Apuntes científicos desde el MIT

Apuntes científicos desde el MIT

Este Blog empezó gracias a una beca para periodistas científicos en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Boston, donde pasé un año aprendiendo ciencia con el objetivo de contarla después. Ahora continúa desde Nueva York buscando reflexiones científicas en otras instituciones, laboratorios, conferencias, y conversando con cualquier investigador que se preste a compartir su conocimiento.

El Universo podría ser infinito

Por: | 21 de julio de 2010

Este texto es en realidad un reto para ver si a pesar de las vacaciones logramos encontrar algún físico que sea capaz de interpretar el video que os muestro a continuación, donde el cosmólogo y autor de la teoría del Universo Inflacionario Alan Guth nos intenta explicar en su pizarra del MIT cómo el Universo podría ser infinito.

No, no… no digo infinito en el sentido que se expandirá por siempre. Me refiero a infinito es su esencia; infinito ahora, en el futuro, y a los pocos segundos después del Big Bang.

“En realidad lo más misterioso no es el origen del Universo, sino el origen de las leyes fundamentales de la física”, me dijo Alan Guth cuando lo visité en su despacho hace unas semanas. “Si algún día somos capaces de entender matemáticamente porqué las leyes de la física son las que son, y no otras, seguro que averiguaremos porqué hay algo en lugar de nada, y cómo apareció este Universo”, continuó Guth mostrando la cara más teórica de la cosmología; la que incluso alberga cierta desconfianza con las observaciones astronómicas porque “los datos experimentales pueden equivocarse, pero las matemáticas son exactas”. Astrofísicos, no os sulfuréis… ;) El Origen del Universo

Cuando empecé preguntándole por el origen del Universo hace 13.7000 millones de años, en seguida aclaró el equívoco que le acompaña desde que en 1979 desarrolló su teoría de la inflación cósmica: “yo no investigo el origen del Universo, sino una etapa concreta que ocurrió dentro del primer segundo tras el Big Bang, pero una vez el Universo ya existía”.

Es que vaya tela con el primer segundo de vida del Universo…

Sobre lo ocurrido durante los primeros 10-43 segundos (0,00000000000000000000000000000000000000000001 seg.) después del Big Bang, en la llamada época de Planck, no merece la pena que conjeturemos mucho. Existen algunas hipótesis sobre qué pudo pasar en esa singularidad de densidad y temperatura teóricamente infinitas, pero por el propio principio de indeterminación de la mecánica cuántica y la inexistencia de un modelo matemático que combine relatividad y cuántica, los físicos no pueden ni siquiera hacer predicciones teóricas. Todo apunta a que el origen del Universo continuará siendo un misterio por mucho tiempo.

Pero pasados estos primerísimos instantes iniciales, los cosmólogos ya se atreven a describir una secuencia de fases concretas:

Tras la época de Planck llegó la era de la Gran Unificación. En esos momentos las 4 fuerzas fundamentales (gravedad, electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil) se encontraban unidas en única fuerza electronuclear. Al principio de la Gran Unificación se separó la gravedad, y a continuación la interacción nuclear fuerte.

Después de esto, a los 10-36 segundos después del Big Bang llegó una breve etapa inflacionaria en la que el espacio se expandió exponencialmente con una rapidez extrema. Éste es justo el momento que estudia Alan Guth. Merece la pena recalcar que esta expansión no significa que la materia se alejara entre ella a gran velocidad como si fueran fuegos artificiales, sino que el propio espacio que la contenía se expandía internamente de una forma inconcebible, como si inflaras un globo. Durante las ínfimas fracciones de segundo que duró la época inflacionaria, el tamaño del Universo se multiplicó por un factor de más de 1070 veces, y nacieron las primeras partículas (quarks, anti-quarks y gluones). Enseguida comenzó la época electrodébil en que se separaron la fuerza nuclear débil y la electromagnética dejando ya establecidas las 4 fuerzas fundamentales que desde entonces rigen el Universo.

Hasta aquí, estas primeras etapas son más especulativas y existen ciertas discrepancias científicas, pero parece consensuado que a los 10-12 segundos de su existencia el Universo ya era lo suficientemente frío como para permitir colisiones dentro del denso plasma de quarks, gluones y leptones (grupo de partículas como el electrón, el muón y los neutrinos), facilitando que los quarks se unieran formando protones, neutrones, y otras partículas subatómicas del grupo llamado hadrones. Cuando el Universo ya tenía un milisegundo de antigüedad los hadrones y antihadrones se desintegraron entre ellos dejando un misterioso residuo de hadrones (protones, neutrones…). Luego hicieron lo propio leptones y antileptones (electrones…). El Universo ya tenía un segundo de vida, y llegó la época de nucleosíntesis en la que se constituyeron los primeros núcleos completos de hidrógeno y helio, junto a sus respectivos isótopos. Pasados 3 minutos, el Universo ya se había expandido y enfriado hasta sólo 1.000 millones de grados centígrados y estaba constituido por un plasma de núcleos, electrones y fotones. Pero no fue hasta 380.000 años más tarde que la temperatura descendió lo suficiente como para permitir que los núcleos y los electrones se unieran formando los primeros átomos. El Universo se volvió transparente, los fotones pudieron escapar de ese denso plasma, y nacieron los primeros rayos de luz del cosmos. Lo que sigue es menos misterioso: Poco a poco estos átomos se fueron agrupando en ciertas regiones de un Universo que no paraba de expandirse, 100 millones de años más tarde la primera estrella empezó a brillar, se crearon galaxias, cúmulos de galaxias, planetas, sistemas solares y el Universo fue evolucionando hasta lo que conocemos ahora.

El Universo podría ser infinito

Estaba con Alan Guth hablando de esa época inflacionaria dominada por una especie de brutal fuerza de gravedad repulsiva, de cómo el descubrimiento de la expansión acelerada del universo debido a la enigmática energía oscura reforzó su teoría de la inflación cósmica, del impacto que tendrá descubrir o no ondas gravitacionales, y de cómo sus ecuaciones predicen que por indeterminación cuántica podrían haberse generado unas no-uniformidades que generaron perturbaciones en la estructura del Universo y terminaron causando el desequilibrio entre partículas y antipartículas, las anisotropías que vemos en la radiación de fondo, o que las galaxias se formaran en un lugar y no otro.

Entonces, le pregunté por mi obsesión sobre el tamaño del Universo, e intercambiamos algunas de las frases más surrealistas que recuerdo:

(podéis escuchar el diálogo aquí o youtube )

Pere: “Sobre el tamaño del Universo… ¿tenéis alguna pista?

A. Guth: “Podría ser infinito!”

P: “Esto es algo que he oído, pero no termino de entender… ¿Qué quieres decir por infinito?”

A.G: “je, je, je, je…. Well! Aaahh… deja que te dé dos diferentes explicaciones de cómo el universo puede ser infinito. La primera es el clásico modelo de Universo abierto. Hace mucho tiempo, antes incluso de la teoría inflacionaria, se observó que el universo era muy parecido en cualquier región donde miraras, y la gente empezó a construir modelos en los que el Universo era completamente homogéneo…. Y estos modelos son bastante precisos; todavía los utilizamos. Pero en estos modelos donde todo es homogéneo aparecen 3 posibles tipos de Universo: el abierto, el cerrado y el plano... El cerrado es finito. Pero el abierto y plano son… infinitos; el espacio simplemente se expande por siempre. No hay nada ilógico en pensar que el Universo continuará expandiéndose…

P: Pero…

A. G: Dime

P: ¿Infinito en el sentido que se expandirá para siempre, o infinito en el sentido de que… es… infinito?

A.G: Je, je… infinito en el sentido de que es simplemente infinito. Si empezaras a caminar estarías caminando por siempre.

P: Pero… entonces era infinito incluso durante sus primeros momentos de existencia?

A.G: Correcto! También podía ser infinito en sus primeros momentos…

P: Aaaaa…

AG: Incluso durante el Big Bang, el Universo podría haber sido infinito… según este punto de vista. ¡Pero hay otra posibilidad según la cual el Universo podría ser infinito!. Incluso si empezó siendo finito… hay maneras en que podría haberse llegado a ser infinito. Pero para esto mejor que te haga un dibujo.

Aquí Alan Guth se levantó en dirección a su pizarra, yo cogí mi teléfono recién estrenado, y grabé el siguiente video que os ruego busquemos a alguien para que nos lo interprete y traduzca a palabras llanas. Yo lo he intentado, y no hay manera.

Por favor, necesitamos algún físico que nos aclare esta inquietante duda: ¿es el Universo infinito?

(una vez resuelta, la publicaremos en un nuevo post o como nota al final de éste)

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Conocer a Alan Guth fue como encontrarse frente a un científico salido de una película.

Ya se que a los investigadores no les gustan estos estereotipos, pero de verdad que Guth responde perfectamente a esa imagen de genio encerrado en su mundo matemático. Para estudiar el Universo no mira al cielo sino que lo describe con leyes, fórmulas abstractas y programas de ordenador. Tiene una inteligencia prodigiosa, es humilde, y su risa denota un sentido del humor muy peculiar… va en bicicleta hasta el MIT, lleva esas gafas tan características, tiene el despacho inundado de papeles y artículos científicos, es simpático, amabilísimo, y se muestra encantado de hablar contigo sobre su trabajo. Pero no hay quien le entienda. Habla con un lenguaje propio que parece nunca haya tenido necesidad de adaptar a personas que no sean sus estudiantes o compañeros físicos. Está en su mundo. Su mundo, que es el nuestro. Sólo que él lo observa con unos ojos menos limitados que los nuestros, y que le permiten regalarnos la posibilidad de seguir la aventura de descubrir la naturaleza más íntima de nuestro Universo.

Hay 61 Comentarios

Referente al universo hay otra teoría con un fundamento puramente geométrico (Einstein decía que la física tiene un significado geométrico). Pues bien, esta teoría a la que me refiero es una consecuencia de dos corolarios, dos ecuaciones gemelas ( x 0 = 1 y x 0 = 0 ) que, en realidad, son dos singularidades del espacio hiperesférico que terminan diciendo que el univer so no tiene principio ni fin ni forma definida, sino que se desgrana, se hace y deshace en un continuo como las burbujas que salen de la cánula que Alguien sopla. Este librito se titula EL FASCINANTE UNIVERSO DE LA GEOMETRIA. Si tenéis interés me enviáis su e-mail que yo lo enviaré por este medio electrónico. Miguel Ramírez Araya Elsetillero@yahoo.es Escazú, Costa Rica 7 enedero 2011

Aprendo de este blog porque no se absolutamente nada de ciencia. Me gusta, eso sí, pero mi nivel es menos que básico. Hay algo que me ha dejado pensando, ya lo ha dicho gente mucho más preparada que ha comentado. Lo digo "en plan simple"; si algo es infinito por definición-me parece- no tiene ni principio ni fin. Si el universo no era infinito y después del Big Bang sí lo es, ¿no supone eso entonces que "ya " lo era?... Me explico mal, pero se que ustedes entienden lo que quiero decir. Voy más allá; ¿podría el hecho de "llegar a ser infinito", después de esa gran expansión primaria, modificar la estructura "temporal" del propio Universo de modo que eso fuera lo que lo hiciera infinito.?... Perdonen si digo barbaridades.

tanto en la Teoría de la Relatividad como en la Cuántica las variaciones dependen del OBSERVADOR, pero no del OBJETO OBSERVADO, este es independiente del Observador. En cuanto al Universo, es FINITO e INFINITO a la ves, porque la infinitud es la del TIEMPO y la finitud es la de la MATERIA-ENERGIA. Porque la única posibilidad es que el Universo EXISTIÓ SIEMPRE, visto así tenemos todas las respuestas.

Hola, dejo este mensaje para confirmar las ideas aparentemente peregrinas de "miguelherher". Si quereis saber quien soy, repetid mi nombre rápido y sin respirar.

Muy buenas tus explicaciones , Jorge . Son conceptos dificiles de manejar . Einstein introduce el sistema de referencia y la transformación de la materia en energia - seguro me puedes ampliar o correjir - El tiempo es una variable mas . El Universo desde Hawking está en expansion desde una explosión inicial . Aún hay muchas dudas con la materia oscura la energia oscura ... Supuestamente un dia nuestro universo comenzará a encojerse y vuelta a empezar ... Lo de si es finito o infinito , pues será importante pero a mi me parece como lo del sexo de los angeles , si no sabemos que paso antes del big bang ni lo que hay fuera del universo , pues cada cual se lo imagine como pueda , ¿ Infinito ? Pues haremos un esfuerzo a ver si el concepto entra en la cabeza .

IGV, tú formas parte de la lista de filosofillos Higgs, te guste o no, es así.

Sorry IGV, muchas gracias por tu feedback, pues me da una idea de lo dificil que es explicar esto, cuando aun asi yo lo entiendo, pero claro supongo que es despues de haber estudiado fisica, y relatividad especial, por eso entiendo a Jorge, porque supongo que el tambien ha estudiado fisica relativista. No obstante, ya sabes que por aqui ando. Saludos y gracias again.

Filosofillo Higgs, no me pongas a mí la etiqueta con la que tú mismo te nominas. Bien, parece que tenemos en José-UK un buen candidato a explicarnos el video de Guth. Ahora sólo necesitamos un buen candidato que nos explique la explicación de José-UK. (se agradece, José UK, algo sí se me ha quedado:-)

Yo estuve dando vueltas todo el dia de ayr sobre esto, y el probelkma aqui es que entendemos por infinito. Yo, estoy de acuerdo con Jorge porque entiendo lo que dice. Imaginad que vais andando por la calle, y tu entorno, todo lo que observas, se mueve contigo, es como si la persona con la que te cruzas no se aleja, sino que siempre te acompagna, por tanto, si tomamos ese concepto de que tu entorno (llamamosle tu universo) se mueve contigo, no hay razon para decir que se leja de ti, sino que te acompagna...y como el cocepto realtivo de infinito yo lo entiendo como algo que tiende a alejarse de de ti mas y mas con el tiempo, en cambio tu entorno es este caso no se aleja con el tiempo, ya que siempre esta contigo...eso es finito para mi, porque siempre esta a distancias finitas...de ahi lo del simil del coche pepito, y de ahi el simil de la burbuja, como el entorno nuestro que nos acompagna al movernos, que tambien se mueve con nosotros. Ahora bien, Einsteijn tuvo la brillante idea ded deicr, ok vale, desde el observador que esta dentro de la burbuja los eventos sucedes a un tiempo t, pero que percepcion tendria un observador fuera de la burbuja? Pues es sencillo, este observador fruera de la burbuja para poder estudiar el movimiento de esta, tu que eres matematico, estudiara una ecuacion diferencial, ya que toda dinamica de una particula, segun la fisica clasica, sigue una ecuacion diferencial, y para poder conocer la trayectoria de tal burbuja con el tiempo lo que hay que hacer es integrar dicha ecuacion, y que tenemos?...pues una solucion general...compuestas de un cojunto de curvas INFINITAS, en el que son modeladas por exponenciales como muy bien dibuja Guth en la pizarra...pero esta ecuancion general, no solo presenta una solucion unica, sino infinitas ya que cada curva depende de su condicion inicial, y hay tantas condiciones inciales como queramos poner, INFINITAS. De ahi, que para ese observador de referencia fuera de la burbuja, esta se aleja de forma infinita siguiendo esas curvas. Por tanto, la percepcion de infinito o finito del universo, como dice jorge depende de donde te encuentres, si dentro o si fuera de la burbuja (espacio-temporal). No se...lo mismo te he aclarado mas...o lo mismo te he liado mas...pero yo lo veo claro asi...al final todo se reduce a que dos observadores segun la relatividad especial, que tienen percepciones diferentes de la realidad, ya que para ellos los eventos suceden a tiempos distintos. En la relatividad genral, ya entrariamos con la gravedad, segun Einstein otra dimension mas, los agujeros negro, los de gusano, mundos paralelos de wigner, y todo lo demas que apunta IGV...pero ya no me voy a rayar mas, pues me he quedado con la idea de Guth.

Por fin un filosofillo Higgs honrado. Bravo, IGV!

Me responde Jorge: "lo que tengo entendido es que si el universo es finito no es porque "se acabe" en algún lugar, sino porque está cerrado sobre si mismo de modo que si vas suficientemente lejos podrías volver al mismo punto." Y pone de ejemplo la Tierra. Sin embargo, Guth dice que es infinito en el sentido de que podrías echar a andar (a buen paso, deduzco) y no llegar nunca al final. Pero no alude a llegar al mismo sitio. Con lo que sigo sumido en la ignorancia. No entiendo ni de lejos cómo a poco del Big Bang ya el universo era infinito, y expandiéndose exponencialmente. Como soy terco, me he puesto a leer en la Wiki la teoría del universo inflaccionario... ¡en mala hora! Empecé en inglés, y nanai, lo abrí en castellano, y no pillo una. Es inexpugnable, hay que saber del efecto túnel cuántico, el espacio de Sitter, el parámetro de Hubble, el inflatón, la teoría de no-pelo inflaccionario (no es broma) el teormema de no-pelo para los agujeros negros y la madre que los parió. I GIVE UP!!!!!

No se hable más, si lo dice el amigo MiguelJEJE debe ser verdad. Hala, ya podemos estar tranquilos, el universo es infinito, Ni Guth, ni Einstein, ni Hawkings, ni pollas en vinagre. Por cojones, dios. Toma ya.

es infinito, como el que lo diseño, Dios es infinito.

un saludo, no te lo tomes a mal. a los matemáticos no nos entiende nadie.

pepito, necesitariamos papel y lapiz para explicar esto...yo coincido con lo que dice Jorge, y el simil del coche me vale...a ti no te entiendo, pero no me atreveria a decir que tu argumento es erroneo, cosa que tu si has hecho. Venga...un saludo.

A ver, jose-uk, parece ser que no has entendido. Las argumentaciones se basan en leyes o principios o como quieras llamarlos. Yo no he entendido tu argumento, no lo has dejado muy claro. Dices que te has basado en la relatividad especial de Einstein. Muy bien. ¿Qué quieres decir con esto? ¿Que tu argumento es válido por haberte basado en tal teoría? No veo porqué, y ya te he señalado tu error anteriormente, y te he explicado porqué. Ya te digo, sigo sin ver tu argumentación. Pero bueno, te lo explico de nuevo. Según el principio de relatividad de nuestro amigo Einstein, dos observadores inerciales deben observar el mismo tipo de fenómenos o la naturaleza del universo es la misma para ambos, la que te guste más. En un universo euclideo quizás podríamos ver alejarse el coche sin ventanas infinitamente, pero esto no tiene sentido en el marco de la teoría de la relatividad de Einstein. Lo dejo aqui, pues para mi esta claro.

A ver , pepito, si mi argumento es erroneo, por que lo es?...cual es tu argumento, asi aprendo yo tambien. No me vengas con que el coche tiene ventanas...y se puede mirar el exterior...ya te he explicado que las ventanas es lo de menos en mi simil. Me gustaria que me dieras tu argumentacion, y por que es erroneo mi argumento, donde mantengo que la percepcion de universo finito o infinito que tenemos depende del observador inercial, segun la relatividad especial de Einstein, como bien explico Jorge. Si me explicas tu argumento te podre entender, si no...no puedes dar por error una argumentacion basado en un principio de fisica.

Simplemente te he señalado el error de tu argumento, no soy osado por eso. Es lo que se hace en la comunidad científica. Lo dejo aquí, pues para mí está claro también.

solo he interpretado la que comenta Guth...nada mas....no soy tan osado como tu, en sostener que mi argumento falla...el concepto de infinito y de finito es relativo, dependiendo del observador inercial...no estoy diciendo nada nuevo, es fisica relativista, t=t' para galileo, pero t ~= t' para Einstein (relatividad especial). Lo dejo aqui, pues para mi esta claro.

ese observador de referencia estaría fuera del coche, o sea, de nuestro universo, con lo cual nuestro universo estaría dentro de otro, con lo cual no sería otro universo, luego tu argumento falla, y no estoy de coña.

Pepito...si comentas que mi argumento falla por que dices que el coche tiene ventanas, o estas de coña, o no me he explicado bien contigo....olvidate de las ventanas...si estas dentro...tu solo ves lo que te rodea, olvidate del paisaje del exterior...imaginate que no puedes ver lo que hay fuera, como si empapelaras el coche de papel oscuro con estrellas, siempre verias eso...pero ya te digo, a mi me quedo clara la explicacion asi.

Pero el coche tiene ventanas, luego podríamos ver a ese observador moviéndose con respecto a nosotros, luego lo veríamos alejarse al infinito, luego tu argumento falla.

Hola a todos, yo estoy de acuerdo con Jorge y su explicacion de la burbuja con la relatividad especial, pues la percepcion del universo finito o infinito depende del observador de referencia. Supongamos que vamos dentro de un coche (universo), y el coche va a una cierta velocidad...pues bien, para nosotros que vamos dentro del coche, siempre veremos el mismo entorno (techo, cristales), por tanto nuestro universo (coche) es finito, y aunque el coche se este moviendo, nosotros no observamos cambio en el entorno del coche, porque nos movemos con el, pero para otro observador de referencia fuera del coche, ve como el coche se aleja hasta limites infinitos. Por tanto, nosotros que nos encontramos dentro del universo, lo vemos siempre finito, en cambio como dice Guth...este puede estar expandiendose de forma infinita....no se, asi lo veo yo Pere.

El Universo/s. No es más que de una mente, infinita dimensión.. Saludos. Julio Hermaz..

De acuerdo contigo Joan: “las matematicas son exactas eso es correcto, pero la materia y la energía y el mismo Universo no son matemáticas”. Por eso me parece legítimo preguntarse, hasta qué punto los modelos matemáticos disponibles describen la realidad, aun a sabiendas de que no contamos con mejores instrumentos.

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Sobre el autor

Pere Estupinya

. Soy químico, bioquímico, y un omnívoro de la ciencia, que ya lleva cierto tiempo contándola como excusa para poder aprenderla.
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