Cita de: Homer en 28-Ago-07, 21:55Por lo que me pereció entender, se llegó a la conclusión de la expansión porque el brillo decrece con la cuarta potencia del desplazamiento al rojo.

Exacto, la variación del brillo con la cuarta potencia es una prueba de la expansión, conocida como test de brillo de Tolman.

Cita de: Homer en 28-Ago-07, 21:55Pero  teniendo en cuenta la expansión angular relativista en "popa" también sale una función del desplazamiento de grado -4 (muy enrevesada, seguro que metí otra vez la pata).

Desconozco eso, quizás podrías explicar cómo llegas a ese resultado.

Un saludo.

Cita de: Homer en 27-Ago-07, 18:26En cualquier caso el problema tendría sentido dentro de un modelo de expansión del tipo "metralla" pero no en el modelo vigente, el globo que se hincha, donde la materia son puntos que se alejan sin moverse realmente de su sitio. En este modelo la longitud de onda no aumenta por el efecto Doppler sino porque el espacio se dilata durante el tránsito. Y aquí me surge la duda, si la regla con la que se mide la longitud de onda también está dibujada en el globo, ¿cómo es posible detectar tal expansión?

Efectivamente el flujo de Hubble no es un movimiento de galaxias en el espacio sino una expansión del espacio con galaxias en reposo sobre él. Esto hace que las fórmulas para el desplazamiento al rojo sean totalmente diferentes a las del efecto Doppler (y las puedes encontrar aquí). Por cierto que el desplazamiento al rojo de la expansión del espacio también contribuye a modificar el brillo de los objetos, cosa que naturalmente es tenida en cuenta (la fórmula para el flujo en un espacio en expansión la puedes encontrar aquí).

No obstante, tu papel no parece tocar el tema del movimiento de las galaxias, sino el de las estrellas, o los objetos como polvo interestelar, dentro de ellas. Estos objetos son los que al fin y al cabo contribuyen a la luminosidad de las galaxias. Ciertamente estos verán modificado su brillo según su velocidad aparente de recesión que se sigue de la ley de Hubble provocada por la expansión del espacio, como he mencionado antes. Pero eso es prácticamente todo, ya que no hay modificación detectable del brillo debido a un movimiento peculiar, de estrellas dentro de la galaxia, que pueda ser debida a un efecto Doppler. Esto es así por dos razones.

Primera, que las velocidades peculiares de las estrellas son despreciables frente a los desplazamientos al rojo altos de muchas de las supernovas Ia y en general de muchas galaxias que las contienen. Segunda, que la velocidad peculiar de las estrellas es una distribución estadística respecto de la línea de visión, es decir, existen tanto estrellas cuyo movimiento peculiar contribuye con un Doppler de desplazamiento al rojo (aunque despreciable) adicionalmente al desplazamiento al rojo de la expansión del espacio, como estrellas cuyo movimiento peculiar contribuye con un desplazamiento al azul en contra del desplazamiento al rojo de la expansión del espacio. Todo esto son dificultades para describir variaciones de brillo, sin hablar de la dificultad de describir una ley de Hubble. (Por cierto, que la variación del brillo es también una prueba esencial de la cosmología moderna, y es conocida como test de Tolman).

Por otro lado, la razón de que observemos la expansión, pese a que nuestro metro de medida pudiese estar cambiando, es el hecho de que tal expansión es proporcional a la distancia. Son los fotones más lejanos los que más desplazados están. No obstante, aquí hay una salvedad sutil: lo que es de hecho indistinguible observacionalmente es la expansión del espacio y una posible contracción de la materia o el metro de medida (es decir, una variación de los orbitales atómicos en la emisión lejana de fotones). Sin embargo, la hipótesis de la contracción de la materia requiere de una teoría diferente a la relatividad general distinguible en principio a través de los tests estándar del sistema solar.

Supongo que es mucha información en poco espacio, pero si hay interés puedo extenderme.

Un saludo.

La fórmula la encuentras en:
http://en.wikipedia.org/wiki/Casimir_effect

A mí las unidades me cuadran. Pon

F = kg m / s²
A = m²
h = m² kg / s
c = m / s

y verás como sale.

Claro que todo depende qué se entienda con el término "universo". Es cosa de definición, que no invalida la discusión. En mi aportación anterior entiendo por universo algo cuya expansión empezó con el big-bang y evolucionó causalmente de acuerdo a determinadas leyes físicas. En tal caso pueden existir universos paralelos; son regiones separadas con leyes diferentes, o espacio-tiempos distintos. Si quieres llamar universo a todo lo que hay, no hay ningún problema. En tal caso, nos inventamos un término nuevo para lo que hablamos, como, por ejemplo, "región cosmológica", y seguimos el debate con toda su validez.

Un saludo.

Cita de: "Altair"La cuestión es, si en la gran explosión del Big Bang se formó nuestro universo que comenzó a expandirse hasta lo que hoy conocemos, ¿como sabemos que en esa misma explosión no se formaron otros universos paralelos al nuestro que también han seguido su propia "evolucion" ?

No lo sabemos. Es algo que no podemos descartar ni probar por el momento.

Cita de: "Altair"¿Porqué nuestro universo tiene que ser "único"?

En principio no parece haber ninguna razón para que lo sea.

Entre los modelos de cosmología cuántica que se postulan hoy existen algunos que asumen que el universo es solo uno entre muchos. Uno de los más fervientes defensores de esta idea es Alexander Vilenkin, entre otros como Jaume Garriga o Andrej Linde. Por cierto que Vilenkin tiene un libro popular y muy ameno sobre el asunto titulado "Many Worlds In One".

Vilenkin formula algo que denomina "principio de mediocridad cosmológico", que consiste en asumir que vivimos en un universo normal con una desviación estadísticamente pequeña respecto de los valores medios de aquellos parámetros físicos que pueden variar entre universos.

Esta idea es difícilmente verificable hoy, aunque no está descartado que no pueda ser verificable en el futuro. Su mayor ventaja es que proporciona una solución elegante al problema del ajuste fino.

Este problema consiste en que existen parámetros físicos de los que sabemos que podrían tener otros valores en principio, pero si este fuera el caso, entonces el universo sería completamente distinto y no habría dado lugar a complejidad y vida. La física se ve en apuros para explicar por qué estos parámetros toman los valores que toman y el argumento estadístico de Vilenkin plantea una respuesta a esto.

En el fondo la pregunta es en qué medida estamos dispuestos a aceptar un universo único, extremadamente improbable en un rango posible de valores de sus parametros variables.

Esta es la situación que la física estándar actual y las observaciones actuales parecen indicarnos. Es más, las teorías que van más allá del modelo estándar, que pretenden servir de base para unificar las interacciones conocidas, indican que el número de soluciones y valores posibles para parámetros variables es colosal. Por otro lado, las observaciones no nos llevan más allá de nuestro propio universo.

El espíritu científico actual llama a encontrar dos tipos de soluciones. O bien explicar el problema del ajuste fino a través de una teoría que ajuste esos valores por necesidad, es decir, que nos diga que los parámetros toman esos valores y no otros. O bien aceptar el argumento estadístico de Vilenkin. El desarrollo actual de nuevas teorías no parece favorecer la primera alternativa.

Existe también una tercea opción, la de un universo improbable. Esta sería una revolución para nuestro modo de hacer ciencia, ya que  la existencia de un suceso altamente improbable requiere siempre de una justificación en la ciencia actual.

Un saludo.

Los datos en cosmología se suelen dar en desplazamiento al rojo y no en años. Los años se usan rara vez, aunque sí usualmente en artículos populares o divulgativos. La reionización empieza en z ~ 30 y dura hasta z ~ 7, límites para los cuales hay varios indicadores observacionales. Para traducir de desplazamiento al rojo a años puedes usar mi calculadora cosmológica. Ahí también puedes ver que la edad del universo para los parámetros cosmológicos que se cargan con la página (que son los que proporcionan las estimaciones del WMAP) es de unos 13.700 millones de años.

Un saludo.

Cita de: "CARLITOS"Leyendo el artículo me surge la siguiente duda. Recientes estudios sitúan la formación de las primeras estrellas, Población III, tan solo 200 millones de años tras el Big Bang (hace 15000 millones de años), antes incluso que de la formación de las primeras galaxias. Estas estrellas se formarían a un ritmo muy elevado a partir de grandes nubes de H2, y no en nubes moleculares como en la actualidad, en un proceso de formación estelar que solo podría dar como origen estrellas de gran masa  (vida muy corta), estallando como supernovas y aportando nuevos elementos químicos para la formación de estas nubes moleculares. Por lo ello me sorprende que el artículo cite que hace 12000 millones de años el espacio dejase de ser un área de gas neutro. No me salen las cuentas.

Las primeras fuentes de luz aparecen a un desplazamiento al rojo z ~ 30, que son unos 100 millones de años tras el big-bang (hace 13.700 millones de años). Con la radiación que emiten esas primeras estrellas así como cuásares, reionizan el medio intergaláctico. Este proceso acaba alrededor de z ~ 7, unos 800 millones de años tras el big-bang.

Un saludo.

En el modelo cosmológico estándar Lambda-CDM (Lambda para constante cosmológica y CDM para materia oscura fría) la formación de estructuras procede por acreción de estructuras menores en mayores en un proceso de formación jerárquica. Las primeras estructuras de materia bariónica se forman tras la recombinación a un desplazamiento al rojo z ~ 1000, cuando los fotones en el universo dejan de interactuar con la materia bariónica y dejan de impedir el colapso gravitatorio de esta. Estas estructuras tienen el tamaño de cúmulos globulares actuales, con diez o cienmil masas solares (esta es la masa de Jeans tras la recombinación, por lo que estructuras bariónicas menores no pueden formarse).

Tras una violenta historia de colapso del gas bariónico, donde las colisiones y el colapso disipativo son el mecanismo principal (colapso con enfriamiento y pérdida de energía debido a la transparencia de las nubes y consiguiente disminución de la masa de Jeans) las primeras estrellas se empiezan a formar a z ~20. Estas estrellas son muy masivas y muy luminosas ya que el proceso de enfriamiento no es tan efectivo como con metales (que en aquella época todavía no existen). La luz de estas estrellas, agrupadas en estructuras mayores, es la que se cree haber observado con el Spitzer.

No obstante, el estudio sólo procede por descarte de luces conocidas, eliminándolas del fondo cósmico de luz infrarroja (no confundir con el fondo de microondas). Populaciones de galaxias desconocidas o no muy normales emitiendo a temperaturas no muy altas a desplazamientos al rojo bajos, no pueden ser descartadas por el momento. Harán falta observaciones más precisas y a su vez censos galácticos más potentes para ir solidificando este indicio con el tiempo.

Un saludo.

Se trata de un cálculo poco riguroso pero que creo debería valer en órdenes de magnitud. Simplemente consiste en restar a la densidad de energía lambda la densidad de energía que la configuración de dos placas roban al vacío cuántico.

Para ello hay que calcular el incremento en la densidad de energía que la configuración de las placas produce entre ellas. Partiendo de la fuerza de Casimir por unidad de area, que atrae a las dos placas:

F / A ~ hc / d^4

siendo h la constante de Planck, c la velocidad de la luz en el vacío y d la distancia entre las placas, se puede calcular la pérdida de energía entre las placas como un trabajo (W) negativo realizado por el vacío o por la fuerza F a distancia d:

E ~ W ~ F d

Por lo que:

F / A ~ E / V ~ hc / d^4

La densidad energética total será la del vacío menos esta:

d_{total} = lambda - hc / d^4

En unidades de Planck, lambda ~ 10^{-120} como se puede leer aquí. Por tanto, como en unidades de Planck h = c = 1:

d_{total} = 10^{-120} - 1 / d^4

Para que d_{total} < 0, se tiene que d < 10^{30} longitudes de Planck, que son 10^{-5} metros.

Un saludo.

La idea es la siguiente. El cero de energía para la teoría cuántica de campos se toma arbitrariamente y lo que interesa son valores respecto de él, que nos permitan distinguir lo que conocemos como "vacío", sin partículas, de excitaciones comportándose como partículas.

Para la relatividad general la cosa cambia. Cambia porque no está permitido tomar el cero de energía donde uno quiere y separar entre energía positiva y negativa a placer. La energía positiva es aquella que produce una deformación del espacio-tiempo como conocemos, generando gravitación y cumpliendo el principio de equivalencia, tal y como lo conocemos. La energía negativa se comporta de otra forma y su deformación inducida en el espacio-tiempo es o sería otra (por ejemplo agujeros de gusano, como bien mencionas).

Por tanto, la pregunta es si la energía negativa obtenida en un experimento Casimir corresponde también con energía negativa gravitacional. Esto depende del valor en energía gravitacional que nos proporciona la energía del vacío de todos los campos juntos, aquella que por decreto en la teoría cuántica de campos tomamos como cero, pero que ahora debemos considerar. Aquí hay una sutileza respecto de la forma de calcular esta energía, ya que no es exáctamente igual a la integral de 1/2 w h de todos los campos, sino que aparecen interacciones entre ellos que proporcionan otras contribuciones también. Pero esto no es importante.

La pregunta es ¿cómo considerar esa energía y cómo saber cuál es su valor real a efectos gravitatorios? No tenemos otro modo de hacer esto salvo la observación experimental, ya que la respuesta teorica debería venir probablemente de una teoría que unifique cuántica y gravitación a un nivel fundamental. La observación experimental relevante aquí es la cosmología, concrétamente los datos de distancias de luminosidad de la supernovas Ia, que indican una aceleración de la expansión del espacio. Esta se puede (pero no tiene por qué) deber a una energía del vacío. Los datos indican que esta energía es muy pequeña ("lambda") pero no igual a cero.

Por tanto, para encontrar concordancia entre la teoría cuántica de campos, la relatividad general y la cosmología, asumimos que nuestro vacío cuántico tiene una energía que no tomamos como cero sino como el valor pequeño "lambda". Esto es, si ponemos dos placas muy cercanas, hay longitudes de onda que no pueden existir y que se restan a la energía total del vacío cuántico, por tanto, de "lambda". Si la distancia entre las placas es suficiéntemente pequeña, la cantidad de longitudes de onda que no pueden existir es suficiéntemente grande como para que la energía restada a "lambda" de lugar a un valor negativo. Este valor "suficiéntemente pequeño" no es extremadamente pequeño. Un cálculo mío propio me da un valor de 1 micrometro (si hay interés puedo contar cómo llego a él).

También está por ver en qué medida este análisis es correcto a falta de una teoría cuántica de la gravitación. Pero al menos deja la puerta abierta a todo tipo de especulaciones sobre la posibilidad tecnológica de crear agujeros de gusano, etc.

Un saludo.

Creo que pese a tratarse de un aspecto complejo, no es demasiado difícil de entender si se tienen unas ligeras ideas de lo que significa la física cuántica.

Cada campo tiene su vacío en la teoría cuántica de campos. Con esto término se entiende su estado de mínima energía. Esta energía mínima se sigue de lo siguiente. En general, en la teoría cuántica de campos los campos quedan descrito por una colección o serie de osciladores armónicos a distintas longitudes de onda (todas las posibles). Esto se sigue del mero hecho de modelar el comportamiento del campo como una superposición de ondas a distintas frencuencias.

Si hay un oscilador de estos "activado" se dice que existe una exictación del campo dando lugar a una o varias partículas de esa longitud de onda (o momento lineal según la relación de de-Broglie). Cuando no existen partículas el campo está en su estado vacío.

No obstante, quizás sabrás que en su estado fundamental un oscilador armónico cuántico no tiene energía nula, sino E = 1/2 w h, siendo w la frecuencia y h la constante de Planck. Esto es debido al principio de incertidumbre que impide determinar posición y momento con precisión arbitrariamente grande, lo cual impide por tanto que la energía cinética y potencial en la ecuación de movimiento clásica del oscilador se anulen simultaneamente.

Bien, el caso es, por tanto, que la energía del vacío del campo es una integral sobre todas las frecuencias de 1/2 w h. Esta integral es infinita, pero en la teoría cuántica de campos lo que interesan son diferencias de energía respecto de este valor que se toma como cero.

En el caso del efecto Casimir ocurre que se ponen dos placas muy cerca la una de la otra, de forma que debido a condiciones de contorno geométricas cualquier onda que sobreviva de forma estable en su interior ha de ser necesariamente estacionaria (ha de tener un nodo en cada placa). Esta claro que esto hace que en la integral 1/2 w h haya longitudes de onda (y por tanto frecuencias) que no contribuyen a ella y, por tanto, el resultado, aunque igualmente infinito, sea menor que antes. Como antes se había definido el resultado como valor cero de energía, ahora el resultado es negativo.

Esto vale para la teoría cuántica de campos. Las implicaciones de esta posible energía negativa en la relatividad general y la física de la gravitación son otra historia, que muy a menudo suele comentarse en este contexto, pero que requiere también de cierto cuidado con los detalles.

Un saludo.

Cita de: "latinquasar"Lo que no comprendo muy bien es por qué estando a 12.880 millones de años luz de la Tierra puede tener una antigüedad de 780 millones de años. En fin, si la edad del Universo es de 13.660 millones de años, la suma de las dos anteriores cifras equivale a la edad del U.  

Para eso está mi calculadora cosmológica.

Si introduces z = 7, verás que la distancia de 12.880 millones de años luz es la "distancia recorrida por la luz" y no la distancia que mediríamos hoy si pusieramos un metro hasta el objeto (que es la "distancia propia de la fuente hoy"). Evidentemente, este procedimiento de poner un metro no es realista para cosmología, pero corresponde a la noción usual de distancia. Cuando mides algo pones un metro y haces una marca en el metro ahí donde se encuentra el objeto, para luego ver cuánto mide la distancia. La distancia que lees en la marca corresponde con la distancia en la superficie (hipersuperficie de tres dimensiones) de tiempo constante para un tiempo un instante antes de tu lectura (el tiempo cuando hiciste la marca). Esto es irrelevante para las situaciones cotidianas, ya que el espacio es estático, pero para un espacio dinámico es importante definir la distancia de tal forma. Si te fijas la calculadora proporciona un valor de la distancia sobre una superficie de tiempo constante de 28.750 millones de años luz hasta el objeto en z = 7.

La distancia recorrida por la luz es otra. Considera el universo que empieza a existir. A un tiempo t = 780 millones de años aparece un objeto que emite luz. Este luz recorre 12.880 millones de años hasta alcanzarnos a nosotros hoy que estamos localizados a un tiempo t = 13.700 millones de años. No obstante, como el espacio entre el objeto y su luz emitida ha expandido desde entonces, la distancia actual (sobre una superficie de tiempo constante) entre el objeto y nosotros es mayor, concrétamente de 28.750 millones de años luz.

CitarIt appears that as we look farther back in time, galaxies get rarer and rarer. The number of galaxies with a redshift of 7.0 (which corresponds to a time about 780 million years after the Big Bang) seems smaller than what astronomers see at a redshift of 6.6 (which corresponds to a time about 840 million years after the Big Bang). Since the number of known galaxies at a redshift of 7.0 is still small (only one!) it is difficult to make robust statistical comparisons. However, it is possible that the decrease in number of galaxies at higher redshift is due to the presence of neutral hydrogen absorbing the Lyman-alpha emission from galaxies at higher redshift. If further research can confirm that the number density of similar galaxies decreases between a redshift of 6.6 and 7.0, it could mean that IOK-1 existed during the epoch of the universe's reionization.

Antes de la época de la recombinación el universo estuvo compuesto por un plasma ionizado con protones y electrones sueltos, además de fotones, neutrones, algún que otro neutrino y materia oscura. Ese plasma no era transparente a la radiación, ya que los fotones chocaban con los electrones constantemente. Durante la recombinación, al expandirse el universo y disminuir la temperatura y la energía de los fotones, protones y electrones se unieron para forma hidrógeno neutro y los fotones tuvieron camino libre. Este es el orígen del fondo cósmico de radiación.

A partir de entonces el hidrógeno neutro recién formado pudo empezar a colapsar gravitacionalmente (antes no podía debido a su interacción con la radiación) y empezaron a formarse las primeras estructuras materiales. El universo entró en una época en la que todavía no existían fuentes de luz y en la que existía hidrógeno neutro como componente básico del universo. Con la emisión de la primer a luz de las estrellas y los cuásares el hidrógeno neutro empezó a ionizarse (el hidrógeno neutro absorbe fotones cuya energía corresponde con la transición Lyman-alfa, perdiendo su electrón). Se piensa que la práctica totalidad del hidrógeno intergaláctico quedó ionizada en un tiempo entre 20 > z > 7, o algo así. Esta época marca el final de la época oscura y se conoce como "reionización".

La luz procedente de aquella época tiene dificultades para alcanzarnos, ya que necesita atravesar hidrógeno neutro intergaláctico. Esta es la razón por la que se espera que la densidad en el número de galaxias observadas decrezca a partir de cierto valor de z. Por el momento esto no se ha observado y la cantidad de galaxias lejanas observadas es demasiado pequeña como para poder hacer afirmaciones fundadas.

Un saludo.

He escrito un pequeño artículo en mi weblog sobre la observación visual de constelaciones que contienen estrellas de nuestro entorno galáctico. Si voy encontrando tiempo éste será el primer capítulo de una serie:

La observación visual del cielo: El cinturón de Gould

La idea en el fondo es revindicar un poco el placer de la observación puramente visual, olvidada en este mundo en el cual lo primero que pensamos es en adquirir rápidamente un telescopio mayor. Una observación con reflexión, con conocimiento y conciencia de la relevancia de lo que se mira. Naturalmente las posibilidades son algo limitadas en cuanto a cantidad de objetos, pero esto no quita para el placer que pueden proporcionar y tampoco justifica el desconcertante hecho de que por ejemplo el cinturón de Gould quede ausente de muchas guías estelares.

Os animo a aportar ideas o experiencias en este hilo y espero que os guste el artículo.

Un saludo.

Cita de: "virginia"como explicar este diseño ? diferentes valores de constantes, las leyes de la  Fisica y las leyes de la Naturaleza pueden cambiar,... vida basada en el carbono...

Ese es uno de los misterios mas profundos a los que se enfrentan la ciencia y la cosmología actuales y el camino para resolverlos representa sin duda una de las aventuras mas grandes a de la humanidad. Me temo que hoy no  tenemos todavía ningún indicio de una posible respuesta.

No es cosa de creer o no creer, sino de ajustar el modelo cosmológico a los datos empíricos que hay. Sin duda podría haber un exterior, pero entonces el modelo cosmológico actual sería incorrecto. Estríctamente, deberíamos decir que, dado que el modelo cosmológico actual tiene ya una verificación experimental considerable, el nuevo modelo con un exterior debería incluirlo.

Un buen ejemplo de esto es el modelo cosmológico de los matemáticos Joel Smoller y Blake Temple, que en parte describo en mi página. Se trata de una esfera contenida en un espacio exterior estático preexistente, cuyo borde lo forma una onda de choque debida a la explosión de algo o debido a otro tipo de suceso cataclísmico.

El interior de la esfera puede aproximarse por una solución cosmológica para distancias mucho menores que el radio de la esfera y, por tanto, para que este modelo pueda funcionar, es necesario que el radio de la esfera sea del orden del radio del universo observable y que nosotros estemos en su centro. Es decir, en principio a distancias bastante menores que el radio del universo observable, esa solución es indistinguible del modelo cosmológico actual.

No obstante, tiene varios problemas. Primero, no cumple en principio cosmológico, ya que nos pone en el centro del universo y, además, a distancias mayores que el universo observable la homogeneidad deja de ser válida de forma abrupta. Segundo, introduce elementos cuyo estátus físico es algo dudoso, el espacio exterior y la onda de choque, inobservables al día de hoy, de naturaleza desconocida, y, lo peor, que necesitan una justificación teórica en el marco de la relatividad general (por ejemplo un espacio estático exterior requiere de condiciones muy precisas).

Esto es sólo un ejemplo y supongo que hay muchos. No hay nada que nos indique que el universo o nuestra parte de universo conocida tenga un borde hacia otra cosa por lo que por el momento no hay necesidad de considerarlo.