2o ciclo Expansion del universo

[relojdepared]

Hola buenas, voy directo al grano.

Como podemos explicar la expansion del universo?

Estoy tratando de buscar una explicacion y en la mayoria de lugares simplemente hacen uso de que las galaxias se alejan unas de otras a medida que pasa el tiempo pero y eso no puede ser causa del propio movimiento de las mismas? si es que lo tienen.

Otra pregunta es ¿Respecto a que se expande el universo?

Un saludo y gracias.

[Jaime Rudas]

Re: Expansion del universo

Como podemos explicar la expansion del universo?

La expansión del universo es una consecuencia directa de la teoría de la relatividad general (y del principio cosmológico). O sea, si la relatividad general es una buena descripción de la realidad (y, hasta ahora, ha demostrado serlo) entonces el universo se expande. Explicamos, pues, la expansión del universo mediante la teoría general de la relatividad.

Estoy tratando de buscar una explicacion y en la mayoria de lugares simplemente hacen uso de que las galaxias se alejan unas de otras a medida que pasa el tiempo pero y eso no puede ser causa del propio movimiento de las mismas? si es que lo tienen.

No: hay varios fenómenos que observaríamos diferente si se tratara del movimiento propio de las galaxias y, en todos los casos, observamos lo que corresponde a la expansión y no lo que correspondería a movimiento propio.

Otra pregunta es ¿Respecto a que se expande el universo?

La expansión del universo significa que todas las distancias aumentan en la misma proporción con el correr del tiempo. O sea, el aumento (la expansión) es con respecto a las distancias anteriores.

Saludos.

[carroza]

Re: Expansion del universo

Como podemos explicar la expansion del universo?


Estoy tratando de buscar una explicacion y en la mayoria de lugares simplemente hacen uso de que las galaxias se alejan unas de otras a medida que pasa el tiempo pero y eso no puede ser causa del propio movimiento de las mismas? si es que lo tienen.

Hola. Hazte una pregunta más simple: ¿Cómo podemos explicar el movimiento de los objetos?


Tras algo de reflexión, verás que en mecánica clásica, en ausencia de ninguna causa (fuerza), los objetos están en movimiento uniforme, o, como caso particular, en reposo. No necesitamos explicar el movimiento (uniforme) de los objetos, como no necesitaríamos explicar el reposo.


Algo parecido ocurre con la expansión del universo. Las soluciones de las ecuaciones de la relatividad especial implican que el universo puede estar en expansión, en contracción, o, como un caso muy particular, en un momento concreto, estacionario. No necesitaríamos una explicación (más allá de la validez de la relatividad general) para la expansión.


Lo que sí requiere una explicación es el hecho de que la expansión del universo se acelera, no se frena como cabría esperar de la relatividad general. Esto hace que tengamos que introducir la energía oscura.


Un saludo

[sanzdaniel27]

Re: Expansion del universo

No entiendo porque dices que no necesitamos ninguna explicacion del porque del movimiento de los objetos, o de la expansion del universo, lo tomas como algo fundamental?

[carroza]

Re: Expansion del universo

No entiendo porque dices que no necesitamos ninguna explicacion del porque del movimiento de los objetos, o de la expansion del universo, lo tomas como algo fundamental?

Imaginate un astronauta, llamado Pepe perdido en el espacio exterior, en reposo con respecto a su nave A. Se encuentra con otro astronauta, llamado Juan, tan perdido como Pepe, en reposo con respecto a su nave B, pero moviéndose con respecto a la nave A y a Pepe.

Pepe le grita a Juan: "¿Cual es la explicación del por qué del movimiento de tu nave B?"

Y juan le responde "Mi nave no se mueve. ¿Cuál es la explicación del por qué del movimiento de tu nave A?"

Saludos

[Jaime Rudas]

Re: Expansion del universo

Hazte una pregunta más simple: ¿Cómo podemos explicar el movimiento de los objetos?


Tras algo de reflexión, verás que en mecánica clásica, en ausencia de ninguna causa (fuerza), los objetos están en movimiento uniforme, o, como caso particular, en reposo. No necesitamos explicar el movimiento (uniforme) de los objetos, como no necesitaríamos explicar el reposo.


Algo parecido ocurre con la expansión del universo. Las soluciones de las ecuaciones de la relatividad especial implican que el universo puede estar en expansión, en contracción, o, como un caso muy particular, en un momento concreto, estacionario. No necesitaríamos una explicación (más allá de la validez de la relatividad general) para la expansión.

Muy buena analogía.

Lo que sí requiere una explicación es el hecho de que la expansión del universo se acelera, no se frena como cabría esperar de la relatividad general. Esto hace que tengamos que introducir la energía oscura.

Cabe anotar, sin embargo, que la aceleración de la expansión no es totalmente ajena a la relatividad general, como se advierte en el hecho de que, 70 años antes de haberse descubierto la aceleración, ya estaba presente en algunas de las soluciones de Fridman en forma de constante cosmológica.


Saludos.

[Verne]

Re: Expansion del universo

Antes de nada, perdonar si rescato este hilo tan antiguo

Soy un forofo de la cosmología y, en la medida de lo posible, me gustaría contribuir un poquito en el debate de estas cuestiones.

A diferencia de muchos de vosotros soy un autentico desastre con las matemáticas, por lo que mis explicaciones serán más conceptuales.

Hola buenas, voy directo al grano.

Como podemos explicar la expansion del universo?

Para explicar la expansión del universo tenemos que introducir varios conceptos.

En primer lugar el "falso vacío". En ausencia de partículas y campos, el espacio puede desexcitarse liberando grandes cantidades de energía hasta alcanzar una situación más estable. El espacio sufre de esta forma una transformación de fase, cambiando sus propiedades físicas.

La constante cosmológica (también llamada comúnmente energía oscura). La introdujo Einstein en las ecuaciones gravitacionales de la relatividad general, por que de no hacerlo así toda la materia del universo acabaría contrayéndose en un punto por efecto de su propia gravedad. Esto es conocido como el problema del "derrumbe gravitacional". Se trata de una curvatura intrínseca del espacio-tiempo en ausencia de materia y radiación y actúa solo sobre distancias comparables al tamaño del universo.

La densidad de energía del falso vacío. Puede considerarse originada por la constante cosmológica. Durante el período inflacionario introducido por los modelos cosmológicos de Guth, Starobinsky, Tye, Linde, esta densidad de energía del falso vacío sería la responsable del aumento desenfrenado de la expansión del cosmos en pocas fracciones de segundo.

Imaginemos que tenemos una lámina flexible que simule el espacio. La cogemos con una mano y hacemos una pelota con ella. Cuando abramos la mano, la lámina volverá rápidamente a su estado original. Debido a lo "plegada" que esta la lámina cuando tenemos cerrada la mano, ésta tendrá mucha energía. Al abrir la mano se desplegará liberando esa energía acumulada.

Estoy tratando de buscar una explicacion y en la mayoria de lugares simplemente hacen uso de que las galaxias se alejan unas de otras a medida que pasa el tiempo pero y eso no puede ser causa del propio movimiento de las mismas? si es que lo tienen.

No, por la sencilla razón de que es el propio espacio-tiempo el que se expande

Otra pregunta es ¿Respecto a que se expande el universo?

Un saludo y gracias.

La pregunta no tiene sentido. Me explico. Imagina un globo. La membrana del globo es el tejido espacio-tiempo, y no hay nada fuera de ese espacio-tiempo. Si dibujas unos círculos sobre la membrana y hinchas el globo, todos los círculos se alejaran los unos de los otros.

Espero haber sido de ayuda

Un saludo a tod@s!!!

[Alriga]

Re: Expansion del universo

Para explicar la expansión del universo tenemos que introducir varios conceptos.

En primer lugar el "falso vacío". En ausencia de partículas y campos, el espacio puede desexcitarse liberando grandes cantidades de energía hasta alcanzar una situación más estable. El espacio sufre de esta forma una transformación de fase, cambiando sus propiedades físicas.

La constante cosmológica (también llamada comúnmente energía oscura). La introdujo Einstein en las ecuaciones gravitacionales de la relatividad general, por que de no hacerlo así toda la materia del universo acabaría contrayéndose en un punto por efecto de su propia gravedad. Esto es conocido como el problema del "derrumbe gravitacional". Se trata de una curvatura intrínseca del espacio-tiempo en ausencia de materia y radiación y actúa solo sobre distancias comparables al tamaño del universo.

La densidad de energía del falso vacío. Puede considerarse originada por la constante cosmológica. Durante el período inflacionario introducido por los modelos cosmológicos de Guth, Starobinsky, Tye, Linde, esta densidad de energía del falso vacío sería la responsable del aumento desenfrenado de la expansión del cosmos en pocas fracciones de segundo.

Únicamente entre 1915 y aprox. 1930, Einstein utiliza la constante cosmológica para intentar forzar al Universo a que sea estático y no colapse por la gravedad. Pero con el descubrimiento de la Ley de Hubble, la constante cosmológica no es necesaria y desaparece de la Cosmología hasta el trabajo de Perlmutter et. al. en 1998.

Imaginemos que tenemos una lámina flexible que simule el espacio. La cogemos con una mano y hacemos una pelota con ella. Cuando abramos la mano, la lámina volverá rápidamente a su estado original. Debido a lo "plegada" que esta la lámina cuando tenemos cerrada la mano, ésta tendrá mucha energía. Al abrir la mano se desplegará liberando esa energía acumulada.

Un detalle, no es acertado afirmar que para explicar la expansión del Universo es necesario introducir la energía oscura o la constante cosmológica,... ello sólo es necesario para explicar la expansión acelerada del Universo.

La constante cosmológica $\Lambda$ fue introducida por Albert Einstein en 1915 para forzar a que sus ecuaciones de Campo de la Relatividad General proporcionasen una solución estática, pues tal como él las propuso originalmente, las soluciones eran o expansión o compresión del Universo, lo que parecía erróneo con los conocimientos de la época.
Pero el descubrimiento de la Ley de Hubble en 1929 que indicaba que el Universo no era estático, sino que se expandía, pareció dejar sin utilidad la constante cosmológica, (recordad la famosa frase de Einstein: la constante cosmológica ha sido el mayor error de mi vida). Por ello $\Lambda$ desaparece de corpus de conocimiento cosmológico desde 1930 hasta los trabajos de Perlmutter et al. de 1998.

Desde aprox. 1930 hasta 1998, que se creía que la expansión del Universo se debería ir frenando por acción de la gravedad, la expansión se explicaba perfectamente mediante las Ecuaciones de Fridman con las densidades de materia y de radiación exclusivamente. En ningún libro de Cosmología publicado entre aprox. 1940 y 1998 aparece mención alguna a energía oscura o constante cosmológica.
En 1998 Perlmutter, Riess y Schmidt publican sus medidas de que la expansión del Universo se está acelerando, y es sólo entonces cuando esa aceleración obliga a introducir un término adicional en la Relatividad General para tenerla en cuenta, que en las Ecuaciones de Fridman toma la forma de densidad de Energía Oscura.

Saludos.

[Verne]

Re: Expansion del universo

Desde aprox. 1930 hasta 1998, que se creía que la expansión del Universo se debería ir frenando por acción de la gravedad, la expansión se explicaba perfectamente mediante las Ecuaciones de Fridman con las densidades de materia y de radiación exclusivamente. En ningún libro de Cosmología publicado entre aprox. 1940 y 1998 aparece mención alguna a energía oscura o constante cosmológica.
En 1998 Perlmutter, Riess y Schmidt publican sus medidas de que la expansión del Universo se está acelerando, y es solo entonces cuando esa aceleración obliga a introducir un término adicional en las Ecuaciones de Fridman para tenerla en cuenta, en forma de densidad de Energía Oscura.

Gracias Alriga.

Claro, equivocadamente asocié la expansión del universo con el periodo inflacionario posterior al "Big Bang". Grave error....

Estaba al corriente del descubrimiento de que la expansión del universo se está acelerando. Creo que esto se hizo de forma inesperada con el estudio de supernovas en galaxias muy lejanas.

Un saludo!!!

[Alriga]

Re: Expansion del universo

... Estaba al corriente del descubrimiento de que la expansión del universo se está acelerando. Creo que esto se hizo de forma inesperada con el estudio de supernovas en galaxias muy lejanas ...

En efecto, puedes encontrar mucha información científica aquí: Supernova Cosmology Project

Y a nivel más divulgativo, por ejemplo aquí: La expansión acelerada del universo y el Premio Nobel de Física 2011

Saludos,

[Verne]

Re: Expansion del universo

A la vista de esta expansión acelerada, recuerdo la "cosmología cíclica conforme" de Penrose.

En resumidas cuentas, Penrose sugiere que la inflación cósmica se produjo antes que el "Big Bang" y no después. De esta forma, el ritmo acelerado de la expansión cósmica se interpretaría como el inicio de un periodo inflacionario previo al siguiente "eón" (cosmos sucesor)

En fin, que lio.......

Un saludo!!!

Por cierto, excelente información!!!

[Alriga]

Re: Expansion del universo

A la vista de esta expansión acelerada, recuerdo la "cosmología cíclica conforme" de Penrose.
En resumidas cuentas, Penrose sugiere que la inflación cósmica se produjo antes que el "Big Bang" y no después. De esta forma, el ritmo acelerado de la expansión cósmica se interpretaría como el inicio de un periodo inflacionario previo al siguiente "eón" (cosmos sucesor)

Por decirlo con suavidad, ... digamos que no soy socio del club de fans de las especulaciones cosmológicas del abuelito Penrose,...
(Por otro lado un buen físico, cuando era joven)

Saludos.

[Verne]

Re: Expansion del universo

Por decirlo con suavidad, ... digamos que no soy socio del club de fans de las especulaciones cosmológicas del abuelito Penrose,...

. Estoy de acuerdo en que sacarse de la manga una entropía debida a la propia gravedad (curvatura de Weyl), o comprimir un espacio infinito en otro finito mediante las transformaciones conformes.....¿Alguien puede explicarme que demonios es eso?.

Pero bueno, el abuelito (solo tiene 10 años más que Hawking) se ha "tirado al ruedo" y ha desarrollado una teoría que afronta el "antes" y el "después" del "Big Bang". Su modelo de universo pulsante, aunque matemáticamente farragoso y especulativo, me resulta bastante "elegante".

Hoy en día creo que el "number one" es Edward Witten con su teoría M. Por cierto...., hablando de especulaciones las p-branas no resultan ser precisamente algo fácil de asimilar....

Un saludo a tod@s!!!