Cosmología, es el estudio del universo en su conjunto, en el que se incluyen teorías sobre su origen, su evolución, su estructura a gran escala y su futuro.
Aunque la palabra cosmología fue utilizada por primera vez en 1730 en la Cosmologia generalis de Christian Wolff, el estudio científico del universo tiene una larga historia, que involucra a la física, la astronomía, la filosofía, el esoterismo y la religión.
El nacimiento de la cosmología moderna puede situarse en 1700 con la hipótesis de que las estrellas de la Vía Láctea pertenecen a un sistema estelar de forma discoidal, del cual el propio Sol forma parte; y que otros cuerpos nebulosos visibles con el telescopio son sistemas estelares similares a la Vía Láctea, pero muy lejanos.
La cosmología comprende el estudio de las propiedades del Universo en su conjunto: como se ha desarrollado y como llegará a su final en caso de que lo tenga; para su análisis se han ideado modelos cosmológicos, es decir, esquemas hipotéticos de la estructura e historia del Universo. La confirmación de su validez resultara de la comparación con los datos que se obtengan de las observaciones astronómicas.
Los protones se acelerarán hasta tener una energía de 7 TeV cada uno (siendo el total de energía de la colisión de 14 TeV). Se están construyendo 5 experimentos para el LHC. Dos de ellos, ATLAS y CMS, son grandes detectores de partículas de propósito general. Los otros tres, LHCb, ALICE y TOTEM, son más pequeños y especializados. El LHC también puede emplearse para hacer colisionar iones pesados tales como plomo (la colisión tendrá una energía de 1150 TeV). Los físicos confían en que el LHC proporcione respuestas a las siguientes cuestiones:
§ El significado de la masa (se sabe cómo medirla pero no se sabe qué es realmente).
§ La masa de las partículas y su origen (en particular, si existe el bosón de Higgs).
§ El origen de la masa de los bariones.
§ Número de partículas totales del átomo.
§ A saber el por qué tienen las partículas elementales diferentes masas (es decir, si interactúan las partículas con un campo de Higgs).
§ El 95% de la masa del universo no está hecha de la materia que se conoce y se espera saber qué es la materia oscura.
§ La existencia o no de las partículas supersimétricas.
§ Si hay dimensiones extras, tal como predicen varios modelos inspirados por la Teoría de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han podido percibir.
§ Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria.
§ Recrear las condiciones que provocaron el Big Bang.11El LHC es un proyecto de tamaño inmenso y una enorme tarea de ingeniería. Mientras esté encendido, la energía total almacenada en los imanes es 10 gigajulios y en el haz 725 megajulios.
PresupuestoLa construcción del LHC fue aprobada en 1995 con un presupuesto de 2600 millones de Francos suizos (alrededor de 1700 millones de euros), junto con otros 210 millones de francos (140 millones €) destinados a los experimentos. Sin embargo, este coste fue superado en la revisión de 2001 en 480 millones de francos (300 millones de €) en el acelerador, y 50 millones de francos (30m €) más en el apartado para experimentos.13 Otros 180 millones de francos (120m €) más se han tenido que destinar al incremento de costes de las bobinas magnéticas superconductoras. Y todavía persisten problemas técnicos en la construcción del último túnel bajo tierra donde se emplazará elSolenoide compacto de muones (CMS). El presupuesto de la institución aprobado para 2008, es de 660.515.000 euros para un total de 53.929.422 euros.El recorte de fondos previsto para el año 2011 es de 15 millones de francos suizos dentro de los 1.100 millones de euros del presupuesto total, lo que representaría menos del 1,5 por ciento de inversión anual; al año siguiente un dos por ciento; así hasta ahorrar 262 millones de euros para 2015.14 15El delegado científico de España en el CERN, Carlos Pajares, ha asegurado que el Gran Colisionador de Hadrones o LHC no se verá afectado por el recorte de fondos previsto por la institución científica ante la crisis económica."Todos los países dijimos que no había que tocar el programa del LHC y es lo que se hizo. El director general ha enviado un mensaje a toda la comunidad científica diciendo que el CERN se ha apretado el cinturón igualmente pero el LHC no va a sufrir", ha señalado Carlos Pajares.14 15 Alarmas sobre posibles alarmas.Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho16denunciaron ante un tribunal de Hawái al CERN y al Gobierno de Estados Unidos, afirmando que existe la posibilidad de que su funcionamiento desencadene procesos que, según ellos, serían capaces de provocar la destrucción de la Tierra. Sin embargo su postura es rechazada por la comunidad científica, ya que carece de cualquier respaldo matemático que la apoye.Los procesos catastróficos que denuncian son:17§ La formación de un agujero negro estable.§ La formación de materia extraña supermasiva, tan estable como la materia ordinaria.§ La formación de monopolos magnéticos (previstos en la teoría de la relatividad) que pudieran catalizar el decaimiento del protón.§ La activación de la transición a un estado de vacío cuántico.A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como microagujeros negros inestables, redes, o disfunciones magnéticas. La conclusión de estos estudios es que "no se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas". § En el hipotético caso de que se creara un agujero negro, sería tan infinitamente pequeño que podría atravesar la Tierra sin tocar ni un solo átomo, ya que el 95% de estos son espacios vacíos. Debido a esto, no podría crecer y alcanzaría el espacio, donde su probabilidad de chocar contra algo y crecer, es aún más pequeña.[cita requerida]§ El planeta Tierra está expuesto a fenómenos naturales similares o peores a los que serán producidos en el LHC.§ Los rayos cósmicos alcanzan continuamente la Tierra a velocidades (y por tanto energías) enormes, incluso varios órdenes de magnitud mayores a las producidas en el LHC.§ El Sol, debido a su tamaño, ha recibido 10.000 veces más.§ Considerando que todas las estrellas del universo visible reciben un número equivalente, se alcanzan unos 1031 experimentos como el LHC y aún no se ha observado ningún evento como el postulado por Wagner y Sancho.§ Durante la operación del colisionador de iones pesados relativistas (RHIC) en Brookhaven (EE.UU.) no se ha observado ni un solostrangelet. La producción de strangelets en el LHC es menos probable que el RHIC, y la experiencia en este acelerador ha validado el argumento de que no se pueden producir strangelets.Estos argumentos no impidieron que hubiera revueltas e incluso un suicidio por temor al fin del mundo cuando LHC lanzó su primera partícula el 10 de septiembre del 2008.
GLOSARIO DE COSMOLOGÍA:
Agujero negro
Objeto astronómico colapsado donde la fuerza de atracción gravitacional es tan intensa que nada (ni siquiera la luz) puede salir de él.
Anisotropía
Desigualdad de una observación dependiendo de la dirección que se mire.
Anisotropía de la radiación cósmica de fondo
Desigualdad de la temperatura de la radiación cósmica de fondo en diferentes direcciones del cielo (véaseradiación cósmica de fondo).
Un tipo de materia que existe en la naturaleza y que está compuesta de partículas elementales que se aniquilan (es decir toda su masa se convierte en luz) al momento de entrar en contacto con su correspondiente partícula. Por ejemplo, el positrón es la anti-partícula del electrón y cuando un positrón entra en contacto con un electrón, la masa conjunta del par desaparece y la energía equivalente aparece en forma de dos fotones (luz).
Átomo
Mínima cantidad que se puede tener de un elemento químico; compuesto por un núcleo con protones y neutrones rodeado de electrones que ocupan capas con niveles discretos de energía.
Big Bang
Comienzo del universo y del tiempo hace 13.700 millones años en un pasado denso y caliente, seguido de la expansión del espacio.
Brillo intrínseco
También llamado luminosidad; cantidad de energía por unidad de tiempo emitida por una estrella.
Brillo aparente
Cantidad de energía recibida de un objeto astronómico por unidad de tiempo por unidad de área colectora.
Cefeida
Estrella de brillo variable cuyo prototipo primero se halló en la constelación Cefeo (rey de Etiopía en la mitología griega).
COBE
COBE, del inglés Cosmic Background Explorer = explorador de la radiación cósmica de fondo; proyecto espacial de la NASA consistente en un satélite en órbita polar (a 900 kilómetros de la Tierra) lanzado en 1989 y que porta tres instrumentos: uno para medir la temperatura de la radiación de fondo, el segundo para medir los tenues cambios de la temperatura de la radiación de fondo relativas a su valor promedio; y el tercero para observar la radiación de fondo en frecuencias del infrarrojo.
Colapso gravitacional
Proceso mediante el cual todas las partículas en una nube de materia en el espacio caen hacia el centro de la nube atraídas por la fuerza de gravedad.
Corrimiento rojo
(véase: desplazamiento rojo)
Cosmología
Para los físicos: estudio científico del universo como un todo incluyendo su origen, evolución y constitución. Para los antropólogos: estudio de las creencias y prácticas de una sociedad en torno a explicaciones del mundo, su organización y origen.
Constante cosmológica
Es un término en las ecuaciones de la teoría general de la relatividad de Einstein que produce la expansión acelerada del espacio.
Constelación
Es una de las 88 regiones en que se ha partido la esfera celeste siguiendo la guía de siluetas imaginarias dibujadas en la antigüedad. Los vértices de estas siluetas son estrellas que se ven a simple vista y las figuras toman forma de dioses o animales. Las más famosas constelaciones son las del zodiaco (Aries, Taurus, Géminis, Cáncer, Leo, Virgo, etc.) y todo el mundo las conoce debido a la infundada noción de que la posición de los planetas al momento del nacimiento de las personas determina su personalidad y suerte.
Cuásar
El núcleo de una galaxia (usualmente lejana) que emite luz de brillo muy intenso (se piensa debido a la existencia de un agujero negro masivo en el centro de la galaxia)
Cúmulos globulares
Acumulación de miles de estrellas agrupadas por la acción de la gravedad.
Desplazamiento rojo
Cuando una estrella se aleja del observador, las frecuencias de la luz emitida por la estrella se desplazan hacia el lado rojo del espectro.
Doppler (efecto)
Christian Doppler (1803-1853) fue un físico y matemático austriaco que estudió lo que le ocurre a las ondas (de sonido o de luz) cuando estas son producidas o percibidas desde una plataforma en movimiento. Según Doppler, las frecuencias de la luz emitida por una estrella que se aleja del observador tienden a correrse hacia el lado rojo del espectro (este es el efecto Doppler)
Epistemología
(del griego episteme = "conocimiento") es la teoría del conocimiento; una rama de la filosofía que se ocupa de preguntas relacionadas al conocimiento: ¿Cómo ganamos conocimiento del mundo externo? ¿Cómo sabemos que ese conocimiento es válido? ¿Es confiable la información entregada por los sentidos?, etc
Espacio-Tiempo
La unión de las coordenadas espacio y tiempo propuesta por la teoría de la relatividad especial de Einstein.
Espectro
La medida de las energías de una onda electromagnética (luz por ejemplo) ordenadas en intensidad. Cuando se forma un arco iris vemos la luz solar separada de acuerdo a sus energías (es decir sus colores) y así visualizamos el espectro de la luz solar.
Espectro electromagnético
En orden de menor a mayor energía: Radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos-X, y rayos gama.
Estrella
Es una bola de gas (primordialmente hidrógeno y helio) flotando en el espacio. En su centro la temperatura y la densidad son tan altas que pueden producir reacciones nucleares que generan una gran cantidad de energía. Para que estas condiciones se den, sin embargo, la estrella debe tener una masa mayor que unas 80 veces la masa de Júpiter.
Estrella Variable
Es una estrella cuyo brillo cambia cíclicamente. La astrónoma Henrietta Leavitt trabajando para el Observatorio de Harvard College descubrió en 1912 una ley que relaciona el brillo intrínseco de las estrellas variables tipo Cefeidas con la frecuencia de variabilidad de su brillo. Este descubrimiento permitió medir las distancias a galaxias lejanas, ya que conociendo el brillo intrínseco de una estrella se puede determinar la distancia (midiendo el brillo aparente).
Falsabilidad
La noción (debida al filósofo Karl Popper) según la cual para que una teoría o hipótesis pueda considerarse científica, ésta debe proponer observaciones o experimentos concretos que la puedan refutar; que un experimento puede mostrar que una teoría es falsa pero no puede demostrar que es válida; que una hipótesis se debe abandonar cuando se ha mostrado contraria a las observaciones o experimentos.
Fondo cósmico de microondas
(véase: radiación cósmica de fondo)
Fotón
Un paquete de energía electromagnética que se propaga a la velocidad de la luz.
Galaxia
Grupo de estrellas mantenido por la atracción gravitacional entre ellas.
Geocentrismo
Modelo del universo que pone a la Tierra en el centro, los planetas y estrellas girando en torno a la Tierra. La teoría se originó en la antigua Grecia y fue promovida por Tolomeo (90-168 d.C.).
Heliocentrismo
Modelo del universo que pone al Sol en el centro y los planetas girando en torno al Sol. Por Arquímedes sabemos que Aristarco de Samos (310 - 230 a.C.) propuso un modelo heliocéntrico. La teoría fue desarrollada más detalladamente por Nicolás Copérnico (1473-1543) y promovida por Galileo Galilei (1564-1642).
Inflación
Una componente de la teoría del big bang en la cual el universo -- en sus comienzos -- en un instante de tiempo extremadamente pequeño se expandió a un tamaño inimaginable.
Kelvin
Unidad de medida usada en la escala absoluta de temperatura. Un grado Kelvin es igual a un grado centígrado. Cero grados Kelvin corresponden a -273,15 grados centígrados.
Ley de Hubble
Relación entre la distancia y la velocidad de recesión de una galaxia lejana (V = H x d, donde V = velocidad de recesión, d = distancia a la galaxia, H = constante de Hubble). Descubierta en 1929 por Edwin Hubble.
Materia oscura
Una forma de materia en el universo que los astrónomos no han observado directamente (porque no emite luz) pero sus efectos gravitacionales sí se han observado.
Modelo de estado estacionario
Modelo del universo propuesto por el matemático y físico inglés Fred Hoyle (1915-2001) en el cual el universo no tiene comienzo en el tiempo y siempre ha estado en expansión.
Modelo estándar de partículas e interacciones
Teoría sobre las partículas elementales y las interacciones que manifiestan (excepto gravedad): electromagnetismo, fuerza nuclear débil y fuerza nuclear fuerte; la teoría incorpora la mecánica cuántica y la relatividad especial.
Nebulosa
Nube de gas y polvo interestelar.
Nebulosa planetaria
La capa de gas más externa a una estrella gigante roja que es expelida al espacio durante los momento finales de la estrella; la luz ultravioleta del núcleo estelar remanente hace que estas nubes brillen y así aparecen en nuestros telescopios como intrigantes y hermosas nubes en el espacio.
Neutrino
Partícula elemental neutra producida en reacciones nucleares donde interviene la fuerza nuclear débil. La masa del neutrino es inferior a una mil millonésima de la masa del átomo de hidrogeno (el átomo más ligero).
Paradigma
Término que ganó un significado especial a partir de Thomas Kuhn y que se usa para nombrar el marco conceptual común aceptado por una comunidad de practicantes de la ciencia que trabajan en un tema determinado.
Plasma
Estado de la materia a alta temperatura en el cual los átomos están ionizados (es decir que debido a la alta temperatura los átomos pierden sus electrones).
Plasma primordial
Plasma primordial se refiere al medio existente en el universo antes de que se formaran las estrellas (o cualquier otro objeto astronómico) y consiste de fotones, neutrones, protones, electrones y neutrinos.
Quark
Partículas elementales que se encuentran dentro del protón y del neutrón.
Radiación cósmica de fondo
Es la energía en forma de luz -- radiación electromagnética -- que existía en los primeros momentos del big bang. Debido a la expansión del universo esa luz del big bang hoy se manifiesta como un fondo de microondas (sí, el mismo tipo de radiación que se usa en los hornos microondas de las cocinas modernas) a una temperatura muy baja (-270,4 grados centígrados), de manera que no tenemos que preocuparnos de quedar tostados en el horno cósmico).
Radiación de fondo
(véase: radiación cósmica de fondo)
Red shift
(véase: desplazamiento rojo)
Relatividad especial (o restringida)
Teoría desarrollada por el físico Albert Einstein en 1905 que explica lo que ocurre cuando algo se mueve a una velocidad cercana a la velocidad de la luz. De aquí sale la noción de que el espacio y el tiempo forman un continuo y también la famosa relación entre masa y energía (E = mc2). Esta teoría no considera sistemas donde hay fuerzas gravitacionales.
Relatividad general
Teoría sobre la gravedad desarrollada por el físico Albert Einstein en 1915. Según Einstein, la gravedad es producida por una modificación del espacio generada por objetos con masa. Mejor dicho, es como si uno estuviera sentado en un sofá muy mullido y al lado nuestro se sienta un viejo gordo, el sofá se deforma y nos vamos a sentir atraídos hacia el gordo.
Sofistas
Grupo de filósofos activos durante el período 450-300 a.C. que promulgaban la noción de que el conocimiento es relativo, contingente y moldeable. Aristóteles y Platón los declararon enemigos y encontraron ofensiva la idea de que la verdad es relativa.
Supernova
La explosión de una estrella masiva cuando se agota el material que produce energía nuclear en su interior.
Teoría de cuerdas
Teoría que busca unificar la mecánica cuántica con la relatividad general de Einstein; postula que las partículas elementales no son puntuales sino compuestas de entidades unidimensionales llamadas cuerdas; las vibraciones de esas cuerdas determinan las propiedades de las partículas.
Teoría M
Marco teórico que busca unir cinco teorías de supercuerdas para formar una teoría unificada; requiere un espacio-tiempo de 11 dimensiones.
Universo ekpiróptico
Modelo cíclico del universo en el que muchos big bangs se producen cuando colisionan membranas (las membranas son entidades matemáticas definidas en un espacio de más de cuatro dimensiones).
Vía Láctea
La galaxia donde se encuentra nuestro sistema solar.
Velocidad de recesión
Velocidad con la que se aleja una galaxia relativa a un observador parado en la Tierra.
WMAP
Del inglés Wilkinson Microwave Anisotropy Probe = sonda Wilkinson de anisotropías en microondas; proyecto espacial de la NASA destinado a medir los tenues cambios de temperatura de la radiación cósmica de fondo relativas a su valor promedio. La sonda WMAP fue lanzada al espacio el 30 de junio del 2001 donde por nueve años observó el cosmos desde un punto de equilibrio a una distancia de un millón y medio de kilómetros. David Wilkinson fue un físico de la Universidad de Princeton quien desarrolló las tecnologías de antenas de microondas que hicieron posible estos experimentos.
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