No sabemos decirte qué pasó antes. Es más, somos incapaces siquiera de imaginarlo. Lo que sí sabemos es que hace ya 13,79 mil millones de años lo que hoy llamamos Universo empezó a expandirse. Y hoy queremos contar qué pasó a continuación. Imagen: NASA
Tampoco podemos decir qué ocurrió justo después de este suceso, durante el “primer tiempo de Planck”. Para hacer esto necesitaríamos la unificación de la mecánica cuántica con la relatividad general. Y parece ser que es algo que a los físicos se les resiste.
Aunque, para bien o para mal, este tiempo es increíblemente breve. Así que, a pesar de que nos gustaría poder explicar qué pasó en ese tiempo, lo vamos a pasar de largo.
Nuestro pequeño Universo recién nacido comenzó a expandirse, y al hacerlo las temperaturas y las presiones comenzaron a descender. Esto propició el comienzo de la era de los hadrones.
Esta era duró una diezmilésima de segundo (0’0001s), y durante este tiempo tan escaso, se formaron los protones y los neutrones. El siguiente segundo perteneció a la era de los leptones, cuando se formaron los electrones.
En los siguientes 100 segundos, la temperatura del Universo era lo suficientemente alta como para que los protones, que podemos considerar núcleos de hidrógeno, pudieran realizar procesos de fusión nuclear. A este proceso se le conoce como nucleosíntesis primordial.
Al acabar este tiempo, un 75% de la materia bariónica del Universo era hidrógeno, un 25% helio y solo un poco litio. Es decir, los tres elementos más ligeros. Lo poco que el Universo tuvo tiempo de crear en los escasos segundos en los que se dieron las condiciones propicias.
Y con esto, llegó la era de la radiación, que fue oscura. Durante los siguientes 300.000 años, el Universo fue opaco. Ello se debió a que los electrones entorpecían el paso de los fotones.
Y así fue durante los cientos de miles de años que duró este período, hasta que pudieron encontrar algo mejor que hacer: unirse a los protones para formar átomos. De este modo los fotones fueron libres.
Esto nos dejó el famoso fondo de microondas, la imagen más antigua que tenemos del Universo. Una fuente enorme de información y datos sobre el propio Universo y sus primeros tiempos.
Con esto ya tenemos un Universo en el cual empezaron a formarse estrellas, galaxias y con ellas “metales”, los planetas y la vida. Pero esa, ya es otra historia.
Nota: por si alguien no puede visualizar las animaciones, la del tuit cuatro dice que primero fueron los hadrondes (neutrones y protones). En el quinto se añaden los electrones en la llamada era de los leptones.
En el séptimo repite el contenido del tuit, en los primeros 100 segundos se realizaron fusiones nucleares dejando un 75% de hidrógeno un 25% de helio y algo de litio.
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En el Big Bang se formaron los elementos más ligeros. En las reacciones de fusión nuclear de las estrellas se forman elementos más pesados, pero solo hasta llegar al hierro. Entonces, ¿de dónde salen el resto de los elementos de la tabla periódica? Hablemos sobre ello.
A diferencia de los elementos más ligeros, no hay forma de que estos elementos se formen por reacciones de fusión nuclear. Esto es así debido a que son reacciones que en lugar de liberar energía la necesitan para llevarse a cabo.
Para entender esto, debemos tener en cuenta que la energía resultante de la fusión nuclear es debida a la diferencia de masa entre los nucleones (neutrones y protones) de partida y los de salida, siendo mayor la de los primeros. Esta diferencia de masa se traduce en energía.
Gracias a las observaciones de Fritz Zwicky y de Vera Rubin se advirtió que la velocidad de rotación de las galaxias era demasiado rápida para su masa. Hay materia que no vemos, la materia oscura. ¿Podría esta materia ser en realidad agujeros negros primordiales? Veámoslo.
La idea es relativamente simple, la velocidad de rotación de las galaxias es demasiado rápida para la masa que se les estima, esto debería traducirse en que algunas partes de la galaxia deberían escapar de ella, pero no sucede.
Analizando la velocidad de los cuerpos y su órbita se hace patente que hay más masa de la que podemos percibir, es un misterio aún por resolver. Entre las hipótesis que se barajan encontramos la idea de que esta materia oscura esté compuesta por agujeros negros.
¿Cómo se puede llegar a la conclusión de que el constituyente último de la materia son cuerdas con diferentes frecuencias de vibración para cada partícula? Hoy queremos hablar de la historia de como una física del siglo XXI o incluso XXII cayó por casualidad en el siglo XX.
En física a veces se necesitan unas matemáticas que el físico no conoce. Cuando Newton se topó con ello, inventó el cálculo; cuando le ocurrió a Einstein rebuscó y encontró las matemáticas de Riemann. En el CERN sucedió algo así en 1967.
Por ese año un físico teórico, Gabriele Veneziano, rebuscaba matemáticas capaces de explicar las propiedades de la fuerza nuclear fuerte observadas experimentalmente. En el año 1968 las encontró.
En el Big Bang se formaron los elementos más ligeros. En las reacciones de fusión nuclear de las estrellas se forman elementos más pesados, pero solo hasta llegar al hierro. Entonces, ¿de dónde salen el resto de los elementos de la tabla periódica? Hablemos sobre ello.
A diferencia de los elementos más ligeros, no hay forma de que estos elementos se formen por reacciones de fusión nuclear. Esto es así debido a que son reacciones que en lugar de liberar energía la necesitan para llevarse a cabo.
Para entender esto, debemos tener en cuenta que la energía resultante de la fusión nuclear es debida a la diferencia de masa entre los nucleones (neutrones y protones) de partida y los de salida, siendo mayor la de los primeros. Esta diferencia de masa se traduce en energía.
¿Cómo se detecta una onda gravitatoria generada a miles de millones de años luz de nosotros y que apenas produce una perturbación menor que el tamaño de un átomo en nuestro planeta? Hablemos de dicha detección. Imagen: K.Thorne (Caltech), T. Carnahan (NASA GSFC).
Para poder detectar algo, primero tenemos que reconocerlo. Así que para empezar ¿Qué es una onda gravitatoria? A grosso modo las podríamos definir como arrugas en el espacio-tiempo que se propagan por él a la velocidad de la luz. Animación: NASA/JPL.
Sabemos que se generan a partir de objetos masivos que se mueven con una aceleración. Las más relevantes, y las que somos capaces de detectar por ahora, se producen en las colisiones de estrellas de neutrones y agujeros negros.
Un protón repele a otro por su mutua repulsión electrostática sin llegar a tocarse. ¿Es esto cosa de magia? Hoy toca hablar de simetrías, bosones, interacciones y del mecanismo de Higgs. Créditos imagen: Lucas Taylor / CERN.
Uno de los grandes nombres que nos ha legado la historia de las matemáticas es el de Emmy Noether, autora de uno de los teoremas más importantes de la física. Reza así: Toda transformación continua que deja invariante las leyes físicas tiene una cantidad conservada asociada.
Expliquemos esto con un ejemplo. Si soltamos un péndulo y estudiamos su movimiento el resultado será el mismo a las tres de la tarde que a las cinco de la madrugada. Esta invariancia, o simetría, es una consecuencia de la conservación de la energía del sistema.