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Origen y teorías del Big Bang
- 1. Carlos Pérez Rafael Montero Miguel García
- 2. Orígen del universo. El origen del universo es el instante en que apareció toda la materia y la energía que tenemos actualmente en el universo como consecuencia de una gran explosión. Esta postulación conlleva que el universo podría haberse originado hace entre 13.500 y 15.000 millones de años
- 3. Edwin Hubble confirmó que el universo se estaba expandiendo, fenómeno que Albert Einstein con la teoría de la relatividad general había predicho anteriormente.
- 4. La teoría inflacionaria de Alan Guth intenta explicar los primeros instantes del Universo. Se basa en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay cerca de un agujero negro. Supone que una fuerza única se dividió en las cuatro que ahora conocemos, produciendo el origen al Universo.
- 6. Big Bang La teoría del Big Bang consiste en que el universo en un momento dado explotó y libero una gran cantidad de energía y materia separando todo hasta ahora. El universo después del Big Bang comenzó a enfriarse y a expandirse, este enfriamiento produjo que tanta energía comenzara a estabilizarse.
- 7. Big Bang . Lo primero en aparecer fue el núcleo del deuterio, casi a 14 segundos después, cuando la temperatura de 3.000 millones de grados permitía a los neutrones y protones permanecer juntos. Para cuando estos núcleos podían ser estables, el universo necesitó de algo más de tres minutos, cuando esa bola incandescente se había enfriado a unos 1.000 millones de grados.
- 8. Big Bang Los científicos necesitan de una materia adicional a la conocida por el hombre. Varios cálculos han demostrado que toda la materia y la energía que conocemos es muy poca en relación a la que debería existir para que el Big Bang sea correcto. Por lo que se postuló la existencia de una materia hipotética para llenar ese vacío, a la cual se la llamo materia oscura
- 10. Big Bang Densidad infinita, volumen cero. 10-43 segs. Fuerzas no diferenciadas 10-34 segs. Sopa de partículas elementales 10-10 segs Se forman protones y neutrones 1 seg. 10.000.000.000 º. Tamaño Sol 3 minutos 1.000.000.000 º. Nucleos 30 minutos 300.000.000 º. Plasma 300.000 a. Átomos. Universo transparente 106 años Gérmenes de galaxias 108 años Primeras galaxias 109 años Estrellas. El resto, se enfría 5x109 años Formación de la Vía Láctea 1010 años Sistema Solar y Tierra
- 11. Teorías del fin del universo: • Big Crunch • Big Bounce (Universo oscilante) • Big Freeze • Big Rip
- 12. Teorías del fin del universo Sabemos que el universo está en expansión, pero en la década de los 60, Allan R. Sandage consiguió varias muestras con su telescopio de 200 pulgadas que mostraban ritmo de expansión actual es menor que el de hace 1.000 millones de años. Según esto podemos deducir que si cada vez se expande más lento, habrá un momento en que deje de expandirse.
- 13. Y después de este momento… ¿Qué ocurrirá? Ahora entra en juego la densidad media del universo, desconocida para nosotros, puesto que depende de dos aspectos: La cantidad de materia visible (conocida) y la cantidad de materia no visible o materia oscura (de la que solo conocemos que existe, pero no en que cantidad).
- 14. Según sea la densidad podremos encontrarnos ante diferentes finales: 1) Si la densidad del universo es menor de 3 átomos/cm3 el universo no tendrá fuerza suficiente para atraer a sus extremos y por lo tanto no podrá contraerse, nos encontramos entonces ante dos posibles teorías. el BIG FREEZE y el BIG RIP, que luego explicaremos
- 15. 2) Si la densidad es mayor, el universo mismo ejercerá una fuerza de atracción sobre los extremos, que empezarán a acercarse de nuevo al centro, entonces nos encontraríamos ante el BIG CRUNCH
- 16. Big Crunch El Big Crunch es una teoría por la que el universo iniciaría un proceso de contracción tras llegar al punto de máxima expansión y verse atraído por su propia densidad.
- 17. Big Crunch El resultado final de esta contracción es desconocido; se piensa que toda la materia, toda la luz y todo el espacio-tiempo se colapsarían en una singularidad espacio-temporal adimensional, es decir, un punto en que toda la materia y energía quedaría reducida a un espacio mínimo, donde el espacio y el tiempo no se diferenciarían (desaparecerían las dimensiones) y dónde las cuatro fuerzas fundamentales (electromagnetismo, gravedad, interacción nuclear fuerte y débil) se unirían en el mismo punto y serían una sola, pero a estas escalas se desconocen los efectos exactos y las dimensiones de este suceso, por lo que no estamos seguros de que puede ocurrir..
- 18. Big Bounce – Universo oscilante Existe otra teoría que amplía al Big Crunch que dice que una vez agrupado todo lo existente (materia, energía, dimensiones…) en un solo punto, este estallaría y se volvería a expandir, dando lugar a un nuevo Big Bang, que crearía otro universo. Según esto, podríamos estar ante el primer universo o ante el trigésimo universo o ante el 3.000 millones.
- 19. Big Bounce Esta teoría plantea un modelo del universo circular o oscilante, en el que el universo se expandiría y contraería constante e indefinidamente, dando lugar a un período de sucesión de universos abiertos por un Big Bang y cerrados por un Big Crunch.
- 20. Big Freeze: • también conocido como Big Whisperer ("Gran susurro") • Es una teoría física sobre el futuro del Universo, en la que se supone éste se seguirá expandiendo eternamente acabando con la muerte térmica del Universo.
- 21. • Partes: 1. Era estelífera 2. Era degenerada 3. Era de los agujeros negros 4. Era oscura • Se basa en la segunda ley de la termodinámica.
- 22. Segunda ley de la termodinámica • Esta ley define como una la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. Esta ley requiere la existencia de la entropía. • Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico. • Esto sirve para explicar por que no se podría retroceder en el fin del universo
- 23. Era estelífera: • Las estrellas son los objetos dominantes del universo. • La energía procede principalmente de fusiones nucleares. • Su duración es entre un millón de años después del big bang y 100 billones después del mismo.
- 24. • Progresivo agotamiento del gas interestelar lo que conlleva a la reducción del numero de estrellas nuevas. • Aumentara el número de agujeros negros, enanas blancas y estrellas de neutrones. • La tierra será destruida por el sol y Andrómeda y la Vía lactea chocaran formando Milkómeda. • La radiación de fondo y la nucleosíntesis primordial habrán desaparecido y será imposible determinar el origen del universo.
- 25. Era degenerada • Los objetos dominantes serán los restos densos, inertes, y fríos de estrellas. • Será un universo prácticamente oscuro para un órgano como el ojo humano. • Seguirán formándose estrellas gracias a colisiones estelares, aunque a un ritmo muy lento. • las galaxias mostraran una distribución de masas cada vez más heterogénea hasta formarse un agujero negro.
- 26. • Las estrellas de neutrones evolucionarán perdiendo progresivamente su degeneración convirtiéndose en objetos parecidos a las enanas blancas y en adelante desintegrándose. • Finalmente, los planetas y otros cuerpos menores sufrirán también una desintegración parecida, descomponiéndose primero sus átomos constituyentes en elementos cada vez más simples hasta llegar al hidrógeno y luego desintegrarse. • A los 1038 años en el futuro, toda la materia habrá desaparecido y sólo quedarán agujeros negros.
- 27. • se producirá la desintegración de los protones y por tanto de la materia, un fenómeno predicho por las Teorías de la Gran Unificación. Era de los agujeros negros • Una vez que los protones y los neutrones hayan desaparecido los únicos objetos que quedarán serán los agujeros negros. • Los agujeros negros desaparecerán, y decaerán mediante la emisión de radiación de Hawking. Al irse evaporando, la temperatura de los agujeros negros irá subiendo a la vez que van encogiendo y perdiendo masa.
- 28. • llegando un momento en el que brillarán como estrellas minúsculas para desaparecer poco después en una potente explosión. • La era de los agujeros negros acabará con la desaparición de los últimos y más masivos de ellos.
- 29. Big Rip • El Gran Desgarramiento o Teoría de la expansión eterna, llamado en inglés Big Rip, es una hipótesis cosmológica sobre el final del Universo. • Seguiría un proceso igual que el del big freeze pero en vez de que al enfriarse el universo se alcanzaría la muerte térmica se postula que al desaparecer la gravedad el universo continuaría en expansión.
- 30. • Primero, las galaxias se separarían a 1000 millones de años del final. • Luego la gravedad sería demasiado débil para mantener integrada cada galaxia, y 60 millones de años antes del fin, sólo habría estrellas aisladas. • Aproximadamente tres meses antes del fin, los sistemas solares perderían su cohesión gravitatoria. • En los últimos minutos, se destruirían estrellas y planetas. El Universo quedaría en átomos. • Los átomos serían destruidos en una fracción de segundo antes del fin del tiempo y sólo quedaría radiación. El Universo sería como el Big Bang pero casi infinitamente menos denso.
- 31. Otras teorías • Paradoja de los gemelos • Multiverso
- 32. Paradoja de los gemelos La paradoja de los gemelos (o paradoja de los relojes) es un experimento mental que analiza la distinta percepción del tiempo entre dos observadores con diferentes estados de movimiento. Esta paradoja fue formulada por Einstein tras desarrollar su teoría sobra la relatividad espacial. Dicha teoría postula que la medida del tiempo no es absoluta, y que, si tomamos dos observadores, el tiempo medido entre dos eventos por estos observadores, en general, no coincide, pues la diferente medida de tiempos depende del estado de movimiento relativo entre ellos. Es decir, según la teoría de la relatividad, el tiempo no sigue constante siempre, sino que varía dependiendo del estado de movimiento de los cuerpos.
- 33. Paradoja de los gemelos • En la paradoja se toman dos gemelos como protagonista, según Einstein, que luego lo demostró científicamente con cálculos matemáticos precisos, si uno de ellos permanece en La Tierra y el otro se embarca en una supuesta nave espacial en un viaje a través del universo, a una velocidad próxima a la de la luz. A la vuelta, el gemelo viajero es más joven que el gemelo terrestre.
- 34. Paradoja de los gemelos De acuerdo con la teoría espacial de la relatividad, y según su predicción de la dilatación del tiempo, el gemelo que se queda en la Tierra envejecerá más que el gemelo que viaja por el espacio a gran velocidad. Es decir, si fuésemos el gemelo viajero e hiciéramos el hipotético viaje, el tiempo que pasamos en la nave pasa más lento que el tiempo en La Tierra, donde se encuentra el otro gemelo, puesto que la nave se encuentra a una velocidad cercana a la de la luz. Cuando llegáramos, nuestro gemelo habría envejecido más que nosotros. Si ambos gemelos tuviesen 30 años y el viaje se realizara a una estrella situada a 5 años luz, el viaje duraría 10 años apara el gemelo terrestre y tan solo un año para el viajero, por lo que el gemelo viajero tendría supuestamente 31 años y el que quedó en La Tierra habría envejecido 10 veces más rápido, por lo que tendría 40 .
- 35. Vídeo sobre la paradoja de los gemelos • http://www.youtube.com/watch?v=hy3dCTUJ OSs
- 36. Multiverso • Multiverso es un término usado para definir los múltiples universos posibles, incluido nuestro propio universo. Comprende todo lo que existe físicamente. • La idea de que el universo que se puede observar es sólo una parte de la realidad física dio lugar al nacimiento del concepto de multiverso. Los diferentes universos dentro del multiverso son a veces llamados universos paralelos. La estructura del multiverso, la naturaleza de cada universo dentro de él, así como la relación entre los diversos universos constituyentes, dependen de la hipótesis de multiverso considerada.
- 37. Jerarquía de niveles • Las teorías científicas de los universos paralelos constituyen una jerarquía de cuatro niveles. Conforme aumenta el nivel, los distintos universos difieren más del nuestro. Así, en el multiverso de Nivel I los distintos universos sólo se diferencian en las condiciones iniciales mientras que en el multiverso de Nivel IV incluso las leyes físicas son distintas.