Contenido sobre mirar hacia el futuro de la tecnología
¿Cómo nació y evolucionó el universo hasta lo que es hoy? ¿Adónde irá su futuro? Esta proposición científica -o más bien filosófica- ha desconcertado a la humanidad durante miles de años.
Hace unos 14 años, la gente pensó que tenía una respuesta perfecta: a través de observaciones de la radiación cósmica de fondo de microondas, los astrónomos finalmente verificaron la conjetura de Edwin Hubble en 1929, es decir, que el universo nació con el Big Bang alrededor del 13,7. hace mil millones de años. Más tarde, con la evolución del universo, la Vía Láctea, el sistema solar, la Tierra e incluso nosotros mismos, los humanos, aparecieron uno tras otro.
En octubre de 2006, fue con este importante logro que los científicos estadounidenses George F Smoot y John C Mather compartieron el Premio Nobel de Física de ese año.
Pero nuestra comprensión del universo evidentemente apenas ha comenzado. Apenas un mes después, los últimos resultados de la investigación publicados por la NASA mostraron que una fuerza misteriosa llamada "energía oscura" existió hace al menos 9 mil millones de años.
Es decir, menos de 5 mil millones de años después del nacimiento de todo el universo, este comenzó a verse afectado por la energía oscura. Anteriormente, los científicos generalmente creían que tal vez este tipo de fuerza no existía en los primeros días del universo, porque en ese momento la gravedad que conocemos dominaba todo.
Aunque este resultado todavía no puede decirnos con certeza cuál será el futuro del universo, obviamente aporta nueva luz a nuestra comprensión completa de las leyes operativas del universo. Artículos relacionados también se publicarán en el "Astrophysics Journal" estadounidense (The Astrophysical Journal) en febrero de 2007.
Adam Riess, líder de este equipo de investigación y profesor de la Universidad Johns Hopkins en Estados Unidos, dijo en una entrevista con un periodista de Caijing: "Todavía estamos lejos de la verdadera comprensión de la energía oscura". Todavía queda un largo camino por recorrer, pero es claramente un paso muy importante porque da más pistas."
¿Por qué se está acelerando la expansión del universo?
El proceso de descubrimiento de la energía oscura es extremadamente dramático.
Según la teoría del Big Bang, después del Big Bang, a medida que pasa el tiempo, la tasa de expansión del universo se irá desacelerando gradualmente debido al efecto gravitacional entre la materia, al igual que un automóvil que aplica lentamente la frenos.lo mismo. En otras palabras, las galaxias que están relativamente lejos de la Tierra deberían expandirse más lentamente que las que están más cerca.
Pero en 1998, Saul Perlmutter, profesor de física en la Universidad de California, Berkeley (UC Berkeley) y científico principal del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), y de la Universidad Nacional Australiana en Bray Dos equipos liderados por Brian Schmidt descubrieron mediante observaciones que esas galaxias lejanas se están alejando de nosotros a una velocidad cada vez más rápida.
En otras palabras, la expansión del universo se está acelerando, como un coche que sigue pisando el acelerador, en lugar de desacelerar como predijeron previamente los científicos.
Una observación tan completamente inesperada ha sacudido fundamentalmente la comprensión tradicional del universo. Entonces, ¿qué tipo de fuerza está impulsando a todas las galaxias u otra materia a acelerarse?
Los científicos llaman a esta fuente de repulsión opuesta a la gravedad "energía oscura". Pero, ¿qué significa realmente “energía oscura”? Hasta ahora, lo que podemos dar es sólo una "imagen piramidal" muy aproximada de la estructura del universo:
El mundo que conocemos, es decir, las plantas, los árboles, las montañas, los ríos y las estrellas. y la luna compuesta por átomos ordinarios, solo representa el 4 en todo el universo y equivale a la cima de la pirámide.
El 22 de abajo es materia oscura. Esta sustancia está formada por partículas aún desconocidas que no participan en interacciones electromagnéticas y no pueden verse a simple vista.
Pero participa en la gravedad al igual que la materia ordinaria, por lo que todavía es posible detectarlo.
74, como base de la torre, está compuesto por la energía oscura más misteriosa. Está en todas partes, todo el tiempo, y como sabemos tan poco sobre sus propiedades, los científicos aún no saben cómo verificar su existencia en el laboratorio. La única manera de comprender sus misterios sigue siendo a través de medios indirectos como las observaciones astronómicas.
La observación de la explosión de una supernova de tipo Ia es actualmente el método de observación más importante. Este tipo de supernova se forma por la explosión de una enana blanca en un sistema estelar binario y tiene un brillo casi constante. De esta forma, midiendo su brillo podemos conocer su distancia a la Tierra y por tanto su velocidad.
Con la ayuda de instrumentos astronómicos sensibles como el Hubble, podemos observar al menos a 9 mil millones de años luz de distancia, es decir, podemos comprender la información del universo de hace 9 mil millones de años.
El último escenario de "energía oscura" que nos muestra el profesor Admiris de la Universidad Hopkins es el siguiente:
En los primeros días después del Big Bang, el universo experimentó una rápida etapa de expansión . Después de eso, debido a la proximidad de la materia oscura y la materia, la expansión del universo comenzó a disminuir bajo la influencia de la gravedad.
Sin embargo, hace al menos 9 mil millones de años, apareció otra fuerza en el universo: la energía oscura manifestada como una fuerza repulsiva, que comenzó a compensar gradualmente el efecto gravitacional.
A medida que el universo se expandió, la creciente energía oscura finalmente superó la gravedad hace unos 5 mil millones a 6 mil millones de años. Después de eso, la expansión del universo pasó de desacelerarse a acelerarse, y esto continúa hasta el día de hoy.
El legado de Einstein
Li Miao, profesor de física en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, dijo una vez medio en broma: “Hay tantos modelos de energía oscura como modelos de energía oscura”. Expertos en energía oscura”. Tal vez esta afirmación no esté exenta de exageración, pero también se puede ver el caos teórico de la energía oscura.
Entre ellas, la teoría más dramática es la resurrección de la "constante cosmológica" propuesta por Einstein. En 1917, Albert Einstein, considerado el científico más grande de todo el siglo XX, propuso por primera vez este concepto para establecer un modelo de universo en estado estacionario. Sin embargo, más tarde incluso él admitió que la "constante cosmológica" era simplemente un concepto erróneo.
Pero la existencia de energía oscura proporciona nuevas posibilidades para la constante cosmológica. Si la energía oscura es la constante cosmológica, entonces su fuerza sólo estará relacionada con el tamaño del universo. A medida que el universo se expande, su volumen aumenta gradualmente, al igual que su energía oscura. Con el tiempo, alcanza un punto de inflexión que hace que el universo pase de desacelerarse a acelerarse y luego sigue acelerándose.
Zhang Xinmin, investigador del Instituto de Física de Altas Energías de la Academia de Ciencias de China, señaló en una entrevista con un periodista de Caijing que los resultados observacionales hasta el momento, incluidos los últimos resultados de Reese, son " muy similar a la teoría de la constante cosmológica de Einstein." conformarse a".
Sin embargo, la constante cosmológica aún está lejos de convertirse en una teoría determinista de la energía oscura. Algunos científicos dicen medio en broma que según este modelo la expansión del universo seguirá acelerándose, lo cual es demasiado "aburrido".
Por supuesto, lo más fatal es que la constante cosmológica calculada según la teoría cuántica de campos es al menos 10 elevado a 120 potencia mayor que el límite superior obtenido a partir de observaciones astronómicas.
Una de las explicaciones más extrañas, pero que tiene base científica, es la "teoría del multiverso". Tanto las observaciones como las teorías pueden ser correctas. De hecho, además del universo en el que vivimos, existen muchos otros universos. El número de universos que los científicos pueden imaginar no se mide en decenas de miles o miles de millones, sino probablemente hasta 10 elevado a 1.000.
Cada universo tiene una constante cosmológica diferente, y vivimos en un universo con una constante cosmológica muy pequeña. Parece que hay una "mano de Dios" en alguna parte, presentándonos un universo adecuado para la supervivencia de la vida inteligente.
Sin embargo, existe una gran controversia entre astrónomos y físicos sobre el "principio antrópico" que espera la existencia de multiversos. Zhang Xinmin, investigador del Instituto de Física de Altas Energías de la Academia de Ciencias de China, dijo a los periodistas de Caijing que mucha gente piensa que esto es sólo una conjetura y está lejos de ser un "principio".
Una crítica más aguda es que esta explicación se parece más a una creencia religiosa que a una teoría científica.
Para evitar este conflicto, los científicos han propuesto diversas teorías de la energía oscura para sustituir el modelo cosmológico constante. Los más representativos incluyen el modelo de quintaesencia y el modelo fantasma. Zhang Xinmin y Li Miao, profesor de física en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, también propusieron los modelos quintom y holográfico, respectivamente.
El futuro del universo
Si se pueden establecer estas teorías alternativas de la energía oscura, apuntarán a un futuro del universo completamente diferente:
Según Jing et al. Según el modelo de campo escalar dinámico, el futuro del universo será mucho más complicado: puede continuar acelerando su expansión, o puede ralentizar la expansión, o incluso contraerse, provocando que el universo eventualmente sufra una expansión. "Big Crunch" opuesto al final de Big Bang (big crunch).
Según el modelo fantasma, la energía oscura seguirá aumentando, provocando que el universo se expanda a una aceleración cada vez mayor. Con el tiempo, el universo avanzará hacia un "gran desgarro".
El modelo Elf da un "futuro oscilante". Zhang Xinmin le dijo a Caijing que, según la teoría que propuso, el universo entero deducirá repetidamente entre la expansión acelerada y la expansión desacelerada, y no se producirán las dos situaciones extremas de "gran colapso" o "gran desgarro".
La mayor dificultad es que, hasta el momento, los medios que tenemos para estudiar la energía oscura son todavía muy limitados. En la actualidad, el método más utilizado sigue siendo la observación de supernovas. Pero a algunas personas les preocupa que, especialmente en los primeros días del universo, el brillo de las supernovas no sea constante y tenga su propio proceso de evolución.
Aunque esta preocupación puede descartarse, dado que estas supernovas están muy, muy lejos de la Tierra, la dificultad de observarlas es como observar una bombilla de 60 vatios desde una distancia de dos lunas. . Incluso con la altísima sensibilidad del Hubble, existen errores sistemáticos que son difíciles de eliminar.
A través del estudio de estructuras cósmicas a gran escala (como cúmulos de galaxias, etc.), se pueden proporcionar nuevas pistas sobre la energía oscura. Una vez que existe energía oscura, el proceso de formación de cúmulos de galaxias puede ser más lento, porque la gravedad necesita superar esta repulsión primero.
Actualmente, un programa de exploración espacial, el Sloan Digital Sky Survey (SDSS), ha completado su primera operación de cinco años. Una vez finalizado, esta precisión óptica será suficiente para cubrir una cuarta parte del cielo. equipamiento, sin duda se revelarán más detalles.
Se informa que los científicos chinos están intentando utilizar el recién lanzado LAMOST (Telescopio espectroscópico de fibra multiobjeto de gran área del cielo) cerca de Beijing para observar supernovas, explorando así la posibilidad de realizar investigaciones experimentales sobre la energía oscura. por primera vez en China. El uso de estallidos de rayos gamma (radiación cósmica de alta energía formada por la explosión de estrellas supermasivas) puede proporcionar medios indirectos para futuras investigaciones sobre la energía oscura anterior.
Zhu Zonghong, profesor de física en la Universidad Normal de Beijing, señaló en una entrevista con un periodista de Caijing que la exploración actual de la astronomía de explosión gamma está todavía en su infancia, algo similar a cuando se descubrió la energía oscura. Descubierto por primera vez en 1998. Astronomía de supernova, pero algunas de sus propiedades aún pueden usarse para estudiar la energía oscura a largo plazo.
Entonces, ¿es posible utilizar el laboratorio para estudiar directamente la energía oscura? Algunos han afirmado que se puede utilizar la nanotecnología para lograr este objetivo. Reiss dijo en una entrevista con Caijing que algunos científicos también esperan utilizar experimentos de gravedad de corto alcance para encontrar pistas sobre la energía oscura.
Sean Carroll, físico del Instituto Tecnológico de California (CIT), también destacó al periodista de Caijing que para encontrar un modelo más determinista no sólo se necesitan datos astronómicos, tal vez se necesite más evidencia de la física de partículas. necesario. Especialmente el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que se pondrá en funcionamiento en Europa en 2007, tal vez "podamos esperarlo con ansias".
Sin embargo, como la naturaleza de la energía oscura, incluido su mecanismo de reacción con otras sustancias, aún no está clara, muchos científicos creen que no pueden poner muchas esperanzas en el trabajo de laboratorio a corto plazo; Es posible que el canal aún provenga de observaciones astronómicas.
Si nada sale mal, el detector Planck (PLANCK) se lanzará oficialmente en el primer trimestre de 2007 y realizará una detección más precisa del cielo. En una entrevista con un periodista de Caijing, Perlmutter también afirmó que el detector de aceleración de supernovas (SNAP) diseñado por su laboratorio se lanzará en 2013 o 2014, según lo previsto.
"En los próximos cinco a diez años, es posible que tengamos una comprensión más clara de la naturaleza de la energía oscura." Christopher Conselice, profesor de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Nottingham, Reino Unido, dijo ", dijo el periodista de finanzas.
Casi nadie niega que la energía oscura es nada menos que una revolución para toda la cosmología e incluso la física. Steven Weinberg, Premio Nobel de Física en 1979, dejó claro una vez que “si no solucionamos el ‘obstáculo’ de la energía oscura, no seremos capaces de entender completamente la física básica”, afirmó el famoso físico chino y ganador del Premio Nobel en 1957. Física de campana