Conozcamos sobre el Universo Físico

Resulta que los problemas planteados por la teoría de la relatividad general, están íntimamente relacionados con las preguntas acerca del origen, dimensiones y estructura del universo. Algunas de las preguntas emergentes pueden ser ¿El universo es finito o infinito?, ¿Qué antigüedad tiene nuestro sistema solar y nuestra galaxia?, ¿Cómo se formaron las galaxias?, ¿Cuántas galaxias existen y como están distribuidas?, ¿Cómo era el universo antes de la formación de estas galaxias? Hagamos un pequeño paseo por el universo físico, para ver que podemos encontrar.

Lo primero que es importante mencionar, es que la rama de la física que se ocupa de estas preguntas fundamentales, se le conoce como COSMOLOGÍA, es un campo que cambia con gran rapidez. Por ejemplo, en los últimos años, la edad de nuestra galaxia ha aumentado no en cinco años sino en diez millones de años.

En la actualidad, las teorías referentes al origen y dimensiones del universo se encuentran en un estado continuo de cambio. Las teorías que más suenan son las que se encuentran sustentadas en una firme base experimental. Sin embargo, expertos cosmólogos perciben que nuestros conocimientos de estas materias avanzan tan rápido, que en los próximos años (si no es que ya sucede) los nuevos descubrimientos pueden confirmar razonablemente alguna teoría y rechazar las restantes.

El telescopio de 508 centímetros de Monte Palomar puede captar aproximadamente diez mil millones de galaxias distribuidas uniformemente en el espacio hasta una distancia de unos seis mil millones de años luz, desde donde los rayos luminosos llegan demasiados débiles para ser detectados. Nuestra galaxia, cuyo diámetro mide aproximadamente 60.000 años luz, contiene alrededor de cien mil millones de estrellas, una de las cuales es nuestro Sol. La galaxia vecina más cercana es Andrómeda, tiene una estructura y dimensiones semejantes a la de nuestra propia galaxia.

Un estudio detallado realizado a las reacciones termonucleares nos permite calcular la edad de ciertas estrellas, nuestra galaxia se formó hace aproximadamente unos veinte mil millones de años, aun cuando se siguen formando estrellas en su interior (algunas solo tienen un millón de años de edad). La fuerza de atracción gravitatoria suministra el mecanismo necesario para que las pequeñas partículas de materia se reúnan y formen estrellas.

Pero, quizás el hecho experimental más significativo es la observación de que todas las galaxias se alejan entre sí con velocidades proporcionales a la distancia que las separan. La constante de proporcionalidad es tal que las galaxias apenas visibles, a distancias de cinco mil millones de años luz se apartan con velocidades siete veces mayor que las velocidades necesarias para el escape mutuo, esta velocidad de la luz. La velocidad de retroceso se determina a partir del desplazamiento en la longitud de onda de la luz emitida por estas galaxias. Cuando una fuente luminosa se retira de nosotros, la longitud de onda de su luz aumenta (a este fenómeno se le cono ce como corrimiento hacia el rojo o desplazamiento Doppler).

Si se toma en cuenta lo ocurrido en el pasado, se llegaría a la conclusión de que todas las galaxias del universo estaban acumuladas en nuestra región del espacio hace diez mil millones de años. De hecho, una de las principales teorías cosmológicas propone que hace diez mil millones de años, toda la materia del universo estaba concentrada con la misma densidad que un núcleo. Para aquella época, todas las galaxias visibles podrían estar contenidas en una esfera menor que la del diámetro de la órbita de Júpiter. Después de una misteriosa reacción se originó una gigantesca explosión del núcleo primordial, teniendo como consecuencia que la física tomara una nueva dirección. Por consiguiente, las galaxias que se alejan de nosotros corresponden a las esquirlas o trozos de una granada de mano que ha explotado. Esta explicación del universo en expansión recibe el nombre del “Gran Estadillo” o la Teoría del big-bang.

Ahora bien, esta teoría posee una importante competidora, la cual se trata de la Teoría del Estado Estacionario, que supone un principio generalizado de uniformidad. Este principio establece que la apariencia del universo debe ser la misma sin importar el lugar del espacio desde donde se aprecia. Esto concuerda con la observación. Sin embargo, el principio de la uniformidad también establece que el universo conserva el mismo aspecto desde cualquier posición en el tiempo, es decir, siempre ha sido igual en el pasado y será igual en el futuro. En la Teoría del Estado de Régimen Constante, este principio de uniformidad se satisface al suponer que se está creando materia continuamente, con la misma rapidez que disminuiría la densidad media de la materia a causa de la expansión del universo. La rapidez de expansión observada es tal que la densidad media de la materia permanecerá constante, si se produce un neutrón (o un átomo de hidrogeno) cada año. Dentro de un volumen de 10 exponente a la 15 centímetros cúbicos, o sea, un kilómetro cúbico. Se podría objetar que la producción espontanea de neutrones quebrantaría nuestras leyes de conservación de la energía, conservación del impulso y conservación de partículas pesadas, pero constituye una violación extremadamente endeble de estas “leyes de conservación”.

La ventaja de la teoría del estado de régimen constante, es que hace muchas predicciones “atrevidas” que pueden someterse a comprobación. Un ejemplo de ello, es una predicción de que la distribución de la edad de las galaxias debería ser uniforme, no solo para las cercanas sino también para las distantes. Otra predicción consiste en que las reacciones termonucleares en estrellas ordinarias deben ser capaces de producir elementos pesados, tales como el uranio, a partir de lo que era originalmente hidrógeno. Hasta ahora, todos esto vaticinos han resistido las pruebas. En los próximos años, podemos esperar que se examinen unas predicciones más.

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