gusta un soufflé caído y no debería gustarnos un universo que se comporte como tal. Significa la muerte de todas las galaxias, estrellas y planetas existentes. Afortunadamente, la gran contracción no es una garantía. Actualmente, los cosmólogos están inmersos en un acalorado debate. Un campo dice que el soufflé caerá; el otro lado dice que el soufflé se expandirá para siempre. Pasarán miles de millones de años antes de que sepamos con certeza qué lado es el correcto.

Mientras tanto, profundicemos en la gran crisis para comprender qué es y qué significa para el universo. Dado que el Big Crunch es en realidad una consecuencia del Big Bang, comencemos por ahí.

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