¿Qué leyes sigue nuestro universo? “Cómo funciona el universo ● Voluntad de cambiar
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Serguéi Parnovsky
Cómo funciona el universo: una introducción a la cosmología moderna
editor científico Anatoly Zasov
Editor Antón Nikolski
Gerente de proyecto D. Petushkova
Correctores M. Milovidova, M. Savina
Diseño de computadora E. Kukaleva
Diseño de portada S. Khozin
ilustrador I. Zhuk
La publicación fue preparada en colaboración con la Fundación Trajectory para Iniciativas sin Fines de Lucro (con el apoyo financiero de N.V. Katorzhnov).
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Como parte del proyecto editorial, la Fundación Trajectory apoya la publicación de los mejores ejemplos de literatura científica popular rusa y extranjera.
© Parnovsky S., 2017
© Publicación en ruso, traducción, diseño. Alpina no ficción LLC, 2018
Reservados todos los derechos. La obra está destinada exclusivamente al uso privado. Ninguna parte de la copia electrónica de este libro puede reproducirse de ninguna forma ni por ningún medio, incluida la publicación en Internet o redes corporativas, para uso público o colectivo sin el permiso por escrito del propietario de los derechos de autor. Por violación de los derechos de autor, la ley prevé el pago de una indemnización al titular de los derechos de autor por un monto de hasta 5 millones de rublos (artículo 49 del Código de Infracciones Administrativas), así como responsabilidad penal en forma de prisión de hasta 6 años (artículo 146 del Código Penal de la Federación de Rusia).
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Prefacio
El libro describe la historia y el estado actual de la cosmología, la ciencia del Universo en su conjunto. Está dedicado a descripciones de las ideas básicas de la cosmología: el Universo en expansión, su origen durante el Big Bang, la evolución, cantidades características, etc. Intentamos responder muchas preguntas frecuentes sobre estos temas. Hablamos en detalle sobre dos misterios de la ciencia moderna que están directamente relacionados con la cosmología: la materia oscura y la energía oscura.
Este libro es diferente de la mayoría de los libros de no ficción. La regla de oro para escribirlas es: cada fórmula del texto reduce a la mitad el número de lectores potenciales. Sin embargo, nos arriesgamos y utilizamos ecuaciones, pero sólo donde son necesarias. Intentamos reducir al mínimo el número de fórmulas y hacerlas lo más simples posible, comprensibles para todos los que estudiaron matemáticas o física en el instituto. Las fórmulas están recogidas en apartados especiales, marcados en el índice con asteriscos como “Material Avanzado”, y deben ser considerados como tales. Además, están marcados en el texto con una imagen de Albert Einstein.
Saltarlos no impedirá su comprensión del material, pero hay varias referencias a estas secciones en el texto principal, por lo que le recomendamos que al menos los hojee. Cada una de estas partes comienza con un breve resumen. Estas secciones constituyen una especie de libro de texto sencillo sobre cosmología para aquellos que no están familiarizados con el aparato matemático de la teoría general de la relatividad (en adelante, GTR), pero les gustaría entender de dónde provienen las leyes de la cosmología.
El resto del libro está destinado a un público general, aunque supone un nivel mínimo de conocimientos de matemáticas y física. Para aquellos que no tienen ni siquiera un conocimiento básico de astronomía, recomendamos encarecidamente leer varios libros populares sobre astronomía. Como primero, ofrecemos la obra de Isaac Asimov de 1969 "El universo: de la Tierra plana a los cuásares", que, sin embargo, está algo desactualizada, pero está más que compensada por la facilidad y claridad del texto. Otras sugerencias de lectura se enumeran al final de la sección Conclusiones.
Intentamos presentar el material sin las simplificaciones típicas de la literatura científica popular y explicar sobre qué base se hacen ciertas suposiciones o estimaciones en cosmología. En aquellas cuestiones en las que la cosmología moderna enfrenta problemas, no sólo no los ocultamos, sino que, por el contrario, les prestamos mayor atención. Lo mismo se aplica a situaciones sobre las cuales los científicos no tienen una opinión clara. No intentamos hacer pasar hipótesis por teorías establecidas, como suele ocurrir. En cierto sentido, este libro se encuentra en algún lugar entre un libro de divulgación científica y un libro de texto, siendo una especie de puente a través del desfiladero que separa la divulgación científica de la verdadera ciencia.
El libro se basa en la monografía “Introducción a la cosmología moderna” [Parnovsky, Parnovsky, 2013], que fue bien recibida por un público mucho más amplio de lo que esperábamos. Hemos revisado el material teniendo en cuenta las preguntas y deseos de los lectores y hemos intentado explicar todos los términos científicos que utilizamos.
Capítulo 1
Leyes del universo
1.1. Orígenes de la cosmología
Este libro está dedicado a la cosmología, la ciencia de la estructura y evolución del Universo en su conjunto, su pasado y su futuro. La cosmología no es sólo una ciencia joven, sino muy joven; ella tenía sólo 100 años. Su aparición está asociada a la publicación en 1917 de la obra de Albert Einstein “Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie”. 1
La traducción al ruso se publicó con el título “Cuestiones de cosmología y teoría general de la relatividad” en el libro: Einstein A. Obras completas en 4 volúmenes, T. 1. – M.: Nauka, 1965, págs.
En él, por primera vez, se aplicaron las leyes de la física a todo el Universo a la vez. En concreto, hablábamos de las ecuaciones de la relatividad general descubiertas recientemente por Einstein.
En principio, nada impidió que esta ciencia apareciera 250 años antes, inmediatamente después del descubrimiento de la ley de gravitación universal por parte de Isaac Newton. Físicos de los siglos XVII al XIX. Hablaba de un Universo infinito lleno de estrellas alrededor de las cuales giran los planetas. Un Universo así existió desde siempre y todo lo que se necesitaba para predecir su estado futuro era el conocimiento de las leyes de la mecánica y la posición actual de todos los objetos. Sin embargo, la fuerza de gravedad universal en la mecánica clásica tiene una peculiaridad: es siempre una fuerza de atracción, que nunca se convierte en fuerza repulsiva. Por lo tanto, las estrellas individuales en un Universo infinito, bajo la influencia de la fuerza de atracción mutua, eventualmente tendrían que unirse. La cuestión de la atracción mutua se resolvió mediante un razonamiento simple pero incorrecto: dado que el Universo es infinito, cada partícula está sujeta a la fuerza de atracción de un número infinito de otras partículas. Si asumimos que las partículas llenan el Universo con una densidad constante, podemos concluir que la fuerza total está compensada, por lo tanto, la atracción gravitacional puede despreciarse al considerar la dinámica del Universo en su conjunto.
Esta idea es similar a intentar poner un lápiz en la punta de una mina. En ambos casos, la causa del problema es la inestabilidad del equilibrio. Incluso si de alguna manera logramos colocar el lápiz verticalmente en el extremo afilado de la mina, cualquier desviación de la vertical, por pequeña que sea, provoca un momento de fuerza que desvía el lápiz en la misma dirección, aumentando la desviación y alterando completamente el equilibrio original. En ingeniería esto se llama retroalimentación positiva.
Una analogía aún más cercana implica el agua en un vaso al revés. Muchos están familiarizados con el experimento clásico en el que se da vuelta un vaso de agua, cubierto con una postal o cartón grueso, y el agua se mantiene en el vaso mediante una presión atmosférica equivalente a la presión de 10,3 m de agua. Pero pocas personas se preguntan por qué se necesita cartón para esta experiencia. La razón se debe a la inestabilidad de Rayleigh-Taylor: cuando un fluido más denso (agua) se coloca sobre otro menos denso (aire 2
En hidrodinámica, los gases también suelen denominarse líquidos.
), cualquier desviación de la superficie respecto del plano crecerá exponencialmente con el tiempo, destruyendo el límite muy rápidamente. El proceso suele denominarse vertido de líquido. Por eso se necesita cartón para la demostración: no influye de ninguna manera en la presión del aire, no crea fuerzas, pero fija la forma de la interfaz entre el agua y el aire, evitando el desarrollo de la inestabilidad de Rayleigh-Taylor.
De manera similar, en un Universo inestable, se forman aleatoriamente regiones de mayor densidad, hacia las cuales las estrellas vecinas y las regiones de menor densidad, llamadas vacíos, comienzan a moverse. Tenga en cuenta que la atracción mutua de las estrellas que llenan el Universo infinito conduce no sólo a un aumento de las perturbaciones de densidad, sino también a una compresión acelerada de todo el Universo, es decir, a una disminución de las distancias entre las estrellas.
Naturalmente, los científicos sabían que las desviaciones de la distribución uniforme de la densidad de la materia conducían al hecho de que las heterogeneidades comenzaban a crecer con el tiempo, pero en ese momento este mecanismo se consideraba solo en escalas que no excedían el tamaño del Sistema Solar. Según la hipótesis de Laplace, los planetas del Sistema Solar se formaron a partir de la nebulosa inicial de gas y polvo precisamente bajo la influencia de una atracción gravitacional mutua. Un razonamiento similar no se aplicó a grandes escalas. En la imagen del mundo que estamos considerando, el aumento de las heterogeneidades en la densidad de la materia condujo a la formación de planetas que no caían sobre el Sol sólo porque orbitaban alrededor de él. A distancias comparables a la distancia a las estrellas más cercanas, el Universo ya se consideraba algo homogéneo y se creía que la fuerza de atracción de cualquier cuerpo hacia diferentes estrellas estaba completamente compensada.
Este panorama optimista fue violado por la llamada paradoja de Olbers, formulada en 1823 por el astrónomo aficionado alemán Heinrich Olbers, médico de profesión. Su esencia era que en un Universo infinito e inmutable, en lugar del cielo nocturno, veríamos una esfera celeste caliente, brillando como la superficie del Sol. Esto se explica de la siguiente manera: si dividimos el Universo en capas esféricas concéntricas de espesor constante con la Tierra en el centro, entonces el flujo de luz que incide sobre la Tierra desde cada una de las capas será el mismo, ya que el número de estrellas en aumentarán en proporción al cuadrado de la distancia, lo que compensará un factor similar en la fórmula de iluminación. Como el número de capas es infinito, la suma total será infinita. La única razón por la que la iluminación seguirá siendo finita es que las estrellas más cercanas oscurecerán las distantes. En otras palabras, no importa en qué dirección miremos, tarde o temprano nuestra línea de visión debe toparse con alguna estrella.
Sin embargo, cada uno de nosotros sabe muy bien que por la noche se observa una imagen completamente diferente. Como solución sencilla a la paradoja de Olbers se ha propuesto una variante en la que la luz de estrellas distantes es absorbida por nubes de polvo interestelar, pero esta solución sólo parece convincente para aquellos que no conocen la física. Durante un largo período de tiempo, este polvo, al absorber radiación, se calentaría hasta la temperatura de las estrellas circundantes y se convertiría él mismo en un objeto luminoso.
Con el tiempo, los avances en astronomía llevaron al modelo del Universo propuesto por William Herschel a finales del siglo XVIII. En él, las estrellas no llenaron todo el Universo, sino que formaron un solo cúmulo de estrellas llamado Galaxia y que tiene forma de lente. En este sentido, surgió la pregunta: ¿por qué las estrellas no caen en el centro de la galaxia? La respuesta fue tan simple como la respuesta a la pregunta de por qué los planetas no caen hacia el Sol: giran alrededor de él. Del mismo modo, algunas estrellas de la galaxia giran alrededor de su centro. El movimiento del Sol con respecto al centro de la galaxia fue descubierto por el mismo Herschel en 1783. Con pequeñas aclaraciones, esta imagen del universo se consideró generalmente aceptada hasta principios del siglo XX. La idea de la galaxia resolvió la paradoja de Olbers, ya que la materia ahora ocupaba un volumen finito en el Universo. Sin embargo, después de que se descubrieron otras galaxias, la paradoja de Olbers volvió a cobrar relevancia.
Así, la cosmología, que potencialmente podría aparecer a finales del siglo XVII, no apareció hasta principios del siglo XX. y recientemente celebró su centenario. El surgimiento de la cosmología está asociado con una circunstancia sorprendente: generalmente las nuevas ciencias aparecen en la formulación más simple y luego, en el proceso de su desarrollo, pasan a modelos y cálculos más complejos y utilizan teorías físicas cada vez más modernas. Por ejemplo, la física del estado sólido pasó siglos obteniendo resultados basados en la física clásica, y solo entonces comenzó a utilizar con éxito la mecánica cuántica.
La cosmología apareció inmediatamente en su versión más compleja: en forma de cosmología relativista basada en la relatividad general. Sólo décadas después los cosmólogos descubrieron, para su sorpresa, que se podía considerar una cosmología no relativista mucho más simple. El caso es que un Universo homogéneo se desarrolla igualmente en todas sus partes, y para estudiar su desarrollo en su conjunto basta con estudiar el desarrollo de una pequeña región del espacio, por ejemplo 1 cm³. Y al estudiar 1 cm³, la curvatura del espacio-tiempo y otras cuestiones complejas de la relatividad general ya no son importantes.
Pero esto sólo es cierto en el caso de un Universo homogéneo e isotrópico. En un mundo así no hay lugar elegido ni dirección preferida, ningún punto es mejor o peor que otro, y ninguna dirección es mejor o peor que otra. Esta idea se conoce como principio copernicano. Aunque no todos los resultados de la cosmología relativista pueden obtenerse en el marco de la cosmología no relativista, los conceptos básicos se derivan de forma bastante sencilla. Para derivarlos, comprenderlos y analizarlos, basta con tener conocimientos de física a nivel universitario. Por lo tanto, en el libro, en los casos en que simplemente no pudimos resistir el deseo de escribir algunas fórmulas, nos limitamos a la cosmología no relativista.
Pregunta:¿En qué se diferencia fundamentalmente la cosmología de otras ciencias?
Respuesta: Porque estudia un objeto único, único en su tipo, que cambia en el tiempo, del cual somos parte. Como resultado, no se puede hablar de repetibilidad o reproducibilidad, y mucho menos de experimentos activos. En este sentido, es muy difícil aplicar el criterio de falsabilidad a las teorías cosmológicas, cuyo cumplimiento se exige a cualquier teoría científica. Una situación similar ocurre en algunas otras disciplinas científicas, como la historia y la biología evolutiva.
1.2. Principios de la relatividad general.
El surgimiento de la ciencia de la cosmología fue precedido por el surgimiento de la relatividad general, que finalmente fue formulada por Einstein en 1916. Esta teoría es uno de los pináculos de la física moderna. Dado que sus ideas y terminología se utilizan ampliamente en cosmología, decidimos describir los conceptos básicos de la relatividad general, que son bastante simples de entender y pueden explicarse sin el uso de matemáticas complejas. Comenzaremos con tres efectos clásicos de la relatividad general.
1.2.1. Precesión del perihelioEl primer efecto fue descubierto por los astrónomos mucho antes de la aparición de la relatividad general. Esto es precesión 3
La precesión del perihelio es la rotación muy lenta de la órbita heliocéntrica (órbita alrededor del Sol) en su plano.
perihelio 4
El perihelio es el punto de la órbita heliocéntrica más cercano al Sol.
Mercurio, que se manifiesta como la rotación de la órbita de Mercurio en su conjunto alrededor del Sol con una velocidad angular muy baja: menos de 6 segundos de arco por año. Esta no fue la primera desviación descubierta de las leyes más simples de la mecánica celeste desde su descubrimiento por Johannes Kepler. Anteriormente, a mediados del siglo XIX, un comportamiento similar de la órbita de Urano fue explicado con éxito por la influencia gravitacional de un planeta entonces desconocido, más tarde llamado Neptuno.
Uno de los pronosticadores de la existencia de Neptuno, Urbain Le Verrier, aplicó el mismo enfoque a la órbita de Mercurio, sugiriendo la existencia de un nuevo planeta, Vulcano, que debería estar situado muy cerca del Sol y oculto a su luz. Después de esta predicción, durante varias décadas astrónomos tanto profesionales como aficionados informaron haber observado el paso de este hipotético planeta a través del disco solar, pero luego, después de las mejoras en los telescopios, se descubrió que estos informes eran erróneos. Ahora sabemos que el planeta Vulcano no existe, y esto se sabía casi con certeza hace 100 años. Por tanto, la rotación de la órbita de Mercurio tenía que explicarse de alguna manera.
La Relatividad General no sólo explicó la precesión del perihelio de Mercurio, sino que también proporcionó una concordancia cuantitativa precisa entre la teoría y la tasa de precesión observada. Después de mejorar aún más la precisión de las observaciones, se descubrió una precesión similar del perihelio de Venus que, junto con otros efectos que se describen a continuación, confirma la exactitud de la relatividad general. Como resultado, la Unión Astronómica Internacional (IAU), la máxima autoridad mundial en astronomía, emitió un decreto que exige la consideración de los efectos de la relatividad general en los cálculos precisos de las órbitas de los cuerpos celestes del sistema solar.
Una muestra aún más impresionante de precesión, en este caso el periastrón (el punto de la órbita más cercano a la estrella), se observa en sistemas de púlsares binarios. 5
Un púlsar es una estrella de neutrones giratoria altamente magnetizada que emite un haz de radiación electromagnética en una dirección que gira con la estrella. La radiación emitida sólo se puede observar cuando el haz se dirige hacia la Tierra y, por tanto, se detecta como una serie de pulsos.
En este caso, dos cuerpos masivos giran a poca distancia uno del otro durante un período de varios días. La relatividad general describe su movimiento con una precisión del 0,01%, mientras que se observan pérdidas de energía debido a la radiación de ondas gravitacionales. Russell Alan Hulse y Joseph Haughton Taylor Jr. recibieron el Premio Nobel de Física en 1993 por su descubrimiento de tales sistemas.
1.2.2. Desviación de la luzEl segundo efecto es la curvatura de los rayos de luz en el campo gravitacional de objetos masivos. Esta curvatura en sí misma no fue inesperada y es bastante comprensible en el marco de la mecánica newtoniana. Pero el ángulo de desviación de la luz predicho por la relatividad general era dos veces mayor que el de Newton. El motivo de este coeficiente se analizará más adelante en la subsección 1.3.2.
En aquel momento, el fenómeno era puramente especulativo, pero la mencionada diferencia en los ángulos de desviación permitió descubrir cuál de las teorías describía correctamente este efecto y obligó a los astrónomos a medir su magnitud. Para ello, era necesario medir la posición de una estrella, cuya luz se propagaba cerca del Sol y era desviada en su campo gravitacional, cambiando la posición aparente de la estrella en el cielo. Con la precisión moderna, este efecto se puede medir incluso en dirección perpendicular al Sol, utilizando un radiointerferómetro de base muy larga (VLBI), pero a principios del siglo XX. sólo se podía medir en una zona muy pequeña del cielo alrededor del Sol.
Esto lo hizo la expedición de Sir Arthur Eddington, que midió las posiciones de las estrellas durante el eclipse solar total de 1919. Un eclipse solar total era necesario porque en aquella época los astrónomos sólo podían hacer observaciones en luz visible, y la luz del Sol han hecho imposible observar estrellas cercanas a su disco. Eddington y sus colegas realizaron observaciones en Brasil y en la costa occidental de África. Al comparar fotografías del cielo cerca del Sol durante un eclipse y la misma área del cielo lejos del Sol, midieron el ángulo de desviación que coincidía con la predicción de Einstein. Estas observaciones todavía no eran lo suficientemente precisas, pero la situación mejoró significativamente después de la llegada de los radiotelescopios.
El efecto de curvatura de la luz es la base de la llamada lente gravitacional, en la que se observan múltiples imágenes del mismo objeto. Se está estudiando activamente e incluso se utiliza como herramienta para la observación no estándar de objetos extremadamente distantes. Discutiremos esto en la subsección 4.2.7.
1.2.3. Desplazamiento al rojo gravitacionalEl tercer efecto se llama corrimiento al rojo gravitacional. 6
El desplazamiento hacia el rojo se produce a medida que aumenta la longitud de onda. El efecto opuesto se llama desplazamiento hacia el azul. Los nombres provienen del hecho de que la luz roja tiene longitudes de onda más largas que la luz azul, aunque ambos términos se aplican a cualquier rango de frecuencia de radiación electromagnética, no necesariamente a la luz visible.
Y describe la diferencia en la velocidad del tiempo en puntos con diferentes potenciales gravitacionales. 7
El potencial gravitacional es la energía potencial de un cuerpo compacto en un campo gravitacional, calculada por unidad de su masa. Es este valor el que determina la velocidad del tiempo en campos gravitacionales débiles.
En términos generales, el tiempo pasa más rápido en el último piso de un edificio que en el sótano. Ésta es la razón del cambio de frecuencia. Dejemos que la fuente en el sótano transmita, digamos, 1000 señales por segundo. Son captadas por el receptor en el techo, pero para el receptor los segundos tienen una duración diferente, de modo que durante su segundo recibe no 1000, sino, por ejemplo, 999 señales. En otras palabras, la frecuencia en el receptor se desplaza con respecto a la frecuencia de la fuente.
Los astrónomos han observado desplazamientos al rojo gravitacionales en los espectros de emisión de las enanas blancas, en particular de Sirio B, que contiene aproximadamente la masa del Sol dentro del volumen de la Tierra. Como resultado, el potencial gravitacional en su superficie supera significativamente los valores máximos observados en el Sistema Solar.
Este efecto también fue demostrado en el laboratorio por Robert Pound y Glen Rebka en 1959. Estructuraron su experimento en torno a la idea fundamental de la mecánica cuántica de excitar un átomo desde el estado fundamental. 8
El estado fundamental es el estado del átomo con la mínima energía. Cualquier otro estado distinto al principal se llama excitado.
Debe absorber un fotón con exactamente la misma energía o longitud de onda que emite el átomo excitado cuando pasa al estado fundamental. 9
Esto se evita mediante la energía de retroceso del átomo que emite un fotón, pero estuvo ausente en el experimento debido al uso del efecto Moesbauer, descubierto poco antes de estos experimentos.
Si algo (en nuestro caso, el corrimiento al rojo gravitacional) cambia, aunque sea ligeramente, la energía o la longitud de onda del fotón a medida que se mueve de un átomo a otro, entonces el fotón no será absorbido. Sin embargo, aún puede ser absorbido si el átomo receptor se mueve de tal manera que el cambio de longitud de onda debido al efecto Doppler 10
El efecto Doppler es un cambio en la frecuencia de señales periódicas causado por el movimiento de la fuente o del receptor o ambos y la velocidad finita de propagación de la señal. Contrariamente a la creencia popular, esto se aplica no sólo a las ondas, sino también a cualquier señal periódica. Cuando la fuente y el receptor se acercan, la frecuencia detectada por el receptor aumenta y cuando se alejan, disminuye.
Compensa los cambios de longitud de onda debidos al corrimiento al rojo gravitacional.
Entonces Pound y Rebka colocaron una placa de hierro en el sótano, fijaron otra a un cono de altavoz en el techo y midieron la fase del altavoz en la que el flujo gamma producido por los átomos de hierro excitados en el sótano era absorbido con mayor fuerza por el hierro. átomos en el techo. Esto les permitió calcular el cambio en la energía de los fotones debido a diferencias en el potencial gravitacional o la velocidad del tiempo en el techo y en el sótano. Sus resultados fueron consistentes con la predicción de la relatividad general con un error del 10%.
Este efecto fue probado aún más por el experimento Gravity Probe A en 1976, cuando se colocó un máser de hidrógeno en un cohete y se usó como un oscilador de frecuencia extremadamente estable. Un máser idéntico descansaba en el suelo. Este experimento confirmó la existencia y conformidad de la relatividad general con el corrimiento al rojo gravitacional con un error del 0,01%. Hoy en día, el desplazamiento al rojo gravitacional suele tenerse en cuenta cuando se requieren mediciones precisas del tiempo: por ejemplo, cuando se utiliza GPS y otros satélites de navegación. Los astrónomos también lo tienen en cuenta a la hora de determinar el tiempo terrestre, el tiempo geocéntrico y el tiempo baricéntrico, introducidos por la IAU en 1991, que representan el tiempo al nivel del mar, en el centro de la Tierra y en el baricentro, respectivamente. 11
El baricentro es el centro general de masa de un sistema ligado gravitacionalmente.
Sistema solar.
“Discovery: How the Universe Works (serie de televisión 2010 – 2014)” (Cómo funciona el universo) es una película estadounidense de varias partes, filmada en 2010, en el género de documental científico. La película ganó una popularidad asombrosa, aunque muchos productores no lo esperaban. La serie atrajo la atención de un grupo de edades diverso y se filmó durante cuatro temporadas. Los creadores del proyecto van a lanzar una nueva serie, que esta vez hablará sobre varias teorías sobre la creación del universo, desde el Big Bang hasta la teoría de cuerdas. La trama de la película desde el primer episodio habla sobre el surgimiento de nuestro universo, a partir de numerosas teorías sobre la aparición de las primeras partículas más pequeñas. Cada episodio cuenta en detalle cada ciclo y todos los procesos que tuvieron lugar en el Universo. Gracias a las transiciones suaves, todas las historias e incluso conceptos astrofísicos difíciles se presentan al público en un lenguaje accesible, que proporciona respuestas a numerosas preguntas. La serie utiliza las últimas tecnologías gráficas, gracias a las cuales puedes ver fenómenos asombrosos. Como maestro de efectos visuales, fue invitado a la película el talentoso maestro de efectos especiales Matt Stevenson, quien elevó la película a un nuevo nivel.
El universo no es un espacio muerto. Se trata de un organismo vivo e independiente, una especie de personalidad que nos dicta sus propias condiciones y reglas, que en bioenergía se denominan leyes del universo.
Todas las leyes del Universo son extremadamente simples y sencillas. El cosmos no nos construye laberintos, sino que intenta sacarnos de ellos. La gente se crea dificultades sin ayuda externa. Cuando vives de acuerdo con las leyes del universo, siempre estás sintonizado con la onda correcta. La vida es simple y clara, pero sólo para quienes quieren entenderla.
Por qué necesitas vivir de acuerdo con las leyes del Universo.
Las leyes del Universo no te obligarán a renunciar a la religión ni a todo lo que crees. Simplemente te guiarán en la dirección correcta, mostrándote la luz de la verdad. Nada cambiará literalmente, sólo cambiará tu visión del mundo. Todo lo que has luchado desde tu juventud se volverá más claro y obvio.
Somos hijos del Universo. Estamos hechos de polvo de estrellas formado hace varios miles de millones de años. En la bioenergía existe un centro de abundancia, que nos da buena suerte en todos los ámbitos de la vida. Al mantener contacto con este centro, te proporcionas fortuna. La fe en las leyes del Universo ayudará a establecer y fortalecer esta conexión. Acepta estas simples verdades para entender cómo funciona todo en este mundo.
10 leyes del universo
Primera ley: el pensamiento es material. Muchos de ustedes probablemente hayan visto películas de Hollywood donde los héroes pueden crear la realidad a su alrededor con solo imaginar algo en sus cabezas. Por supuesto, no podrás crear tu propia felicidad a esta velocidad, pero realmente funciona. Para encontrar un pasatiempo, el trabajo de tus sueños, el amor y el éxito, debes imaginarlo todo. Recuerda que eres un escultor, un artista que pinta con los colores de tus pensamientos sobre el lienzo de la vida. El destino y el karma existen, pero no son tan fuertes como tu propia creencia en ti mismo y en tus acciones. La vida no es un libro que ya ha sido escrito, sino un montón de páginas en blanco que puedes tirar, romper, dejar que alguien más las complete o obligarte a sentarte y escribirlo todo tú mismo.
Segunda ley: todo lo bueno comienza con la bondad en el alma. Tu bondad interior crea luz a tu alrededor. Las personas enojadas tropiezan constantemente con la mala educación, las personas sombrías, contra la lluvia en un día claro, las personas alegres, contra la alegría y la positividad. Si quieres el bien, no debes enojarte, ni ser tacaño ni tener envidia. No es de extrañar que la gente haya dicho desde la antigüedad que si quieres que te traten bien, hazlo tú mismo. En el Universo todo es coherente, todo es lógico e irreversible. Recuerda esto.
Tercera Ley: Los mayores cambios en la vida ocurren en aquellas áreas a las que prestamos más atención. La mayoría de nosotros sabemos que el agua nunca fluirá debajo de una piedra. Si te acuestas en el sofá mirando al techo, entonces el dinero no entrará en tu vida. Si no buscas el amor, no lo encontrarás el 99 por ciento de las veces. Para que la situación avance, es necesario hacer algo. No dejes desatendido ni un solo rincón de tu alma, de tu vida. Esto lo hará más interesante, más fácil y simplemente mejor para usted.
Cuarta Ley: ¿Cuál es tu entorno? Tú también. Esta ley del Universo también se puede duplicar con el dicho: con quien te comportes, ganarás con ello. Tu círculo inmediato, representado por tu pareja y tus mejores amigos, es tu reflejo. Si no está satisfecho con alguien, esto indica una necesidad urgente de cambio. Esto a menudo significa que ya has cambiado. Mucha gente cree erróneamente que no elegimos amigos ni amamos, pero esto no es cierto. Además, puedes cambiar tu vida encontrando a las personas adecuadas. Si desea tener éxito en el sector financiero, comuníquese más con personas exitosas. Las personas brillantes te ayudarán a ser más amable. Sólo podéis enamoraros mutuamente si no estáis cerrados, aunque incluso las personas cerradas pueden encontrar a su alma gemela; sólo hay que estar un poco más atentos.
Quinta ley: todo lo que damos al mundo que nos rodea nos regresa doblemente. Si gritas ante la humanidad que la odias, entonces el odio llenará tu vida. La respuesta de la gente será similar y, a veces, mucho más fuerte. Esto se aplica no sólo a las palabras y las acciones. Incluso el ambiente se transmite perfectamente en el espacio. Algunas personas lo sienten y otras no, pero el hecho en sí es irrefutable: las buenas acciones te harán más feliz y las malas te harán infeliz.
Ley Seis: La duda es la raíz de todos los problemas. Si planea hacer algo en serio, deshazte de las dudas y las dudas. Cuando la gente creaba objetos de arte, obras maestras técnicas e inventos ingeniosos, no permitía que las dudas se apoderaran de sus mentes. Así que no dejes que se obliguen a creer que no hay amor, que no se puede ganar dinero y que no se puede restaurar la salud.
Séptima ley: todos somos iguales. No hay personas que sean mejores que otra o de mayor rango. El Universo no tiene gradación a este respecto. Necesitas vivir y disfrutar cada momento sin obsesionarte con nada. El Universo no tiene favoritos a quienes les da todo y les quita todo a los demás. Todos somos iguales. Sin excepciones.
Ley Ocho: Cada pensamiento requiere una cierta cantidad de tiempo para realizarse.. A veces lleva más tiempo, a veces menos, pero nada sucede instantáneamente. Esto nos da la oportunidad de determinar qué es bueno y qué es malo para bloquear a tiempo los pensamientos negativos.
Ley Nueve: Superando las dificultades, nos volvemos más fuertes. Cualquier problema en cada área de la vida nos brinda una experiencia verdaderamente invaluable. Si quieres tener éxito, tendrás que aprender de los errores. Nadie ha logrado jamás cumplir un sueño a la primera y sin fracasar. Sólo a través de un camino lleno de baches y rotos se puede llegar a uno suave y agradable.
Ley décima: todo lo que vemos es impermanente. El mundo vive en dinámica. El Universo tiende al caos, exigiendo de nosotros lo contrario. Necesitamos entender lo que queremos. Necesitas realizar tu misión en este mundo. Este es el objetivo de cada persona.
Vive cada momento y no dejes que las dudas, la negatividad y las circunstancias te hagan dar la vuelta y retroceder. Incrementa tu energía para que tu conexión con el centro de abundancia del Universo solo se intensifique. Este mundo puede darte tanto que ni siquiera puedes imaginar. Buena suerte y no olvides presionar los botones y
El concepto de karma en religiones como el hinduismo y el budismo sugiere que nuestras acciones en el presente afectan nuestras vidas en el futuro; es decir, podemos mirar hacia atrás en nuestras decisiones pasadas y sacar conclusiones sobre cómo nos llevaron a nuestra situación actual. Por supuesto, esta teoría puede verse con escepticismo o incluso negarse por completo. Sin embargo, a veces todavía vemos una relación entre hacer buenas acciones y recompensa, y hacer malas acciones y castigo, aunque bien podemos pensar que se trata simplemente de una cuestión de intervención humana y no de una acción universal. Entonces, veamos las reglas universales de cómo funciona el universo.
● Las acciones significan más que las palabras.
Es posible que tengas las mejores intenciones y creas que eso te convierte en una persona digna. Sin embargo, este no es siempre el caso. No basta con tener buenos pensamientos en la cabeza, es necesario ponerlos en práctica.
● Todo importa
Se suele citar como ejemplo el efecto mariposa. Esto ayuda a demostrar cómo acciones aparentemente insignificantes pueden tener consecuencias duraderas. Puedes comprobar por ti mismo lo importantes que son todas tus acciones. Las manifestaciones más pequeñas pueden tener un gran impacto en el mundo que te rodea. La interconexión de acción es uno de los principios básicos de cómo funciona el Universo.
● Reconocer nuestro pasado
Para avanzar y mejorar usted mismo y su vida, debe estar dispuesto a examinar sus acciones pasadas. Perdónate por tus malas acciones y evita repetir esos errores. El crecimiento comienza cuando comprendes y aceptas su necesidad.
● Retorno de la inversión
Si te preguntas por qué el mundo no te brinda ninguna positividad, primero piensa si le estás dando al mundo alguna positividad. No tiene sentido . Sinceramente, es egoísta esperar que alguien te dé algo a cambio de nada. De hecho, el Universo funciona como un boomerang.
● Permanecer en el presente
El pasado ya no está en tu poder y no lo controlas. Pero aún puedes determinar un poco el futuro, pero sólo si te concentras en el presente. Cuando estás presente en el momento presente, mejoras tu yo futuro.
● Voluntad de cambiar
Ser terco e inflexible no hará nada para mejorar tu vida. Debes estar dispuesto a admitir que has cometido errores y mostrar un deseo de mejorar. No hagas la vista gorda ante tus propios errores.
● Positividad
Intenta darte cuenta de cuánta alegría hay en nuestro mundo y empieza a tomar las decisiones correctas. Si se siente deprimido, recuerde inmediatamente que el pensamiento positivo puede mejorar en gran medida las circunstancias de su vida y la forma en que percibe las cosas. ¡No funciona con la negatividad!
● Responsabilidad
La responsabilidad incondicional por tus acciones es una de las leyes más importantes del Universo. Con cada decisión que tomes, verás las consecuencias a largo plazo. Pase lo que pase a continuación, podrá comprender correctamente qué causó ciertos eventos.
● Dejemos que el mundo “trabaje” según sus leyes.
Cuando nos frustramos fácilmente, puede ser porque pensamos que el mundo nos debe algo. La vida no es inherentemente justa o injusta. La vida es sólo vida. La calidad de nuestra vida no está determinada por factores externos, sino por cómo los percibimos. Soltar aquellas cosas que ya cumplieron su propósito o están fuera del nuestro. No siempre podrás influir en las circunstancias. Incluso si entiendes cómo funciona el Universo. Entonces vale la pena aceptarlo.
● No te rindas
Debes estar preparado para esperar. Nunca sabes qué tan cerca estás de ganar. Y cuando te resulta especialmente difícil y quieres rendirte, lo más probable es que el punto de inflexión para mejor esté muy cerca.
Estos principios del funcionamiento del Universo no pretenden hacer que la vida humana sea dolorosa. Al contrario, ayudan a las personas a tomar un mejor control de sus vidas y a comprender las consecuencias de todas sus acciones. Cuando te des cuenta de que tus decisiones determinan el curso de tu vida, querrás hacer constantemente lo mejor, lo más justo y lo más justo posible.
Premio Iluminador
Fundación Zimin
"Cómo funciona el universo"
La cosmología como ciencia tiene sólo cien años, pero ya sabe mucho sobre cómo funciona nuestro Universo: cómo se formó todo lo que nos rodea, desde los átomos hasta las galaxias, dónde y cuándo ocurrió el Big Bang, qué significa la recesión de las galaxias. y cuál es el futuro del Universo. El libro de S.L. habla de esta ciencia y sus logros. “Cómo funciona el universo: una introducción a la cosmología moderna” (“Alpina Non-Fiction”) de Parnovsky, que se incluyó en la larga lista del Premio de la Ilustración de 2018. Ofrecemos a nuestros lectores N+1 familiarícese con un fragmento del mismo.
Big Bang
Entonces, en la década de 1930. Quedó claro que el Universo se está expandiendo, lo que se manifiesta claramente en el retroceso de las galaxias. Pero la respuesta a la pregunta de si el Universo tuvo un comienzo, también llamado Big Bang, no fue tan obvia como parece a primera vista. El concepto de Big Bang fue propuesto por Lemaitre en 1931, y el término en sí fue acuñado por Fred Hoyle en 1949. (Fred Hoyle se oponía a la idea de que el Universo tuvo un comienzo, y el término "Big Bang" fue originalmente usado en un contexto peyorativo.)
El hecho es que el valor de la constante de Hubble en el pasado podía diferir significativamente del actual. Si fuera mayor, significaría que se sobrestimó la vida útil del Universo y debió haber habido un Big Bang. Nos encontramos ante una situación similar en todos los tipos de modelo de Friedmann, en el que la constante de Hubble disminuye a medida que aumenta la edad del Universo, medida a partir del Big Bang. La ley según la cual cambia la constante de Hubble depende de de qué esté predominantemente lleno el Universo. Si el Universo está lleno de la llamada materia "fría", es decir, partículas y objetos cuya velocidad es significativamente menor que la velocidad de la luz, por ejemplo estrellas, polvo o gas interestelar, entonces la constante de Hubble disminuye según una ley. Si la materia se presenta en forma de partículas que se mueven a una velocidad igual (por ejemplo, fotones, cuantos de radiación electromagnética) o cercana (por ejemplo, un neutrino, que, según los conceptos modernos, tiene una masa en reposo pequeña distinta de cero) a la velocidad de la luz, entonces la caída se produce más rápido. En cualquier caso, en el momento del Big Bang, la constante de Hubble para el modelo de Friedmann es infinitamente grande.
Pero si la constante de Hubble fuera menor de lo que es ahora, podemos suponer una situación en la que las galaxias se dispersaron hasta su estado actual durante un período de tiempo infinito, es decir, en tales modelos el Universo siempre existió y simplemente no hubo Big Bang. Un ejemplo de tales modelos es la solución de De Sitter, en la que el Universo está vacío, pero hay una constante cosmológica. En este caso, el tamaño del Universo aumenta exponencialmente con el tiempo, es decir, antes era significativamente más pequeño. No hay Big Bang en este modelo. Sin embargo, existe un argumento aparentemente convincente en contra de los modelos que no son del Big Bang. Como las galaxias se están alejando, en el pasado estaban ubicadas más cerca unas de otras. Yendo más hacia el pasado, obtenemos un Universo con una densidad de materia muy alta.
Sin embargo, los astrónomos han ideado un modelo de un universo en constante expansión, en el que en el pasado habríamos observado exactamente la misma imagen que ahora. Este asombroso modelo, propuesto por Fred Hoyle y Jayant Narlikar, se llama estacionario y tiene características tanto del modelo estático de Einstein (nada cambia con el tiempo) como del modelo dinámico de Friedmann (el universo se está expandiendo). Los creadores de esta teoría propusieron el llamado "principio cosmológico ideal", o principio absoluto de Copérnico. El principio copernicano habitual establece que las propiedades del universo son las mismas en todos los puntos del espacio. Este principio surgió al darse cuenta de que la Tierra no es el centro del Universo y su ubicación no es algo especial. El principio cosmológico “ideal” añade a esto la independencia temporal. El deseo de un mundo ideal, combinado con la falta de evidencia directa en ese momento de la existencia del Big Bang, condujo al surgimiento de ideas tan extrañas.
Para que la densidad no disminuya durante la expansión del Universo, era necesario suponer que la materia surge de la nada de manera uniforme en todo el Universo y a una velocidad tal que compense la rarefacción causada por la expansión. Esta teoría de la creación continua de materia también puede describirse de una forma más velada. Supongamos que en el Universo existe un campo aún desconocido para la ciencia, llamado campo C (de la palabra inglesa creación - creación), que, por un lado, asegura la expansión del Universo y, por el otro, puede convertirse en materia ordinaria, asegurando su generación continua. Los cálculos han demostrado que, según esta teoría, debería nacer un átomo de hidrógeno cada mil millones de años.
Los artículos fundamentales sobre cosmología del estado estacionario fueron publicados por Herman Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle en 1948. Sorprendentemente, esta teoría todavía tiene varios partidarios, encabezados por Narlikar, uno de sus autores, que intenta explicar los datos cosmológicos modernos utilizando Modelo estacionario en el siglo XXI. En la reseña de Helga Krag se puede encontrar una descripción detallada del desarrollo de esta teoría. Cabe señalar que hay un número muy reducido de científicos que niegan el Big Bang.
La teoría del Big Bang se ha elaborado en detalle. Esto lo hizo un nativo de Odessa, Georgy (George) Gamow. Físico soviético, miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de la URSS, él y su familia huyeron a Occidente, donde continuó estudiando física. En el marco de la teoría del Big Bang, examinó en detalle todas las etapas por las que pasó el Universo en las primeras etapas de su existencia. La teoría respondió a la pregunta de qué partículas y en qué cantidad llenaron el Universo en cada momento, cómo cambió su temperatura, cómo se produjo la nucleosíntesis, es decir, la formación de núcleos de elementos más pesados a partir de elementos más ligeros.
Este fue el primer modelo cosmológico que no se limitó a resolver la ecuación de Einstein. Utiliza la solución cosmológica de Friedman, pero se prestó especial atención a de qué estaba lleno el Universo en las diferentes etapas de su desarrollo y qué procesos tuvieron lugar. El contenido del Universo influyó en el ritmo de su expansión, por lo que tanto la expansión del Universo como la evolución de la materia que lo llena debían estudiarse simultáneamente.
Todas las predicciones de la teoría de Gamow, que podían verificarse mediante datos astronómicos, fueron confirmadas y el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas se convirtió en un argumento decisivo a favor de su exactitud. Desde entonces, durante décadas, los cosmólogos han llamado a la teoría de Gamow el modelo cosmológico estándar porque subyace a todos los cálculos cosmológicos. Se aclararon algunos detalles, pero no se modificaron significativamente. Para ser justos, Gamow debería haber compartido el Premio Nobel de Física de 1978 con Penzias y Wilson, pero Gamow murió en 1968 y el Premio Nobel no puede otorgarse póstumamente.
Tenga en cuenta que, además del modelo cosmológico estándar, Gamow obtuvo otros resultados dignos del Premio Nobel, por ejemplo, creó la teoría de la desintegración alfa de los núcleos. Es difícil decir si el Comité Nobel consideró que este resultado no era lo suficientemente importante para el Premio Nobel o no quería pelear con la Unión Soviética, que claramente no estaría contenta si el premio fuera otorgado a un desertor. Es curioso que, en teoría, también podría optar al Premio Nobel de Fisiología o Medicina por explicar los principios de registro de información en el ADN mediante tripletes de nucleótidos.
Pero volvamos al modelo cosmológico estándar, que ciertamente merecía el Premio Nobel. Se puede encontrar una presentación popular de las conclusiones de este modelo en muchos libros, incluidos los de divulgación científica. El libro "Los primeros tres minutos" del premio Nobel Steven Weinberg, que describe los primeros tres minutos de la existencia de nuestro Universo, según la teoría de Gamow, se convirtió en un éxito de ventas en su época.
Pregunta:¿Dónde ocurrió exactamente el Big Bang?
Respuesta: Esta pregunta la pueden escuchar a menudo incluso los físicos profesionales. La respuesta es sencilla: elige el punto que quieras, por ejemplo la punta de tu nariz. Fue en ese momento cuando se produjo el Big Bang. Sin embargo, cualquier otro punto de nuestro Universo no es peor, ya que allí también se produjo el Big Bang, y al mismo tiempo. La historia de cualquier punto que se remonta al pasado (también llamada línea mundial) tarde o temprano desembocará en el Big Bang. El motivo de esta pregunta parecen ser imágenes de películas de divulgación científica, que a menudo ilustran el Big Bang desde fuera. En el Universo real, el Big Bang no se puede observar desde el exterior, ya que este "afuera" simplemente no existe. Si hacemos una analogía con la explosión de una bomba, entonces esta no es una explosión de bomba observada desde el exterior, sino una explosión de bomba desde el punto de vista de los microbios que viven en su interior, aunque esta analogía no es del todo correcta, ya que la bomba es no es un objeto puntual.
Pregunta:¿Se aplican las leyes de la física al Big Bang?
Respuesta: En términos matemáticos, el momento del Big Bang es lo que se llama una singularidad o característica. El término “singularidad cosmológica en el pasado” también se aplica al Big Bang. Cerca de tal singularidad, la curvatura del espacio-tiempo tiende al infinito.
Aquí es necesario hacer una pequeña digresión. El hecho es que la ciencia moderna parte del supuesto de que las leyes de la física son las mismas en todas partes de la parte observable del Universo. A pesar de las continuas pruebas de esta suposición, todavía no ha surgido ninguna duda razonable sobre su validez. Además, la palabra "observable" se menciona por una razón, ya que, según algunas teorías, más allá del horizonte cosmológico las leyes de la física pueden ser completamente diferentes.
Ahora volvamos al Big Bang. La ciencia moderna no puede describir el estado del Universo inmediatamente después, ya que aún no se han creado las teorías correspondientes (por ejemplo, la gravedad cuántica). Sin embargo, esperamos que las teorías existentes puedan describir de manera bastante satisfactoria el Universo, cuya edad excede significativamente la unidad de tiempo de Planck, aproximadamente igual a 10-42 s. Las palabras "esperamos" se utilizan aquí porque es poco probable que alguna vez podamos observar algo relacionado con esta etapa temprana de la existencia del Universo.
Pregunta:¿Por qué ocurrió el Big Bang?
Respuesta: Una pregunta como ésta es fácil de formular, pero difícil de responder. La mayoría de los cosmólogos creen que el Big Bang es el resultado de efectos cuánticos como la fluctuación cuántica o el túnel cuántico.
Pregunta:¿Cómo se pudo formar un Universo gigante con muchas galaxias como resultado de una fluctuación cuántica?
Respuesta: Comencemos con un hecho sorprendente sobre el gigantesco Universo con millones de galaxias. Se sabe que el núcleo atómico tiene una masa menor que la masa total de los protones y neutrones que lo constituyen, lo que, de hecho, es la razón de su existencia. Este fenómeno se denomina defecto nuclear (también llamado deficiencia) de masa. La masa, de acuerdo con la fórmula E = mc 2, disminuye por la energía de las interacciones nucleares dividida por el cuadrado de la velocidad de la luz. En nuestro Universo este efecto es insignificante. Pero en el campo gravitacional existe su propio déficit de masa gravitacional. Por tanto, la masa del Universo es igual a la masa de la materia que lo constituye menos el déficit de masa gravitacional. Para un Universo cerrado, la masa total es muy fácil de recordar: es igual a cero. El defecto de masa gravitacional compensa completamente la masa de materia.
Y formar un objeto con masa cero mediante fluctuaciones cuánticas ya no parece algo tan imposible.
Pregunta:¿Por qué no se están formando nuevos universos dentro de nuestro Universo?
Respuesta: Esto no es un hecho en absoluto. Hay hipótesis de que todo el tiempo nacen nuevos universos. Es posible que mientras leías esta frase se formara un nuevo universo a menos de un kilómetro de ti. Pero para un observador externo, este universo es similar a una partícula elemental exótica. Moisés Markov llamó a estas partículas Friedmons.
Pregunta:¿Qué pasó antes del Big Bang?
Respuesta: La ciencia moderna no puede dar ninguna respuesta a esta pregunta. Si alguien dice saber la respuesta, lo más probable es que esté equivocado. Una forma elegante de evitar responder a esta pregunta es decir que el tiempo apareció junto con nuestro Universo y que el concepto de “antes del Big Bang” simplemente no existe.
Leer completo:
Parnovsky S.L. Cómo funciona el universo: una introducción a la cosmología moderna. - M.: Alpina no ficción, 2018. - 277 p.
