Límits i reptes de l'univers
2002/05/01 Lasa Iglesias, Aitziber - STEAM Hezkuntza arloko arduraduna Iturria: Elhuyar aldizkaria
Què és el que sabem avui sobre l'univers?
En l'actualitat, els científics tenen una idea bastant coherent i precisa del cosmos. Per contra, no es pot oblidar que l'astronomia i la cosmologia, a diferència d'altres ciències, han de limitar-se únicament al que es pot observar, ja que no es poden dissenyar assajos per a confirmar hipòtesis cosmològiques. Es pot aconseguir, com a màxim, la construcció d'una teoria coherent, d'acord amb les observacions que es realitzen en l'univers.
Així, la majoria dels cosmólogos actuals accepten la teoria del Big bang, segons la qual l'univers va tenir un principi i es remunta a un procés evolutiu. Aquesta teoria s'està afirmant després de diverses observacions. Aquestes observacions són les següents.
Desplaçament al vermell
En analitzar la llum de les estrelles de les galàxies llunyanes s'observa sistemàticament el mateix, que la longitud d'ona corresponent a la línia espectral de la composició atòmica de l'estrella presenta un desplaçament relatiu cap al vermell, i com més allunyada estigui la galàxia, major és el lliscament. Segons els astrofísics, és una prova que l'univers s'està expandint. I és que l'espai intergaláctico s'està expandint, creant una estructura més àmplia si la gravitació no manté alhora les galàxies (per exemple, el cas dels cúmuls i supercúmulos), com més allunyat estigui, més ràpid s'allunyen. En aquest moviment, la llum ha d'ajustar la seva longitud d'ona a la grandària de l'univers, augmentant la longitud d'ona i, per tant, produint-se un desplaçament cap al vermell.
Radiació microones de fons de l'univers
En els primers 300.000 anys de l'univers post-Big bang la temperatura era tan alta que tota la matèria estava ionitzada i opaca a la llum. Quan l'expansió va reduir la temperatura a uns 3.000 graus, es van formar els àtoms i l'univers es va convertir en transparent a la llum. Els fotons que són restes d'aquesta primera llum han continuat travessant l'univers i actualment els recollim a una temperatura de 3 K, la radiació microones de fons.
En 1965 Arno Penzias i Robert Wilson van descobrir accidentalment aquesta radiació microones de fons de l'univers i és l'evidència més evident del Big bang.
Nombre de nuclis lleugers
Segons va anunciar el model cosmològic estàndard basat en el Big bang, en els dos o tres primers minuts de l'univers es van formar àtoms d'heli i restes d'altres elements lleugers. Els mesuraments realitzats confirmen l'anunciat.
S'han estudiat els nuclis que hi ha en l'univers i s'ha comprovat que el 75% són nuclis d'hidrogen i gairebé tota la resta és heli. En molt petita mesura (2%) hi ha altres elements com l'oxigen, el carboni, el neó, el nitrogen, etc. (de major a menor quantitat d'ordre). I és que l'univers està ‘mig buit’. És a dir, s'ha mesurat la quantitat de deuteri en els núvols d'hidrogen i, entre altres coses, s'ha obtingut que el 65% de l'univers és energia de buit i només el 35% és matèria, d'on el 5% és matèria convencional i la resta és matèria fosca. Els científics no saben què és el que constitueix la matèria fosca, no es veu, però sí que té influència gravitatòria sobre les coses que són visibles. Per exemple, en la galàxia els núvols de gas es veuen girant a velocitat constant al voltant d'un nucli. Això seria impossible si en la galàxia només hi hagués una massa d'estrelles visibles.
La llum de les supernoves és més feble de l'esperat
Les supernoves del tipus Ia són gegantesques explosions termonuclears de nans blancs que s'apropien de la massa de l'estrella lateral i s'impliquen per la gravitació. Algunes d'elles es poden veure en les imatges.
En els últims tres anys s'ha mesurat la llum de les supernoves i sembla que com més lluny està la supernova, la seva llum es veu més feble de l'esperat. Com si l'expansió de l'univers anés accelerant-se. Però el lògic seria la deceleración de l'expansió de l'univers degut a l'atracció gravitatòria de la massa que el compon. Doncs bé, tal com s'ha dit, segons els mesuraments realitzats no ocorre això. Alguna cosa sembla influir en l'expansió, alguna cosa ‘empeny’, ‘antigrabita’ l'univers, alguna cosa que separa a unes galàxies d'unes altres. Davant això, els científics han proposat l'existència d'una ‘energia de buit’, la ‘energia de buit contra la gravitació’.
Un grup d'astrònoms de Cambridge i Austràlia ha publicat una nova evidència d'això al març d'enguany. És a dir, han comparat les estructures de l'univers actual amb el qual tenia 300.000 anys d'antiguitat i, de nou, s'ha confirmat l'acceleració de l'expansió. Per a consolidar l'estructura actual han pres un gran volum de l'univers i han estudiat el model de dispersió de 250.000 galàxies. Gràcies a la radiació microones de fons, l'estructura de l'univers era coneguda amb 300.000 anys d'antiguitat.
El problema que es planteja sobre aquest tema és que aquesta energia de buit ha de ser molt petita per a ajustar-se a l'observada, però segons la física quàntica gairebé infinita!
Sabem alguna cosa més, però...
| Creença en 1900 | Coneixement 2000 |
En l'univers només hi ha la nostra galàxia. | L'univers està format per prop de 100.000 milions de galàxies. |
L'univers és immutable i els seus astres tenen moviment periòdic. | L'univers s'expandeix de forma accelerada. |
La llum de les estrelles es deu a la seva contracció gravitatòria. | La llum emesa és conseqüència de la fusió termonuclear que es produeix a l'interior de les estrelles. |
L'edat de la Terra és de 100 milions d'anys. | El sistema solar té 4.566 milions d'anys, l'edat de la Terra és de 4.500 milions d'anys i l'univers va néixer fa uns 13.000 o 14.000 milions d'anys. |
En el cel, a més del nostre sistema solar amb set planetes, els seus satèl·lits i cometes, hi ha milions d'estrelles i milers de nebuloses. | Galàxies, quasares, estrelles de neutrons, forats negres, emissors de raigs gamma, nou planetes al voltant d'un sol, s'han observat altres planetes al voltant d'altres estrelles. |
Tot el que hi ha en l'univers està compost per 92 elements de la Taula periòdica. | En l'actualitat, quan s'estudia la composició de l'univers, l'explicació és molt diferent. La nova taula periòdica compta ja amb 118 elements, la qual cosa es coneix com a matèria convencional. Segons els científics, en l'univers que coneixem, només el 35% és matèria i l'altre 65% és energia pura. Només el 5% d'aquesta matèria és matèria convencional i la resta és matèria fosca. |
J.J. Thomson va descobrir l'electró en 1897. Aquesta és l'única partícula de rang inferior a l'àtom conegut. | S'han trobat centenars de partícules subatòmiques: protons, neutrons, barions, fondes... i a un nivell més profund, algunes partícules bàsiques: 6 quark, 6 collarets i 12 fondes |
Newton, Boltzmann i Maxwell van formular mecànica clàssica, estadística i equacions de l'electromagnetisme respectivament. Aquestes eren les bases d'aquesta època. | Les teories revolucionàries (quants i relativitat) propostes per Planck i Einstein són la base de la física actual. |
Alberto Galindo Tixaire: “A mesura que anem superant els límits també augmenten els límits de la ignorància”
Què motiva al físic teòric, per què investiga?
Sobretot la curiositat, la curiositat és la que mou al físic teòric. La seva tendència a la matemàtica li impulsa a ser teòric. D'altra banda, jo diria hedonisme a la meva il·lusió per investigar en física teòrica; entendre la riquesa dels processos que tenen lloc en la naturalesa a través d'unes poques lleis bàsiques és un plaer. Tant en petit (àtom i menor) com en gran (univers...). És a dir, vull ficar el món en la meva ment.
Amb l'esperança de què investigueu? Què busqueu?
Hi ha moltes preguntes pendents de resposta. A més d'a l'entorn de l'univers, en el món de la microfísica hi ha moltes preguntes. 'Quina és la teoria quàntica de la gravitació?', 'en el món de les partícules elementals existeixen nivells inferiors als coneguts?', 'Són calculables o són provisionals quant a les constants físiques bàsiques?'. I en un nivell intermedi hi ha física de la complexitat: matèria condensada, física de fluids, etc. Referent a això, per exemple, seria molt interessant explicar la superconductivitat a alta temperatura.
Quines són les seves línies de recerca actuals?
La computació quàntica és el que més m'atreu. He desenvolupat els algorismes per a treure el màxim partit als ordinadors quàntics que vindran i he tractat de fer la meva petita aportació. L'ordinador és l'eina que processa la informació i l'ordinador quàntic processa la informació mitjançant procediments quàntics. La seva aplicació directa és, per exemple, millorar els sistemes d'encriptació que garanteixin la seguretat en l'execució de transferències bancàries. De fet, els ordinadors quàntics tindran la capacitat d'obtenir els primers nombres de nombres enters grans. La informació quàntica pot revolucionar el món de la comunicació i el càlcul i, en definitiva, transformar la ciència i la pròpia societat.
Quins són, des del punt de vista de la física teòrica, els descobriments que es poden fer a curt termini i quines són les preguntes que encara queden lluny de respondre?
Encara queden moltes preguntes sense resposta i, malgrat la seva resposta, sorgiran moltes noves preguntes. A mesura que anem superant els límits també augmenten els límits de la ignorància. No obstant això, és cert que algunes respostes es veuen molt més a prop que unes altres. Respostes llunyanes són, per exemple, les següents preguntes: 'Són realment immutables les lleis fonamentals?', 'Quantes dimensions té l'univers?'. No tindrà més que el que veiem?’, Com van sorgir l'espai i el temps?’, Hi haurà un altre univers a part del nostre univers? És a dir, no serà el nostre univers alguna cosa dins d'un altre ‘Multiverso’ més plural?’. Des del punt de vista de la física és legítim plantejar aquest tipus de preguntes, però és molt probable que passin molts anys fins a aconseguir la seva resposta. D'altra banda, hi ha preguntes que tenen una resposta més pròxima. Al voltant de la petita, Quin és l'origen de la massa de partícules? ; Per què són les famílies de les tres partícules elementals i no més? Al voltant de la Gran, 'Quin va ser el creador d'aquesta inflació gegant que va sofrir l'univers després del Big bang?', 'De què estan l'energia i la matèria fosca?', 'S'ha observat que hi ha més matèria que l'Antimatería, per què és això?'.
Recentment s'ha trobat aigua en Mart i s'ha relacionat ràpidament amb la possibilitat que hi hagi vida en ella. Què opines de trobar vida en un altre lloc?
Per què no? Mirem al cel una nit clara i no ens adonem de la nostra petitesa davant tants mons? Per què hem de ser especials? Ja es coneixen molts planetes en altres sistemes solars. És cert que l'origen de la vida necessita condicions i entorns adequats, però per què hem de pensar que és impossible que aquestes condicions tornin a ocórrer en un altre lloc i en un altre temps?
Està la societat disposada a comprendre els descobriments de la física?
La societat es preocupa més del que pensem. I si ho expliquem en una llengua plana, la ciutadania és conscient de la importància i abast d'aquests temes, és a dir, ho entén. No obstant això, la paraula ‘comprendre’ pot tenir un significat molt profund. Hi ha coses que s'entenen i unes altres que se'ns coneixen, ens hem acostumat. Per exemple, encara que nosaltres utilitzem la mecànica quàntica diàriament, hi ha moltes preguntes que nosaltres tampoc podem respondre.
Podeu els físics fer alguna cosa per a socialitzar el vostre coneixement d'una manera més senzilla?
Sens dubte. Podem augmentar la comunicació de la ciència i generar curiositat. És més, hem de fer-ho perquè els projectes de recerca es financen a través dels impostos que paguem i la societat ha de tenir clar que cal impulsar la ciència per a aconseguir el desenvolupament.
Es valora la cultura científica al carrer?
No. El coneixement científic no es valora prou, la ciència és una part important de la cultura i, entre altres camps, tots hauríem de tenir un mínim coneixement científic. I és que, per a comprendre en profunditat alguns dels problemes que actualment es donen en aquesta societat complexa i tecnificada, és imprescindible un mínim coneixement científic.
Aitziber Lassa i Garazi Andonegi
Límits i reptes de la Física
No hi ha fenòmens que sobrepassin els 300.000.000 m/s de velocitat, ni que permetin conèixer simultàniament i amb precisió la posició i el moment d'una partícula. Tots dos són límits físics, límits físics insalvables, expressats per les constants c i h respectivament, i la constant de Planck.
D'altra banda, perquè el nostre conegut univers va néixer com a conseqüència d'una gran explosió, hi ha fets del passat que nosaltres encara no hem vist, la llum del qual no ha passat el temps suficient per a arribar a nosaltres. Aquest límit es denomina horitzó de partícules. Així mateix, si l'acceleració de l'expansió continua al mateix ritme, alguns fenòmens desapareixeran a la nostra vista amb el pas del temps; no podrem tornar a veure els milers de milions de galàxies que avui podem veure. A això se'l denomina l'horitzó d'esdeveniments. Tots dos horitzons, el de les partícules i el dels fets, són límits cosmològics.
Finalment, les matemàtiques també tenen les seves limitacions, i en la mesura en què el llenguatge de la física és matemàtic, les matemàtiques també són limitacions de la física. Les profundes limitacions.
Què és el que els científics encara no saben? En paraules d'Alberto Galindo Tixaire: “Hi havia alguna cosa abans del Big bang?”. “Què és la matèria fosca? De què està compost?”, “Com es van formar les primeres estrelles?”, “No serà el nostre univers alguna cosa que formi part d'un altre més ric i divers ‘Multiverso’?”, “Què va provocar el Big bang?”. Aquestes preguntes no tenen resposta de moment, per la qual cosa continuen tenint molt a investigar els físics.
A. Galindo Tixaire
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
