Límites e retos do universo
2002/05/01 Lasa Iglesias, Aitziber - STEAM Hezkuntza arloko arduraduna Iturria: Elhuyar aldizkaria
Que é o que sabemos hoxe sobre o universo?
Na actualidade, os científicos teñen una idea bastante coherente e precisa do cosmos. Pola contra, non se pode esquecer que a astronomía e a cosmología, a diferenza doutras ciencias, deben limitarse unicamente ao que se pode observar, xa que non se poden deseñar ensaios paira confirmar hipóteses cosmológicas. Pódese conseguir, como máximo, a construción dunha teoría coherente, acorde coas observacións que se realizan no universo.
Así, a maioría dos cosmólogos actuais aceptan a teoría do Big Bang, segundo a cal o universo tivo un principio e remóntase a un proceso evolutivo. Esta teoría está a afirmarse tras varias observacións. Estas observacións son as seguintes.
Desprazamento a lume
Ao analizar a luz das estrelas das galaxias afastadas obsérvase sistematicamente o mesmo, que a lonxitude de onda correspondente á liña espectral da composición atómica da estrela presenta un desprazamento relativo cara ao vermello, e canto máis afastada estea a galaxia, maior é o deslizamiento. Segundo os astrofísicos, é una proba de que o universo se está expandindo. E é que o espazo intergaláctico está a expandirse, creando una estrutura máis ampla se a gravitación non mantén á vez as galaxias (por exemplo, o caso dos cúmulos e supercúmulos), canto máis afastado estea, máis rápido afástanse. Neste movemento, a luz debe axustar a súa lonxitude de onda ao tamaño do universo, aumentando a lonxitude de onda e, por tanto, producíndose un desprazamento cara ao vermello.
Radiación microondas de fondo do universo
Nos primeiros 300.000 anos do universo post-Big Bang a temperatura era tan alta que toda a materia estaba ionizada e opaca á luz. Cando a expansión reduciu a temperatura a uns 3.000 graos, formáronse os átomos e o universo converteuse en transparente á luz. Os fotóns que son restos desta primeira luz seguiron atravesando o universo e actualmente recollémolos a unha temperatura de 3 K, a radiación microondas de fondo.
En 1965 Arno Penzias e Robert Wilson descubriron accidentalmente esta radiación microondas de fondo do universo e é a evidencia máis evidente do Big Bang.
Número de núcleos lixeiros
Segundo anunciou o modelo cosmológico estándar baseado no Big Bang, nos dous ou tres primeiros minutos do universo formáronse átomos de helio e restos doutros elementos lixeiros. As medicións realizadas confirman o anunciado.
Estudáronse os núcleos que hai no universo e comprobouse que o 75% son núcleos de hidróxeno e case todo o resto é helio. En moi pequena medida (2%) hai outros elementos como o osíxeno, o carbono, o neón, o nitróxeno, etc. (de maior a menor cantidade de orde). E é que o universo está ‘medio baleiro’. É dicir, mediuse a cantidade de deuterio nas minchas de hidróxeno e, entre outras cousas, obtívose que o 65% do universo é enerxía sen carga e só o 35% é materia, de onde o 5% é materia convencional e o resto é materia escura. Os científicos non saben que é o que constitúe a materia escura, non se ve, pero si ten influencia gravitatoria sobre as cousas que son visibles. Por exemplo, na galaxia as nubes de gas ven virando a velocidade constante ao redor dun núcleo. Isto sería imposible si na galaxia só houbese una masa de estrelas visibles.
A luz das supernovas é máis débil do esperado
As supernovas do tipo Ia son xigantescas explosións termonucleares de ananos brancos que se apropian da masa da estrela lateral e implícanse pola gravitación. Algunhas delas pódense ver nas imaxes.
Nos últimos tres anos mediuse a luz das supernovas e parece que canto máis lonxe está a supernova, a súa luz vese máis débil do esperado. Coma se a expansión do universo fose acelerándose. Pero o lóxico sería a deceleración da expansión do universo debido á atracción gravitatoria da masa que o compón. Pois ben, tal e como se dixo, segundo as medicións realizadas non ocorre iso. Algo parece influír na expansión, algo ‘empuxa’, ‘antigrabita’ o universo, algo que separa a unhas galaxias doutras. Ante iso, os científicos propuxeron a existencia dunha ‘enerxía sen carga’, a ‘enerxía sen carga contra a gravitación’.
Un grupo de astrónomos de Cambridge e Australia publicou una nova evidencia diso en marzo deste ano. É dicir, compararon as estruturas do universo actual co que tiña 300.000 anos de antigüidade e, de novo, confirmouse a aceleración da expansión. Paira consolidar a estrutura actual han tomado un gran volume do universo e estudaron o modelo de dispersión de 250.000 galaxias. Grazas á radiación microondas de fondo, a estrutura do universo era coñecida con 300.000 anos de antigüidade.
O problema que se expón respecto diso é que esa enerxía sen carga ten que ser moi pequena paira axustarse á observada, pero segundo a física cuántica case infinita!
Sabemos algo máis, pero...
| Crenza en 1900 | Coñecemento 2000 |
No universo só hai a nosa galaxia. | O universo está formado por preto de 100.000 millóns de galaxias. |
O universo é inmutable e os seus astros teñen movemento periódico. | O universo expándese de forma acelerada. |
A luz das estrelas débese á súa contracción gravitatoria. | A luz emitida é consecuencia da fusión termonuclear que se produce no interior das estrelas. |
A idade da Terra é de 100 millóns de anos. | O sistema solar ten 4.566 millóns de anos, a idade da Terra é de 4.500 millóns de anos e o universo naceu fai uns 13.000 ou 14.000 millóns de anos. |
No ceo, ademais do noso sistema solar con sete planetas, os seus satélites e cometas, hai millóns de estrelas e miles de nebulosas. | Galaxias, quasares, estrelas de neutróns, buracos negros, emisores de raios gamma, nove planetas ao redor dun sol, observáronse outros planetas ao redor doutras estrelas. |
Todo o que hai no universo está composto por 92 elementos da Táboa Periódica. | Na actualidade, cando se estuda a composición do universo, a explicación é moi diferente. A nova táboa periódica conta xa con 118 elementos, o que se coñece como materia convencional. Segundo os científicos, no universo que coñecemos, só o 35% é materia e o outro 65% é enerxía pura. Só o 5% desta materia é materia convencional e o resto é materia escura. |
J.J. Thomson descubriu o electrón en 1897. Esta é a única partícula de rango inferior ao átomo coñecido. | Atopáronse centos de partículas subatómicas: protones, neutróns, bariones, mesóns... e a un nivel máis profundo, algunhas partículas básicas: 6 quark, 6 colares e 12 mesóns |
Newton, Boltzmann e Maxwell formularon mecánica clásica, estatística e ecuacións do electromagnetismo respectivamente. Estas eran as bases desta época. | As teorías revolucionarias (cantos e relatividad) propostas por Planck e Einstein son a base da física actual. |
Alberto Galindo Tixaire: “A medida que imos superando os límites tamén aumentan os límites da ignorancia”
Que motiva ao físico teórico, por que investiga?
Sobre todo a curiosidade, a curiosidade é a que move ao físico teórico. A súa tendencia á matemática impúlsalle a ser teórico. Por outra banda, eu chamaría hedonismo á miña ilusión por investigar en física teórica; entender a riqueza dos procesos que teñen lugar na natureza a través dunhas poucas leis básicas é un pracer. Tanto en pequeno (átomo e menor) como en grande (universo...). É dicir, quero meter o mundo na miña mente.
Coa esperanza de que investigades? Que buscades?
Hai moitas preguntas pendentes de resposta. Ademais de na contorna do universo, no mundo da microfísica hai moitas preguntas. 'Cal é a teoría cuántica da gravitación?', 'no mundo das partículas elementais existen niveis inferiores aos coñecidos?', 'Son calculables ou son provisionais en canto ás constantes físicas básicas?'. E nun nivel intermedio hai física da complexidade: materia condensada, física de fluídos, etc. A este respecto, por exemplo, sería moi interesante explicar a superconductividad a alta temperatura.
Cales son as súas liñas de investigación actuais?
A computación cuántica é o que máis me atrae. Desenvolvín os algoritmos paira sacar o máximo partido aos computadores cuánticos que virán e tratei de facer a miña pequena achega. O computador é a ferramenta que procesa a información e o computador cuántico procesa a información mediante procedementos cuánticos. A súa aplicación directa é, por exemplo, mellorar os sistemas de encriptación que garantan a seguridade na execución de transferencias bancarias. De feito, os computadores cuánticos terán a capacidade de obter os primeiros números de números enteiros grandes. A información cuántica pode revolucionar o mundo da comunicación e o cálculo e, en definitiva, transformar a ciencia e a propia sociedade.
Cales son, desde o punto de vista da física teórica, os descubrimentos que se poden facer a curto prazo e cales son as preguntas que aínda quedan lonxe de responder?
Aínda quedan moitas preguntas sen resposta e, a pesar da súa resposta, xurdirán moitas novas preguntas. A medida que imos superando os límites tamén aumentan os límites da ignorancia. Con todo, é certo que algunhas respostas ven moito máis cerca que outras. Respostas afastadas son, por exemplo, as seguintes preguntas: 'Son realmente inmutables as leis fundamentais?', 'Cantas dimensións ten o universo?'. Non terá máis que o que vemos?’, Como xurdiron o espazo e o tempo?’, Haberá outro universo á parte do noso universo? É dicir, non será o noso universo algo dentro doutro ‘Multiverso’ máis plural?’. Desde o punto de vista da física é lexítimo expor este tipo de preguntas, pero é moi probable que pasen moitos anos até conseguir a súa resposta. Doutra banda, hai preguntas que teñen una resposta máis próxima. Ao redor da pequena, Cal é a orixe da masa de partículas? ; Por que son as familias das tres partículas elementais e non máis? Ao redor da Grande, 'Cal foi o creador desa inflación xigante que sufriu o universo tras o Big Bang?', 'De que están a enerxía e a materia escura?', 'Observouse que hai máis materia que a Antimatería, por que é iso?'.
Recentemente atopouse auga en Marte e relacionouse rapidamente coa posibilidade de que haxa vida nela. Que opinas de atopar vida noutro lugar?
Por que non? Miramos ao ceo una noite clara e non nos damos conta de nosa pequeñez ante tantos mundos? Por que temos que ser especiais? Xa se coñecen moitos planetas noutros sistemas solares. É certo que a orixe da vida necesita condicións e contornas adecuadas, pero por que debemos pensar que é imposible que esas condicións volvan ocorrer noutro lugar e noutro tempo?
Está a sociedade disposta a comprender os descubrimentos da física?
A sociedade preocúpase máis do que pensamos. E se o explicamos nunha lingua plana, a cidadanía é consciente da importancia e alcance destes temas, é dicir, enténdeo. Con todo, a palabra ‘comprender’ pode ter un significado moi profundo. Hai cousas que se entenden e outras que se nos coñecen, afixémonos. Por exemplo, aínda que nós utilizamos a mecánica cuántica a diario, hai moitas preguntas que nós tampouco podemos responder.
Podedes os físicos facer algo paira socializar o voso coñecemento dunha maneira máis sinxela?
Sen dúbida. Podemos aumentar a comunicación da ciencia e xerar curiosidade. É máis, temos que facelo porque os proxectos de investigación fináncianse a través dos impostos que pagamos e a sociedade debe ter claro que hai que impulsar a ciencia paira lograr o desenvolvemento.
Valórase a cultura científica na rúa?
Non. O coñecemento científico non se valora suficientemente, a ciencia é una parte importante da cultura e, entre outros campos, todos deberiamos ter un mínimo coñecemento científico. E é que, paira comprender en profundidade algúns dos problemas que actualmente se dan nesta sociedade complexa e tecnificada, é imprescindible un mínimo coñecemento científico.
Aitziber Lasa e Garazi Andonegi
Límites e retos da Física
Non hai fenómenos que excedan os 300.000.000 m/s de velocidade, nin que permitan coñecer simultaneamente e con precisión a posición e o momento dunha partícula. Ambos son límites físicos, límites físicos insalvables, expresados polas constantes c e h respectivamente, e a constante de Planck.
Por outra banda, porque o noso coñecido universo naceu como consecuencia dunha gran explosión, hai feitos do pasado que nós aínda non vimos, cuxa luz non pasou o tempo suficiente paira chegar a nós. Este límite denomínase horizonte de partículas. Así mesmo, se a aceleración da expansión continúa ao mesmo ritmo, algúns fenómenos desaparecerán á nosa vista co paso do tempo; non poderemos volver ver os miles de millóns de galaxias que hoxe podemos ver. A isto denomínaselle o horizonte de eventos. Ambos os horizontes, o das partículas e o dos feitos, son límites cosmológicos.
Por último, as matemáticas tamén teñen as súas limitacións, e na medida en que a linguaxe da física é matemático, as matemáticas tamén son limitacións da física. As profundas limitacións.
Que é o que os científicos aínda non saben? En palabras de Alberto Galindo Tixaire: “Había algo antes do Big Bang?”. “Que é a materia escura? De que está composto?”, “Como se formaron as primeiras estrelas?”, “Non será o noso universo algo que forme parte doutro máis rico e diverso ‘Multiverso’?”, “Que provocou o Big Bang?”. Estas preguntas non teñen resposta polo momento, polo que seguen tendo moito que investigar os físicos.
A. Galindo Tixaire
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
