Una guía sobre la teoría del big bang y la teoría del la inflación cósmica. Está basada en un documento obtenido de la web, el cual fue traducido, modificado y actualizado por mi. Seleccioné algunos link que conectan a videos, información adicional y noticias que complementan la información entregada por la guía.

1. Nombre
Unidad 5
LECCIÓN
Curso Fecha
Tierra en el universo
1 ¿Cómo se originó el universo?
IDEAS CLAVE
A medida que estudies esta lección, ten en mente estas preguntas:
• ¿Qué es el universo?
• ¿Cómo empezó el universo, según los científicos?
• ¿Cómo pueden los científicos predecir el futuro del universo?
¿Qué es el universo?
El universo es todo lo físico en el espacio y en el tiempo.
Incluye todo el espacio, la materia y la energía que ha existido,
existe ahora y existirá en el futuro. Los objetos en el universo
varían en tamaño desde las partículas subatómicas a los
supercúmulos de galaxias. Cuanto más lejos mires, verás un área
mayor del universo. Esto se muestra en la siguiente figura.
Herramientas de lectura
Compara Después de leer esta
sección, haz un tabla comparativa
que incluya tres futuros posibles
para el universo. En el tabla, explica
qué condiciones podrían llevar a
cada posible futuro.
A 10 m del suelo, podrías ver a algunos
jugadores de un equipo de básquetbol.
A una distancia de 1 km, se puede ver todo un
estadio de futbol.
Lluvia de ideas ¿Cómo se vería
nuestro sistema solar desde
muy lejos, de acuerdo a lo
aceptado actualmente por los
científicos? ¿Cómo crees que
los científicos buscan planetas
que orbitan otras estrellas? En
un grupo pequeño, da algunas
respuestas posibles a estas
preguntas.
A una distancia de 100 km, se puede ver toda la
ciudad en la que se encuentra el estadio de fútbol.
A una distancia de 5 horas-luz, se podrían ver los
planetas en órbita alrededor de nuestro sol.
1. Infiere ¿Qué es un día-luz?
(haz el cálculo y escribe el resultado
en las siguientes dos líneas.
A una distancia de 150-días-luz, podrías ver el
sistema solar rodeado por una nube de cometas
helados.
A unos 10 años luz de distancia, nuestro Sol se
vería como cualquier otra estrella en el cielo..
Tomado de Copyright © by Holt, Rinehart and Winston. GAToledo, Depto. de Cs. SFC, 20151
El universo

2. Nombre
LECCIÓN 1
Curso Fecha
¿Cómo se originó el universo? continuación
¿Cómo se estudia la historia del universo?
A la luz le toma una cierta cantidad de tiempo en viajar a través
del espacio. Cuanto más distante está un objeto de nosotros, más
antigua es la luz que nos llega de ese objeto. Por ejemplo, nuestro
sol está a ocho minutos luz de distancia de la Tierra. Eso significa
que siempre vemos el sol como lo fue hace ocho minutos. Nunca
lo vemos tal como es en el presente. Esto también es válido para
los planetas, las estrellas y las galaxias. El siguiente gráfico
muestra cuan lejos están otros objetos.
Objeto
Próxima Centauri
Estrella Sirius
Estrella Polaris (Estrella Polar)
Galaxia Andrómeda
Distancia desde la tierra (años luz)
4,3
8,7
430
2,2 millones
Habilidad matemática
2. Compara ¿Cuántas veces más
tiempo se tarda la luz de la estrella
polar en llegar a la tierra
comparado con lo que tarda la luz
de la Próxima Centauri?
¿COMPRENDISTE?
3. Explica ¿De qué manera los
científicos estudian cómo era el
universo hace algunos millones de
años ?¿COMPRENDISTE?
4. Identifica ¿Cuál fue la evidencia
descubierta por Edwin Hubble que
prueba que el universo se está
expandiendo?
Debido a que la luz necesita tiempo para viajar por el
espacio, observar los objetos distantes es como mirar atrás
en el tiempo. Cuanto más lejos está un objeto, más antigua es
la luz que es emitida por ese objeto. Por lo tanto, mediante el
estudio de estrellas y de galaxias distantes, la ciencia puede
saber como era el universo de antaño.
Los astrónomos que estudian la historia temprana del
universo utilizan telescopios potentes para estudiar los objetos
más distantes. Esos objetos, como los cuásares, emitieron luz
y otro tipo de radiación hace miles de millones de años. Los
estudios de la radiación que posee esa edad, han ayudado a
los científicos a desarrollar teorías acerca de cómo comenzó
el universo.
En 1929, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble
anunció que el universo se estaba expandiendo. Basó su
conclusión en los estudios de los espectros de otras galaxias.
La luz en los espectros de esas galaxias aparecía más roja de
lo que debería haber sido. Hubble propuso que este
"corrimiento al rojo" es originado por el efecto Doppler. El
“efecto Doppler” es un cambio en la medida de la frecuencia
de la radiación de un objeto que se aleja o se acerca a
nosotros. https://www.youtube.com/watch?v=s3iGOTofxT8
(minuto 3:55- 5:55)
Puedes oír el efecto Doppler cuando un coche se
acerca y luego pasa frente a ti y se aleja. Cuando el coche
está en movimiento y se acerca a ti, el sonido de su motor
tiene un tono más alto. Esto se debe a que las ondas de sonido
del motor del coche se comprimen cuando el coche está en
movimiento hacia ti. La compresión hace que el sonido tenga
una frecuencia más alta o tono más alto. La figura en la parte
superior de la página siguiente muestra cómo se aplica el
efecto Doppler a la luz.
Tomado de Holt, Rinehart and Winston. GAToledo, Depto. de Cs. SFC, 20152
El universo

3. Nombre
LECCIÓN 1
Curso Fecha
¿Cómo se originó el universo? continuación
Si la estrella y la Tierra no se mueven una
respecto a la otra, la luz que vemos de la
estrella se ve de igual color que la luz
emitida por la estrella.
Si la estrella y la Tierra se mueven una hacia
la otra, la luz de la estrella parece más azul.
Se trata del corrimiento hacia el azul."
Si la estrella y la Tierra se están alejando
una de la otra, la luz de la estrella aparece
más roja. Se trata del "corrimiento hacia
el rojo".
5. Identifica Una estrella se está
moviendo hacia la tierra. ¿Estará
su luz corrida hacia el rojo, hacia el
azul o no sufrirá ningún cambio?
¿QUÉ SIGNIFICA EXPANSIÓN?
Basado en la observación del Hubble del desplazamiento
hacia el rojo, los astrónomos tienen pruebas que apoyan la idea de
que la mayoría de las galaxias del universo se están alejando de
nosotros. Esto sugiere que el universo se expande en todas
direcciones. Sin embargo, esto no significa que nuestra galaxia
esté en el centro del universo.
Un masa de pan de pasas, como la de la siguiente figura
muestra cómo puede ser esto. A medida que la masa aumenta de
volumen y se expande, todas las pasas se alejan una de la otra. Si
estuvieras en cualquiera de las pasas, casi todas las demás pasas
parecerían que estarían alejándose de ti.
¿COMPRENDISTE?
6. Describe ¿Qué observación
sobre el universo, realizada por el
Hubble, sugieren que las galaxias
se están alejando de la Tierra?
_____________________________
A medida que la masa de pan de
pasas se eleva, todas las pasas se
alejan una de la otra. Sin embargo,
ninguna de las pasas está en el
"centro" de la masa.
7. Aplica Conceptos Si el
universo fuese la masa de pan y
las pasas fuesen las galaxias,
¿cuál de las pasas podría ser la
galaxia “Vía Láctea”?
Tomado de Holt, Rinehart and Winston.
.
GAToledo, Depto. de Cs. SFC, 20153
El universo

4. Nombre
LECCIÓN 1
Curso Fecha
¿Cómo se originó el universo? continuación
LA TEORÍA DEL BIG BANG
8. Predice Consecuencias
Supón que las observaciones del
Hubble mostraran que la luz de
galaxias distantes presentan
corrimiento hacia el azul. ¿Podría
esta observación proporcionar
clara evidencia de la teoría del Big
Bang? Explica tu respuesta.
9. Identifica ¿Cuál es la evidencia
que apoya la teoría de la inflación
cósmica post Big Bang?
_____________________________
_____________________________
_____________________________
_____________________________
Los científicos han sugerido varias teorías para explicar
cómo se está expandiendo el universo. La más completa y
ampliamente aceptada es la teoría del Big Bang. Según esta
teoría, toda la materia y la energía en el universo estuvo una vez
comprimida en un solo punto. Este punto era infinitamente denso e
infinitamente pequeño. Luego, hace unos 13.800 millones de años,
el punto comenzó a expandirse muy rápidamente en un "Big Bang".
De acuerdo con esta teoría, nada existía antes del Big
Bang. No había tiempo ni espacio. Aunque esto puede parecer
difícil de entender, la teoría del Big Bang puede explicar todas las
observaciones disponibles sobre el universo. Por lo tanto, la
mayoría de los astrónomos piensan que la teoría del Big Bang es la
explicación más probable de cómo empezó el universo.
La expansión del universo es una evidencia que apoya la
teoría del Big Bang. Otra observación que apoya la teoría es la
radiación de fondo de microondas. La Radiación de fondo de
microondas es una forma de radiación electromagnética que viene
de todas partes en el cielo. La Radiación de fondo de microondas
fue descubierto en 1965 por los astrónomos Arno Penzias y
Robert Wilson mientras usaban un radiotelescopio para examinar
el cielo. Se dieron cuenta de una señal tenue y constante de
radiación de microondas que parecía estar en todas partes en el
cielo. Hoy en día, los científicos tienen pruebas que apoyan la idea
de que estas microondas son remanentes de la radiación
producida durante el Big Bang. Otras observaciones han
permitido a los científicos crear mapas de la radiación cósmica de
fondo, como el mapa de abajo. Los mapas indican que el universo
tiene una temperatura global de unos 2,7 K.
Una evidencia reciente, realizada el 2015, es la detección
de ondas gravitacionales primordiales, señales de lo ocurrido
una fracción de segundo tras la explosión que dio origen al
Universo. Una prueba de que, en ese entonces, se produjo un
explosivo período de crecimiento, llamado inflación cósmica,
cuando el Universo se expandió exponencialmente, alcanzando
cien trillones de trillones de veces su tamaño en menos de un
parpadeo. Esta evidencia ha sido calificada como el mayor
descubrimiento del año y es parte de una teoría propuesta por
Alan Guth, modificada por Andrei Linde. Según John Kovac, líder
del experimento BICEP2, el descubrimiento es una sólida
evidencia de la inflación cósmica.
https://www.youtube.com/watch?v=dG0uGRAanBE (Minuto 1:31-3:56)
Video muestra al profesor Andrei Linde, siendo informado que su teoría ha sido
probada como correcta: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2583058/Eureka-Video-reveals-
moment-researcher-told-theory-big-Bang-correct.html
10. Describe ¿Qué es la radiación
cósmica de fondo, según los
científicos?
_____________________________
_____________________________
Esta es una imagen de
radiación cósmica de fondo
que fue producido por una
computadora. Los diferentes
tonos representan pequeñas
diferencias de temperatura de
2,7 K.
Tomado de Holt, Rinehart and Winston.
.
GAToledo, Depto. de Cs. SFC, 2015
4
El universo

5. Nombre
LECCIÓN 1
Curso Fecha
¿Cómo se originó el universo? continuación
¿Cómo ha evolucionado el universo?
De acuerdo con la teoría del Big Bang, el universo
consistía en energía pura inmediatamente después del Big
Bang. Era extremadamente caliente. A medida que el universo
se expandía, se enfriaba. La temperatura más baja permitió la
formación de las partículas subatómicas, como los protones,
electrones y neutrones .
Los protones comenzaron a aparecer alrededor de un
segundo después del Big Bang. Poco después, comenzaron a
formarse los núcleos atómicos. Tomó cerca de 380.000 años
para que los electrones se combinaran con los núcleos
atómicos para formar átomos. Las primeras estrellas
aparecieron unos 400 millones de años después del Big Bang.
La siguiente figura muestra cómo los científicos piensan que el
universo ha cambiado con el tiempo.
Energía oscura
Expansión Acelerada
Desarrollo de
Galaxias, Planetas, etc.
¿COMPRENDISTE?
11. Identifica ¿Qué debió pasarle
al universo primigenio antes de que
pudiera formarse la materia? luz
400.000 años.
Big Bang
Fluctuaciones
Cuánticas
Primeras estrellas;
aproximadamente 400
millones de años.
13.700 millones de años
Los científicos han utilizado la información de instrumentos en el espacio para construir un
modelo de cómo ha evolucionado el universo. Basándose en esta información, los
científicos aceptan que el universo se expandió muy rápidamente (inflación cósmica) justo
después del Big Bang. Con el tiempo, la expansión del universo se ha desacelerado.
https://www.youtube.com/watch?v=1G4Ln_tsKy8 (minuto 14:55-19:08)
12. Describe ¿Cuándo se
formaron las primeras estrellas en
el universo?
¿El Universo seguirá expandiéndose?
El universo se sigue expandiendo, pero no podría
hacerlo para siempre. Las fuerzas de la expansión big
bang están empujando la materia del universo más
lejos. Al mismo tiempo, la gravedad está tirando de la
materia en el universo. Dependiendo de la fuerza
relativa de estas fuerzas, hay tres posibles futuros
para el universo:
¿COMPRENDISTE?
13. Identifica ¿Qué fuerza
prevendría que el universo se
expandiese para siempre?
• El universo podría continuar expandiéndose para siempre.
• La expansión podría disminuir su velocidad gradualmente
y el universo podría alcanzar un límite en su tamaño.
• El universo podría parar su expansión y empezar a colapsar
Tomado de Holt, Rinehart and Winston.
.
GAToledo, Depto. de Cs. SFC, 20155
El universo

6. Nombre
LECCIÓN 1
Curso Fecha
¿Cómo se originó el universo? continuación
LA MATERIA Y EL FUTURO DEL UNIVERSO
http://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/07/150627_finde_vert_fut_universo_final_sobrevivir_jm
14. Aplica Conceptos ¿Por qué la
cantidad de materia presente en el
universo afectará cuál será el
futuro que tendrá éste?
En realidad, lo que le pasará al universo en el futuro
depende de la cantidad de materia que contiene. Si no tiene
la masa suficiente, la gravedad será tan débil que parará la
expansión.
La otra posibilidad es que el universo se expandirá
por siempre. Con solo la cantidad correcta de masa, la
expansión se irá ralentizando, pero nunca parará por
completo. Este es el futuro más probable y se le ha llamado
Big freeze o muerte térmica del universo.
Demasiada masa significará que la gravedad
finalmente superará a la expansión. Luego el universo
comenzará a contraerse. Se condensa hasta un solo punto.
Luego el universo podría terminar. Alternativamente, podría
comenzar otro big bang y de nuevo se reiniciaría el ciclo. La
figura de abajo muestra estos tres posibles futuros para el
universo.
Futuro del universo
El Universo se mantiene
en expansión por siempre
T
a
m
a
ñ
o
d
e
l
u
n
i
v
e
r
s
o
La expansión
se acelera.
La expansión
es constante.
El Universo detiene
su expansión
Big
bang
El Universo
se contrae
Big crunch
Tiempo
Esta figura muestra
los posibles futuros
del universo. El camino
que seguirá el universo
depende de la cantidad
de materia en el universo.
¿COMPRENDISTE?
15. Explica ¿Por qué los científicos
no pueden predecir exactamente
que pasará con el futuro del
universo?
Los científicos no saben exactamente cuánta materia
hay en el universo. Ellos aún están haciendo cálculos, de
modo que, por ahora, no saben cuál será el futuro más
probable del universo.
TECNOLOGÍAS PARA SOMETER A PRUEBA LAS HIPÓTESIS
Para determinar la cantidad de materia en el universo,
los científicos continuamente desarrollan nuevas
herramientas y tecnología que les permiten estudiar el
universo con mayor detalle.
El observatorio Chandra de Rayos X es un ejemplo de la
nueva tecnología. Puesto en órbita en 1999, puede
fotografiar en la parte de rayos X del espectro
electromagnético. Los rayos X típicamente vienen de la
materia con temperaturas de más de un millón K.
Tomado de Holt, Rinehart and Winston.
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GAToledo, Depto. de Cs. SFC, 20156
El universo

7. Nombre
LECCIÓN 1
Curso Fecha
¿Cómo se originó el universo? continuación
¿Qué es la materia oscura?
Los astrónomos estiman la masa del universo midiendo la
masa de estrellas, de galaxias y de toda la materia que existe
entre ellas. Sin embargo, las fuerzas gravitatorias entre las
galaxias son demasiado grandes para ser producida sólo por
la cantidad de materia observada en el universo. Esto sugiere
que existe más materia de la que los astrónomos pueden ver.
Los astrónomos piensan que esta materia "perdida" puede ser
invisible. A esa materia “perdida la llaman materia oscura.
La materia oscura podría estar formada de planetas, de
agujeros negros y de las pequeñas estrellas que no absorben
ni emiten luz. También podría ser partículas atómicas extrañas
que los instrumentos actuales no pueden detectar. Sea cual
sea de lo que esté formada la materia oscura, los astrónomos
piensan que el universo contiene más de ella que de la materia
visible. Los científicos saben que existe por los efectos que
provoca, al ejercer atracción gravitatoria sobre la materia que
sí se puede ver
A mediados de 2006, el Observatorio Chandra encontró
evidencia directa de la materia oscura en una colisión entre
dos cúmulos de galaxias. http://elpais.com/diario/2006/08/23/sociedad/1156284005_850215.htm
MATEMÁTICA Y MODELOS
¿COMPRENDISTE?
16. Explica ¿Por qué los científicos
do aceptan que hay una gran
cantidad de materia invisible en el
universo?
Muchas de las teorías que los astrónomos utilizan para
explicar sus observaciones se basan en las matemáticas. Por
ejemplo, en 1916, Albert Einstein desarrolló la teoría general
de la relatividad. Esta teoría describe con ecuaciones
matemáticas los efectos de la gravedad.
La teoría de Einstein afirma que la masa curva el
espacio. Y lo hace de la misma manera que tu cuerpo se curva
en un cojín cuando te sientas. En 1919, las observaciones de
un eclipse total de Sol mostraron que Einstein tenía la razón.
Los astrónomos observaron estrellas en la dirección del sol
que podían ver sólo durante el eclipse. La masa del sol curvó el
espacio. Eso provocó que la luz de las estrellas parecían
provenir de una dirección ligeramente diferente a la ubicación
real de la estrella.
Según la teoría de
la relatividad, la
masa del sol curva
el espacio cercano
al sol . Esto hace
que la luz de las
estrellas se curve
a medida que
avanza más allá
del sol.
posición
Aparente
de la estrella
Posición real
de la estrella
Sol
17. Describe ¿Qué es lo que
provoca la curvatura de la luz a
medida que avanza más allá del sol?
Tomado de Holt, Rinehart and Winston.
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GAToledo, Depto. de Cs. SFC, 20157
El universo

8. Nombre Curso Fecha
LECCIÓN 1 Revisión
LECCIÓN VOCABULARIO
Teoría del big bang: La teoría que explica que toda la
materia y la energía en el universo estaba comprimido en un
volumen extremadamente pequeño que hace 13700 a
13800 millones de años comenzó a expandirse en todas
direcciones
Efecto Doppler: un cambio observado en la frecuencia de
una onda cuando se está moviendo la fuente o el observador
Universo: La suma de todo el espacio, materia, y energía que
existe, que ha existido en el pasado y que existirá en el futuro
1. Identifica Relaciones Explica cómo las observaciones de Edwin Hubble de galaxias distantes apoyan la
teoría del big bang. En tu respuesta, usa el término “efecto Doppler”.
2. Explica ¿Por qué no podemos ver a las estrellas y galaxias distantes, tal como son en este momento,
sino que las vemos tal como eran en el pasado?
3. Describe ¿Cómo afecta la cantidad de materia presente en el universo a los posibles futuros del
universo?
4. Infiere Imagina que pudieses viajar al pasado. Describe qué pasaría con el tamaño del universo y con la
temperatura a medida que te alejaras cada vez más del presente.
Tomado de Holt, Rinehart and Winston.
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GAToledo, Depto. de Cs. SFC, 20158
El universo