viernes, 15 de noviembre de 2013
BIG BANG
Por motivo de trabajo final, elaboramos un e-portfolio grupal en el cual nos detendremos a ampliar específicamente este tema. Para poder conocer un poco más acerca de la evolución del Universo, les dejo a disposición un enlace que los llevará a nuestro e-portfolio grupal.
TEORÍA DE CUERDAS
La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".
De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.
Las ideas fundamentales son dos:
-Los objetos básicos de la teoría no serían partículas puntuales sino objetos unidimensionales extendidos (en las cinco teorías de cuerdas convencionales estos objetos eran unidimensionales o "cuerdas"; actualmente en la teoría-M se admiten también de dimensión superior o "p-branas"). Esto renormaliza algunos infinitos de los cálculos perturbativos.
-El espacio-tiempo en el que se mueven las cuerdas y p-branas de la teoría no sería el espacio-tiempo ordinario de 4 dimensiones sino un espacio de tipo Kaluza-Klein, en el que a las cuatro dimensiones convencionales se añaden 6 dimensiones compactificadas en forma de variedad de Calabi-Yau. Por tanto convencionalmente en la teoría de cuerdas existe 1 dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 dimensiones compactificadas e inobservables en la práctica.
La teoría de supercuerdas es algo actual. En sus principios (mediados de los años 1980) aparecieron unas cinco teorías de cuerdas, las cuales después fueron identificadas como límites particulares de una sola teoría: la Teoría M. Las cinco versiones de la teoría actualmente existentes, entre las que pueden establecerse varias relaciones de dualidad son:
La Teoría de cuerdas de Tipo I, donde aparecen tanto "cuerdas" y D-branas abiertas como cerradas, que se mueven sobre un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Las D-branas tienen 1, 5 y 9 dimensiones espaciales.
La Teoría de cuerdas de Tipo IIA, es también una teoría de 10 dimensiones pero que emplea sólo cuerdas y D-branas cerradas. Incorpora dos gravitines (partículas teóricas asociadas al gravitón mediante relaciones de supersimetría). Usa D-branas de dimensión 0, 2, 4, 6, y 8.
La Teoría de cuerdas de Tipo IIB. Difiere de la teoría de tipo IIA principalmente en el hecho de que la esta última es no quiral (conservando la paridad).
La Teoría de cuerda heterótica SO(32) (Heterótica-O), basada en el grupo de simetría O(32).
La Teoría de cuerda heterótica E8xE8 (Heterótica-E), basada en el grupo de Lie excepcional E8. Fue propuesta en 1987 por Gross, Harvey, Martinec y Rohm.
De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.
Las ideas fundamentales son dos:
-Los objetos básicos de la teoría no serían partículas puntuales sino objetos unidimensionales extendidos (en las cinco teorías de cuerdas convencionales estos objetos eran unidimensionales o "cuerdas"; actualmente en la teoría-M se admiten también de dimensión superior o "p-branas"). Esto renormaliza algunos infinitos de los cálculos perturbativos.
-El espacio-tiempo en el que se mueven las cuerdas y p-branas de la teoría no sería el espacio-tiempo ordinario de 4 dimensiones sino un espacio de tipo Kaluza-Klein, en el que a las cuatro dimensiones convencionales se añaden 6 dimensiones compactificadas en forma de variedad de Calabi-Yau. Por tanto convencionalmente en la teoría de cuerdas existe 1 dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales ordinarias y 6 dimensiones compactificadas e inobservables en la práctica.
La teoría de supercuerdas es algo actual. En sus principios (mediados de los años 1980) aparecieron unas cinco teorías de cuerdas, las cuales después fueron identificadas como límites particulares de una sola teoría: la Teoría M. Las cinco versiones de la teoría actualmente existentes, entre las que pueden establecerse varias relaciones de dualidad son:
La Teoría de cuerdas de Tipo I, donde aparecen tanto "cuerdas" y D-branas abiertas como cerradas, que se mueven sobre un espacio-tiempo de 10 dimensiones. Las D-branas tienen 1, 5 y 9 dimensiones espaciales.
La Teoría de cuerdas de Tipo IIA, es también una teoría de 10 dimensiones pero que emplea sólo cuerdas y D-branas cerradas. Incorpora dos gravitines (partículas teóricas asociadas al gravitón mediante relaciones de supersimetría). Usa D-branas de dimensión 0, 2, 4, 6, y 8.
La Teoría de cuerdas de Tipo IIB. Difiere de la teoría de tipo IIA principalmente en el hecho de que la esta última es no quiral (conservando la paridad).
La Teoría de cuerda heterótica SO(32) (Heterótica-O), basada en el grupo de simetría O(32).
La Teoría de cuerda heterótica E8xE8 (Heterótica-E), basada en el grupo de Lie excepcional E8. Fue propuesta en 1987 por Gross, Harvey, Martinec y Rohm.
Large Hadron Collider o LCH
El Large Hadron Collider o LCH (Gran Colisionador de Hadrones) se emplea para hacer chocar entre sí haces de protones que marchan en sentidos opuestos y así generar inmensos volúmenes de otras partículas de alta energía y alta temperatura. Con ello se explora la física de los tiempos muy tempranos del universo. Particularmente, se busca una partícula elemental llamada técnicamente bosón de Higgs que, dentro del modelo estándar de la física subatómica, otorga masa a las demás partículas. Por eso, alguien tuvo la ocurrencia de llamarla partícula de Dios y, por extensión, se habló de la máquina de Dios, sin que se trate en ambos casos de otra cosa que una fantasía.
Es un circuito cerrado por la tecnología actual. Hacer un recorrido lineal requeriría varias veces los 27Km. que tiene el circuito cerrado, resultaría muy caro y sería inestable. En un acelerador de circuito cerrado se puede dar más empuje a las partículas sin tener que extender la longitud de su recorrido. El límite es la capacidad de hacer girar una partícula cargada a la que se entregó mucha energía. Se necesitan campos magnéticos muy intensos y los que isa el LHC son los más altos alcanzados con la tecnología actual. Una razón más prosaica es que el túnel ya existía desde hace años, y se construyó el mejor acelerador compatible con lo que ya estaba.
No se advierte que pueda haber peligro en explorar las cosas nuevas que se ensayarán. El universo hace constantemente lo que hará el acelerador y no se han visto consecuencias catastróficas. Los rayos cósmicos que llegan a la Tierra y chocan con la materia de la atmósfera superior traen energías mayores, en algunos casos enormemente mayores. La diferencia es que en el acelerador se puede controlar el experimento y analizar con detalle lo producido.
INFLACIÓN CÓSMICA
La inflación cósmica es un conjunto de propuestas en el marco de la física teórica para explicar la expansión ultrarrápida del universo en los instantes iniciales y resolver el llamado problema del horizonte.
La inflación es actualmente considerada como parte del modelo cosmológico estándar de Big Bang caliente. La partícula elemental o campo hipotético que se piensa que es responsable de la inflación es llamada inflatón.
La inflación sugiere que hubo un periodo de expansión exponencial en el Universo muy pre-primigenio. La expansión es exponencial porque la distancia entre dos observadores fijos se incrementa exponencialmente, debido a la métrica de expansión del Universo.
La inflación resuelve varios problemas en la cosmología del Big Bang que fueron señalados en los años 1970. Estos problemas vienen de la observación que para parecerse a como es el Universo hoy, el Universo tendría que haber empezado de unas condiciones iniciales "especiales" o muy puestas a punto cerca del Big Bang. La inflación resuelve estos problemas proporcionando un mecanismo dinámico que conduce al Universo a este estado especial, de esta manera formando un Universo como el nuestro mucho más natural en el contexto de la teoría del Big Bang.
La inflación es actualmente considerada como parte del modelo cosmológico estándar de Big Bang caliente. La partícula elemental o campo hipotético que se piensa que es responsable de la inflación es llamada inflatón.
La inflación sugiere que hubo un periodo de expansión exponencial en el Universo muy pre-primigenio. La expansión es exponencial porque la distancia entre dos observadores fijos se incrementa exponencialmente, debido a la métrica de expansión del Universo.
La inflación resuelve varios problemas en la cosmología del Big Bang que fueron señalados en los años 1970. Estos problemas vienen de la observación que para parecerse a como es el Universo hoy, el Universo tendría que haber empezado de unas condiciones iniciales "especiales" o muy puestas a punto cerca del Big Bang. La inflación resuelve estos problemas proporcionando un mecanismo dinámico que conduce al Universo a este estado especial, de esta manera formando un Universo como el nuestro mucho más natural en el contexto de la teoría del Big Bang.
Problema del horizonteEl problema del horizonte es el problema de determinar por qué el Universo parece estadísticamente homogéneo e isótropo de acuerdo con el principio cosmológico.
Problema de la monotoníaEste problema está exacerbado por las recientes observaciones de la radiación de fondo de microondas que han demostrado que el Universo es plano hasta la precisión de un porcentaje pequeño.
Problema del monopolo magnéticoEl problema del monopolo magnético (algunas veces llamado el problema de las reliquias exóticas) es un problema que sugiere que si el Universo primigenio estaba muy caliente, se produciría un gran número de monopolos magnéticos estables y muy pesados.
miércoles, 13 de noviembre de 2013
¿QUÉ ES LA COSMOLOGÍA?
La cosmología es la ciencia que estudia el universo. Como la entendemos hoy, trata de colocar juntas todas las piezas del gran rompecabezas que constituye el estudio del universo, y concebir un todo coherente y armonioso.
El universo es, en efecto, tanto en su constitución como en su funcionamiento, un sistema bello y armonioso: un kosmos.
La cosmología del siglo XXI no pretende explicar el origen del cosmos, pues los científicos saben bien que ese “origen” aún está vedado a las más recientes y desarrolladas teorías de la física. El nombre Big Bang no significa lo que parece. Hoy los cosmólogos no se abocan a explicar el origen sino más bien la evolución del universo que nos rodea.
Pero la cosmología es más que esto. Es también la historia de la humanidad en busca de sus orígenes. Es el intento más que milenario de comprender las fuerzas naturales que rigen el cosmos.
La teoría de la relatividad imagina el espacio-tiempo como una entidad deformable y dinámica. La materia hace curvar el espacio que la contiene, esto es, modifica las propiedades geométricas del espacio. El tiempo también se ve afectado.
Los planetas, siguen órbitas keplerianas porque la gran masa del astro curvó el espacio que lo rodea y no les queda otra opción que recorrer sus caminos sobre un espacio curvo. Entonces, la fuerza gravitacional se debe a la curvatura del espacio, la cual también afecta a toda entidad que se desplace en los alrededores del Sol. En efecto, la luz “pesa”, es decir, se ve afectada por lo cuerpos masivos; por lo tanto, ahora se sabe que muchos objetos astronómicos no emiten ningún tipo de radiación pero la luz de estrellas lejanas que pasa por las cercanías de estos objetos oscuros se ve desviada en su trayectoria, iluminándolos. Este nombre se conoce hoy con el nombre de “efecto de lente gravitacional”.viernes, 8 de noviembre de 2013
LA VÍA LÁCTEA
La Vía Láctea se nos aparece como una sucesión de nubes blanquecinas de diferente intensidad, que presenta además algunas bifurcaciones. Esta constituida por una gran número de estrellas. Esta banda cruza la esfera celeste según un círculo máximo inclinado unos 60° respecto del ecuador celeste. Casi todos los objetos celeste que observamos a simple vista desde la Tierra forman parte de la Vía Láctea.
La Vía Láctea se corresponde con el plano principal de un objeto en forma de disco, muy extendido en diámetro pero relativamente poco en espesor; presentar una forma lenticular con un espesor seis veces menor que su ancho. Las estrellas aparecen concentradas en el centro de la Galaxia y la densidad de estrellas disminuye hacia su periferia.
Las galaxias presentan notables variedades de forma y de luminosidades. De acuerdo con su apariencia y posición en la esfera celeste, estos objetos se han reunido en diferentes catálogos: el Catálogo de Messier, New General Catalogue e Index Catalogue.
Además, las galaxias pueden clasificarse según su forma en espirales, elípticas, y un pequeño grupo con aspecto amorfo denominado galaxias irregulares. Otra manera de clasificarlas es por su luminosidad y dimensiones reales.
Los tamaños de las galaxias son muy variados. La nuestra, tiene un diámetro de 100.000 AL (30kpc), con lo que resulta ser una galaxia espiral típica.
Las espirales y las elípticas de mayor tamaño son los objetos individuales de mayor brillo intrínseco en el Universo. Las irregulares son más débiles que las primeras.
El cálculo de la masa de una galaxia se puede deducir estableciendo el equilibrio de la fuerza centrífuga con la atracción total de la gravitación, cuando se conoce el período de rotación.
El estudio de la luminosidad intrínseca de una galaxia, no permite determinar el contenido de estrellas y por consiguiente su masa.
Las galaxias espirales presentan campos magnéticos alineados con sus brazos espirales.
La distancia a que se encuentran las galaxias relativamente próximas se puede conocer a través de los objetos estelares que aparecen en ellos y para los cuales conocemos su luminosidad. En galaxias más alejadas debemos utilizar indicadores de distancia menos precisos, como las estrellas supergigantes azules. En las galaxias extremadamente alejadas no es posible utilizar propiedades individuales de las estrellas, salvo en las supernovas.
ALGUNOS CONCEPTOS...
AGUJEROS NEGROS
QUASARES
Un agujero negro se origina cuando una cantidad apreciable de materia se acumula en un volumen
extremadamente reducido; entonces la fuerza de atracción gravitatoria es tan intensa que la materia se comprime hasta adquirir un estado superdenso. La gravedad del objeto es allí tan elevada, que nada puede escapar de él, ni siquiera la luz. De este hecho deviene su denominación: el nombre agujero resulta de designar a un cuerpo en el cual la materia puede caer en él, pero del que no puede salir. Como la luz tampoco logra escapar, este objeto no será observable; ésta última característica, en el decir de los astrónomos, lo identifica como negro. En los agujeros negros se define un horizonte de sucesos dentro del cual cualquier objeto es incapaz de escapar.
MATERIA INTERESTELAR
La materia interestelar; esta materia representa, al menos, un 20% de la masa de la Vía Láctea.El gas se presenta bajo la forma de átomos y moléculas, donde el elemento más abundante es el hidrógeno; en orden de abundancia le siguen el helio, el carbono, el oxígeno, el nitrógeno y el hierro. Entre las moléculas, hasta este momento se han detectado alrededor de 100 variedades, algunas de ellas extremadamente complejas.
Por otra parte, el polvo se compone de pequeñas partículas, en general menores que unos 10 micrones, que modifican la luz de las estrellas que se encuentran detrás; no brilla y por consiguiente sólo se lo distingue cuando aparece proyectado sobre regiones brillantes, como nebulosas difusas, o grandes aglomerados de estrellas.
NEBULOSAS PLANETARIAS
Una nebulosa planetaria consiste en una nube de gas, brillante, que rodea una estrella; ésta última se halla en un estado bastante avanzado de su evolución.
El aspecto de la nebulosa corresponde a la superficie proyectada de una esfera, y por consiguiente ópticamente aparece como un disco circular; de ahí el nombre de planetaria, el cual no tiene ninguna relación con su estructura real. A diferencia de las nebulosas brillantes, las nebulosas planetarias resultan de un proceso de pérdida de materia por parte de una estrella ubicada en su centro. A las nebulosas planetarias se las descubre por su forma circular, ya sea por medio de un telescopio o por fotografías. Si la velocidad de expansión del gas no es la misma en todas las direcciones, la nebulosa resultante no tiene apariencia circular. Las nebulosas planetarias son objetos que forman parte de la población del disco galáctico, aunque no de los brazos espirales.
Los quasares son objetos que forman parte del universo de las galaxias, con dimensiones probablemente no mayores que la del sistema solar en conjunto. Representan un estado particular de desarrollo de las galaxias.
Presentan una apariencia estelar cuando son observados ópticamente, sin embargo, al ser analizados más detalladamente, presentan una estructura más compleja.
Se considera a los quásares como los objetos más luminosos del Universo.
OBJETOS PECULIARES
Como ejemplo de un caso peculiar se puede mencionar el par de quasares conocidos como PHL 1222, con una magnitud total de 18m; este sistema doble, con una separación angular de 3” estre componentes, resulta un objeto extremadamente curioso, ya que es la única evidencia de dos quasares juntos. El corrimiento al rojo de PHL 1222 es de z= 1,91 lo que indica una distancia del orden de los 12.000 millones de años luz. De esta manera, ambas componentes tienen una separación de 100.000 años luz aproximadamente. Las fotografías muestran que este doble quasar está rodeado por numerosos objetos débiles, posiblemente galaxias; de ser así lo dos quasares se encuentran formando parte de un cúmulo de galaxias.
Como ejemplo de un caso peculiar se puede mencionar el par de quasares conocidos como PHL 1222, con una magnitud total de 18m; este sistema doble, con una separación angular de 3” estre componentes, resulta un objeto extremadamente curioso, ya que es la única evidencia de dos quasares juntos. El corrimiento al rojo de PHL 1222 es de z= 1,91 lo que indica una distancia del orden de los 12.000 millones de años luz. De esta manera, ambas componentes tienen una separación de 100.000 años luz aproximadamente. Las fotografías muestran que este doble quasar está rodeado por numerosos objetos débiles, posiblemente galaxias; de ser así lo dos quasares se encuentran formando parte de un cúmulo de galaxias.
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