Blog J.L. /Mincholé

Posted on 01/04/2012

Espero que esta pequeña divulgación sea suficientemente clara para la mayoría de los que se animen a leerla

Cosmología y física

La cosmología es la ciencia que estudia el universo. Se puede afirmar que es a partir de la teoría de la relatividad general cuando se convierte en una disciplina con entidad separada, aunque no independiente, de la Física y de la Astronomía. La Cosmología pretende abarcar el universo desde su inicio a su estado actual, pero también predecir su futuro. Las hipótesis sobre el origen del universo no pueden pasar de hipótesis, ya que el suceso no es reproducible; sin embargo, la hipótesis de la gran explosión o Big Bang hoy día es ampliamente aceptada y está sustentada en bases sólidas como el fondo de radiación de microondas que, según los cosmólogos, sería el testimonio más sólido del Big Bang. A partir de esa explosión primigenia, que los cosmólogos sitúan hace unos 14000 millones de años, el universo se está expandiendo y parece ser que con velocidad creciente, al tiempo que se han ido creando galaxias, estrellas y toda clase de cuerpos celestes, incluidos los misteriosos agujeros negros. Hay algunos enfoques que sugieren, en lugar de un instante-punto a partir de la nada, una especie de rebote que implicaría un antes del Big-Bang con un universo en contracción y un Big Bang a partir del instante en que la densidad se habría hecho gigantesca.

Sin embargo las condiciones iniciales del Big Bang son un misterio para los propios cosmólogos, ya que se trataría de una singularidad en la que ya no serían válidas las leyes físicas ni las matemáticas que hoy manejamos. Por otra parte, aunque la expansión del universo está bien comprobada, debemos tener en cuenta que nuestras ideas intuitivas del espacio y del tiempo como un marco estático dónde se producen fenómenos serían erróneas. Espacio-tiempo, según la relatividad, es por sí mismo un fenómeno y no un marco en el que ocurren los fenómenos. Cuando decimos que el universo se expande, no debemos pensar en un espacio estático que va siendo invadido por el universo: lo que se expande es todo, incluido el espacio-tiempo.

Los modelos cosmológicos actuales implican que la masa del universo es mucho mayor que la masa de todos los cuerpos celestes observables. Esa materia, por ahora sin identificar, es la denominada materia oscura, que representaría un 22% de la masa total del universo observable. La materia oscura estaría formada, además de por neutrinos, por partículas distintas de las que hasta hoy se tienen identificadas como leptones, hadrones, quarks, … Por otra parte, la expansión del universo, que parece producirse además con velocidad creciente, exige, según la cosmología, la existencia de una energía oscura, también indetectada, que produciría un efecto de repulsión que compensaría y superaría la atracción gravitatoria que nos es familiar. Recordemos que la relatividad establece la equivalencia masa-energía; en este caso la energía oscura vendría a representar un 74% de la masa-energía total del universo (figura tomada de Wikipedia).

Como vemos, en la cosmología actual, se utiliza la relatividad general, que originalmente es una física del macrocosmos y que no se relaciona con las partículas elementales del microcosmos. Sin embargo, la materia y la energía oscuras, los agujeros negros y otros temas están íntimamente relacionados con partículas elementales. Por lo tanto, cosmólogos y físicos están trabajando en tratar de unificar relatividad y mecánica cuántica. En este sentido, una línea de investigación es la llamada teoría de cuerdas. En esta aparece la posibilidad de múltiples universos con leyes físicas diferentes, de los que el nuestro sería uno más.

Los trabajos teóricos en marcha se complementan con los trabajos experimentales. Como se supone que las energías de las partículas que intervinieron en los instantes iniciales después del big bang serían enormes, los experimentos deben tratar de aproximarse a esos órdenes de magnitud. Esto es lo que se hace en Gran Colisionador de Hadrones, (en inglés Large Hadron Collider, LHC) que es un acelerador de partículas perteneciente a la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Se encuentra cerca de Ginebra, en la frontera franco-suiza. Fue diseñado para hacer colisionar haces de hadrones, concretamente protones, de hasta 7 TeV de energía (figura tomada de Wikipedia). También se propone chequear la validez y límites del Modelo Estándar, que es actualmente el marco teórico de la física de partículas. Para hacerse una idea de lo que representan 7TeV (7 tera- electrón-voltios), podemos pensar que en un equipo de rayos X de diagnóstico se aceleran electrones a unos 120 keV de energía (120 kilo-electrón-voltios, o sea, 120.000 electrón-voltios). 7 TeV sería una energía de 7.000.000.000.000 electrón-voltios (7 billones de electrón-voltios).

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