Divulgación ¿Discordancia en el modelo de expansión.?

[oof]

Llevo tiempo encajando esto. A ver entre todos. Son ideas sencillas pero con una conclusión muy disonante. Sugiero una lectura pausada y mente abierta.

Definamos cuerpo negro como un espacio aislado en cuyo interior toda la materia contenida tiene la misma temperatura.
Es un fenómeno escaso en la naturaleza debido a que en ella la materia se encuentra en distintos estados y temperatura, pero fácil de reproducir en laboratorio por lo que ha sido ampliamente estudiado y su espectro de emisión medido y matemáticamente definido.

¿Puede un cuerpo negro variar de temperatura?.
Bueno digamos que para que pueda seguir considerándose un cuerpo negro toda la materia contenida en el debe variar su temperatura a la vez y en la misma magnitud. Es decir la temperatura puede variar con el tiempo pero no en el espacio, o lo que es lo mismo con su posición en el interior del cuerpo negro.
En estas condiciones la linea del espectro de radiación obtenida dependerá de la temperatura existente en el momento de la medición. Para que esta sea nítida el tiempo de medición ha de ser lo mas breve posible y la temperatura no variar apreciablemente durante ese periodo.
Si el mecanismo de medición fuese instantáneo la linea obtenida coincidiría exactamente con la de un cuerpo negro a la temperatura, del momento de medición, constante.
Si el tiempo de medición fuese excesivamente largo la temperatura variaría durante la medición y la linea espectral se vería ensanchada, borrosa o poco definida con respecto a la teórica.

Otro factor a considerar en un cuerpo negro con temperatura variable es su tamaño. Los puntos materiales próximos al mecanismo medidor radiaran de forma instantánea, pero la radiación de los puntos distantes llegará con cierto retraso debido a la velocidad finita de la radiación.
Este retraso puede definirse como el cociente entre la dimensión del cuerpo negro entre la velocidad de la luz.
Para que este retraso no afecte a la nitidez del resultado la temperatura ha de variar lo menos posible durante ese tiempo.
Si el tamaño del cuerpo negro es pequeño esto no supone ningún inconveniente pues la velocidad de la luz es prácticamente instantánea, pero si el tamaño del cuerpo negro aumenta considerablemente las cosas cambian.
Así para un cuerpo negro con un diámetro de 3 x 10⁸ metros la temperatura no debe variar apreciablemente durante al menos un segundo para conseguir un espectro nítido.
Si el cuerpo negro midiese un año luz necesitaría mantener su temperatura constante durante al menos un año.
Si consideramos un tamaño de miles de millones de años luz resulta que necesitamos un periodo de estabilidad térmica de miles de millones de años para observar un espectro nítido.

El espectro térmico de la radiación de fondo cósmico coincide increíblemente con la de un cuerpo negro a temperatura estable de 2 ' 7 ºK. Resalto el termino estable.
Dada la magnitud del universo esto indicaría que este ha estado con esa temperatura durante miles de millones de años.

Del espacio próximo nos llega una radiación de fondo cósmico reciente que coincide con la de un cuerpo negro a la temperatura de 2'7 ºK.
Del espacio profundo nos llega una radiación de fondo cósmico mucho mas antigua que también coincide con la de un cuerpo negro a la temperatura de 2'7 ºK.

¿Es posible encajar esto con un universo en expansión?.

[pod]

Re: ¿Discordancia en el modelo de expansión.?

Del espacio próximo nos llega una radiación de fondo cósmico reciente que coincide con la de un cuerpo negro a la temperatura de 2'7 ºK.
Del espacio profundo nos llega una radiación de fondo cósmico mucho mas antigua que también coincide con la de un cuerpo negro a la temperatura de 2'7 ºK.

¿Es posible encajar esto con un universo en expansión?.

La radiación de fondo se emitió esencialmente a la vez en todo el el universo (unos 300 mil años después del big bang, o $z \approx 1100$). Esa luz emitida llega hasta nosotros sin mediar interacción desde el momento de ser emitida hasta ahora. Como quiera que la velocidad de la luz es constante, todos los rayos del fondo de radiación de microondas que nos llegan en un instante han partido de la misma distancia. Es decir, no es verdad que nos llegue luz del fondo de microondas más antigua desde más lejos. Nos llega toda desde la misma distancia, y con la misma antigüedad.

De hecho, cada vez nos llega luz un poco más vieja y de un poco más lejos. Y, en consecuencia (debido al red-shift cosmológico), cada vez un poco más fría. Pero hasta donde yo sé, la diferencia es demasiado minúscula para llegar a medirla.

[carroza]

Re: ¿Discordancia en el modelo de expansión.?

Hola.

Buena pregunta, y buena respuesta.

Por añadir un elemento más, la radiación de fondo no debe entenderse como la radiación que emite, o emitió, un objeto muy grande al exterior en un momento dado.

La idea es que la radiación, en los primeros 300000 años de vida del universo, estaba en una fuerte interacción con la materia, porque había muchas cargas libres; los electrones no estaban ligados a los núcleos (protones principalmente). A partir de esa fecha, no se si brusca o gradualmente, los electrones se ligan a los protones, forman átomos neutros, y la probabilidad de interacción se hace mucho menor. Desde entonces, tenemos un fondo de radiación, básicamente libre, que se expande con el universo, y cuya temperatura decrece, pero no por ninguna interacción, sino por la misma expansión, que sube la longitud de onda, baja la energía y baja la temperatura, en el factor z=1100 que menciona pod.

Saludos

[DDD]

Re: ¿Discordancia en el modelo de expansión.?

[FONT=Times New Roman][/FONT][FONT="Verdana"]De la respuesta de Pod:[/FONT]
[FONT=Times New Roman][/FONT][FONT="Verdana"]“La radiación de fondo se emitió esencialmente a la vez en todo el universo” … “Nos llega toda desde la misma distancia, y con la misma antigüedad”[/FONT]
[FONT=Times New Roman][/FONT][FONT="Verdana"]Salvo que hayas dejado de creer en la validez de la Teoría de la Relatividad durante los últimos meses, lo cual no me consta, tendrías que pensar que el tiempo y la simultaneidad son conceptos relativos, de acuerdo con los dogmas de la moderna Física Teórica. Los puntos equidistantes a la Tierra estarán muy alejados entre sí, en la mayoría de los casos, pues formarían parte de una circunferencia de amplísimo radio con centro en la Tierra. Si se emite radiación desde dos puntos del universo muy alejados entre sí, esas emisiones pueden considerarse eventos distantes, y por ello serán simultáneos para unos observadores y para otros no. Según la Relatividad, un observador que se desplazase desde uno de esos puntos (desde los que nos llega radiación a la Tierra) hasta otro punto que esté muy separado del primero ya no podría considerar, en rigor, que los rayos se han emitido “a la vez” o con “la misma antigüedad”.[/FONT]
[FONT=Times New Roman][/FONT][FONT="Verdana"]Por tanto tus dos afirmaciones se ajustan mejor a la física clásica (con un tiempo y espacio absolutos) que a la física moderna (con espacio y tiempo relativos). Con tu comentario estás rechazando, implícitamente, la falaz idea de la “relatividad de la simultaneidad”, cosa que celebro.[/FONT]
[FONT=Times New Roman][/FONT][FONT="Verdana"]Un saludo[/FONT][FONT="Tahoma"] [/FONT]

[pod]

Re: ¿Discordancia en el modelo de expansión.?

[FONT=Verdana]De la respuesta de Pod:[/FONT]
[FONT=Verdana]“La radiación de fondo se emitió esencialmente a la vez en todo el universo” … “Nos llega toda desde la misma distancia, y con la misma antigüedad”[/FONT]
[FONT=Verdana]Salvo que hayas dejado de creer en la validez de la Teoría de la Relatividad durante los últimos meses, lo cual no me consta, tendrías que pensar que el tiempo y la simultaneidad son conceptos relativos, de acuerdo con los dogmas de la moderna Física Teórica. Los puntos equidistantes a la Tierra estarán muy alejados entre sí, en la mayoría de los casos, pues formarían parte de una circunferencia de amplísimo radio con centro en la Tierra. Si se emite radiación desde dos puntos del universo muy alejados entre sí, esas emisiones pueden considerarse eventos distantes, y por ello serán simultáneos para unos observadores y para otros no. Según la Relatividad, un observador que se desplazase desde uno de esos puntos (desde los que nos llega radiación a la Tierra) hasta otro punto que esté muy separado del primero ya no podría considerar, en rigor, que los rayos se han emitido “a la vez” o con “la misma antigüedad”.[/FONT]
[FONT=Verdana]Por tanto tus dos afirmaciones se ajustan mejor a la física clásica (con un tiempo y espacio absolutos) que a la física moderna (con espacio y tiempo relativos). Con tu comentario estás rechazando, implícitamente, la falaz idea de la “relatividad de la simultaneidad”, cosa que celebro.[/FONT]
[FONT=Verdana]Un saludo[/FONT]

Buena pregunta. Es algo que elegí no explicar anteriormente por simplicidad, por ello de responder la pregunta sin introducir demasiados conceptos. A riesgo de que pase esto.

En cuanto a las observaciones cosmológicas se refiere, siempre se utiliza un sistema de referencia concreto para eliminar las ambigüedades. Obviamente, cualquier sistema de referencia debe ser igualmente válido, pero este sistema de referencia es más cómodo para algunas cosas. Este sistema de referencia se define de la siguiente forma: el sistema de referencia donde el big bang ocurrió en reposo. Como cualquier evento, el big bang ocurrió en reposo en un único sistema de referencia (único salvo traslaciones, etc.). En este sistema de referencia, la recombinación (el evento que desencadenó la emisión del fondo de radiación de microondas) ocurrió simultáneamente en todas partes, y ocurrió todo lo que con más o menos acierto intenté explicar en el otro mensaje.

Este sistema de referencia cosmológico toma como base lo que se conoce como "observadores primordiales". Obviamente, nosotros desde la tierra no somos un observador primordial, estamos lejos de serlo, por el movimiento de la Tierra al rededor del Sol; por el movimiento del sistema solar al rededor de la galaxia, por el movimiento de la galaxia en el cúmulo al que pertenecemos, y por el movimiento de este cúmulo al rededor del centro de masas del super cúmulo local. Este centro de masas, con aproximación casi perfecta, sí está en reposo respecto del sistema de referencia cosmológico. Así, pues, cuando hablamos de observadores primordiales nos tenemos que ir a la escala de los super cumulos.

Por suerte, el movimiento de la Tierra respecto al supercúmulo local es conocido. Por ese motivo, cuando se realizan observaciones cosmológicas desde la Tierra (o desde una órbita), lo primero que se hace es corregir el efecto de este movimiento. El ejemplo más claro son las mediciones del propio fondo de microondas. Las mediciones directas del mismo dan lugar a una clara anisotropía en la dirección del movimiento de la Tierra (es lo que los cosmólogos llaman el "dipolo", ya que se trata de una anisotropía con un único eje). Sabiendo el movimiento de la Tierra, se puede descontar el efecto Doppler correspondiente y se obtiene la medición real, la que se tendría si tuvieramos la fortuna de estar en reposo con el sistema de referencia cosmológico.

Así, pues, no es que lo que dijera no sea relativista, es que simplemente por convención nos solemos centrar en un sistema de referencia.


PD: Por cierto, por corrección semántica, la relatividad es una teoría clásica, en el sentido de que no es cuántica. Y, desde luego, la ciencia no tiene dogmas... Si esto no te convence, puedes descargarte los resultados del WMAP, por ejemplo, y ver como hacen la corrección del dipolo...

[DDD]

Re: ¿Discordancia en el modelo de expansión.?

[FONT=Times New Roman][/FONT][FONT="Verdana"]De la página de Wikipedia sobre la Teoría del Big-Bang http://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_del_Big_Bang
[/FONT]
[FONT=Times New Roman][/FONT][FONT="Verdana"]Aproximadamente 10^-35 segundos después del tiempo de Planck un cambio de fase causó que el Universo se expandiese de forma EXPONENCIAL durante un período llamado INFLACIÓN CóSMICA. AL terminar la INFLACIÓN, los componentes materiales del Universo quedaron en la forma de un PLASMA DE QUARKS-GLUONES, EN DONDE TODAS LAS PARTES que lo formaban estaban en movimiento en forma RELATIVISTA. Con el crecimiento en tamaño del Universo, la temperatura descendió, y debido a un cambio aún desconocido denominado bariogénesis, los quarks y los gluones se combinaron en bariones tales como el protón y el neutrón, produciendo de alguna manera la asimetría observada actualmente entre la materia y la antimateria. Las temperaturas aún más bajas condujeron a nuevos cambios de fase, que rompieron la simetría, así que les dieron su forma actual a las fuerzas fundamentales de la física y a las partículas elementales. Más tarde, protones y neutrones se combinaron para formar los núcleos de deuterio y de helio, en un proceso llamado nucleosíntesis primordial. Al enfriarse el Universo, la materia gradualmente dejó de moverse de forma relativista y su densidad de energía comenzó a dominar gravitacionalmente sobre la RADIACIÓN. Pasados 300.000 años, los ELECTRONES y los núcleos se combinaron para formar los ÁTOMOS (mayoritariamente de HIDRÓGENO). Por eso, la radiación se desacopló de los átomos y continuó por el espacio prácticamente sin obstáculos. Ésta es la RADIACIÓN DE FONDO DE MICRoONDAS.


[/FONT][FONT="Verdana"]Si entre el instante del Big-Bang y el momento en que se produjo la radiación de fondo de microondas hubo una fase de expansión (es decir de movimiento) y otra fase en que todas las partes que formaban el universo se encontraban “en movimiento en forma relativista”, entonces el tiempo tendría que haber transcurrido a distinto ritmo para las distintas partes y/o partículas en movimiento relativo, de acuerdo con la Teoría de la Relatividad. Por ello creo que una persona que acepte la validez de la Relatividad no podría afirmar, ni siquiera “por convención”, que la radiación de fondo fue emitida en una fecha absoluta para todo el universo (unos 300.000 años después del Big-Bang) ni podría aceptar un sistema de referencia privilegiado para tal acontecimiento (el SR del Big-Bang, que sería un SR diferente al de la zona de la Tierra en la que recibamos la radiación, la cual se ha estado moviendo a su vez respecto a los polos de la Tierra debido a la rotación). De acuerdo con la Relatividad, esa fecha absoluta no puede existir porque el tiempo absoluto no existe según dicha teoría, y más si se considera que entre las distintas partes o partículas de ese universo primordial ha habido importantes fases de movimiento (las cuales implican unos desfases temporales acumulados para esas partículas que finalmente se combinan).

[/FONT][FONT="Verdana"]Habría que elegir entonces entre creer en la Teoría de la Relatividad y creer en la Teoría del Big-Bang (tal como está planteada), o bien recurrir a ese invento de las nuevas dimensiones del espacio (como las de la Teoría-M) a ver si así se pueden cuadrar las dos teorías en otro universo imaginario, utilizando así el recurso de la “convención” o acuerdo entre los físicos teóricos. [/FONT]
[FONT=Times New Roman][/FONT][FONT="Verdana"]Saludos[/FONT]

[pod]

Re: ¿Discordancia en el modelo de expansión.?

[FONT=Verdana]Por ello creo que una persona que acepte la validez de la Relatividad no podría afirmar, ni siquiera “por convención”, que la radiación de fondo fue emitida en una fecha absoluta para todo el universo (unos 300.000 años después del Big-Bang) ni podría aceptar un sistema de referencia privilegiado para tal acontecimiento (el SR del Big-Bang, que sería un SR diferente al de la zona de la Tierra en la que recibamos la radiación, la cual se ha estado moviendo a su vez respecto a los polos de la Tierra debido a la rotación). De acuerdo con la Relatividad, esa fecha absoluta no puede existir porque el tiempo absoluto no existe según dicha teoría, y más si se considera que entre las distintas partes o partículas de ese universo primordial ha habido importantes fases de movimiento (las cuales implican unos desfases temporales acumulados para esas partículas que finalmente se combinan).[/FONT][FONT=Verdana][/FONT]

Creo que no he logrado explicar lo que pretendía: nadie habla de una fecha absoluta. Hablamos de una fecha en un sistema de referencia concreto. Gracias a la relatividad, podemos usar cualquier sistema de referencia, todos son válidos. Pero eso no significa que todos sean igual de sencillos a la hora de trabajar. Usamos el sistema de referencia más sencillo, que es el que expliqué. Pero no es un sistema de referencia absoluto ni privilegiado; sólo es uno más cómodo para este tipo de problemas.

Es como si estudiamos choques en una mesa de billar. Podríamos hacerlo en cualquier sistema de referencia, pero es mucho más sentido hacerlo en el sistema de referencia donde la mesa de billar está en reposo que en el sistema de referencia donde Ganímedes está en reposo. ¿Esto significa que el sistema de referencia de la mesa de billar es privilegiado? No. El SR de Ganímedes es igual de válido. Simplemente, es más fácil ponernos en el sistema de referencia donde el fenómeno a estudiar está en reposo. Cuando estudiamos el universo en su conjunto, pues es más fácil ponernos en el sistema de referencia donde el big bang ocurrió en reposo.

Por suerte, gracias a la relatividad sabemos como transformar mediciones en un sistema de referencia a otro. Si en el sistema de referencia cosmológico los puntos de donde se emitió la radiación de fondo forman una esfera perfecta con la Tierra como centro, es obvio que en un sistema de referencia diferente (como el nuestro) esos mismos puntos formaran una superficie con una forma ovalada.