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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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La planitud del Universo

 

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La era de Planck y la inflación
La era de Planck
La era inflacionaria
La homogeneidad del Universo
La planitud del Universo
La aparición de la materia y la bariogénesis

La evolución de la materia
El confinamiento de los quarks y la era hadrónica
El desacoplamiento de los neutrinos y la era leptónica
La nucleosíntesis primordial
La recombinación y la radiación fósil
Las fluctuaciones de densidad primordiales

Algunas curiosidades
La dualidad onda-partícula
La paradoja EPR y la no separabilidad
El ajuste de las constantes fundamentales
El gato de Schrödinger
Los universos paralelos

 

 

 

Universe_expansion_es

Según la teoría del Big Bang, el Universo se originó en una singularidad espaciotemporal de densidad infinita matemáticamente paradójica. El universo se ha expandido desde entonces, por lo que los objetos astrofísicos se han alejado unos respecto de los otros.

 

La planitud del Universo

El segundo problema resuelto por la inflación es el de la planitud del Universo. El concepto de curvatura del espacio-tiempo, introducido por Albert Einstein en su teoría de la relatividad, puede generalizarse a todo el Universo, y las medidas de esta curvatura han proporcionado un resultado muy interesante que la inflación puede explicar.

El concepto de curvatura

Como es muy difícil visualizar la curvatura en un espacio de tres dimensiones, consideremos el caso más simple de un espacio de dos dimensiones, es decir, de una superficie.

La superficie más simple que se pueda concebir es un plano. Los objetos se comportan allí como lo aprendimos en la escuela. En particular, las líneas paralelas no pueden cruzarse y la suma de los ángulos de un triángulo es siempre igual a 180 grados. Esta geometría se califica de euclidiana, del nombre del matemático griego que la desarrolló hace 2300 años. De modo general, todo espacio en el cual los objetos se comportan de esta manera es calificado de plano o de euclidiano, y se dice que su curvatura es cero.

Más interesante es el caso de la superficie de una esfera, por ejemplo, nuestro planeta. Sobre la Tierra, los meridianos se definen como líneas que dan la vuelta al planeta pasando por los dos polos. Todos los meridianos cruzan el ecuador en ángulo recto. Son, pues, paralelos entre ellos en este nivel. Pero, por definición, los meridianos pasan por los polos y se cruzan allí: sobre una esfera, las líneas paralelas pueden, así pues, cruzarse.

Los triángulos presentan también propiedades inhabituales. Tracemos un triángulo con un vértice al polo norte y los otros dos sobre el ecuador, uno a una longitud de cero, otro a una longitud de 90 grados. Cada uno de los ángulos de este triángulo será recto. Su suma será pues de 270 grados. La geometría sobre una esfera es pues diferente de la geometría sobre un plano, ya que la superficie está afectada de una curvatura positiva distinta de cero

 

Triangle

 

Triángulo esférico trirrectángulo (sus ángulos suman 270°).

 

Una última posibilidad es la de una superficie infinita con forma de silla de caballo. Sobre tal superficie, dos líneas paralelas no van ni a cruzarse ni a conservar una separación constante. Al contrario, van a divergir y alejarse indefinidamente una de la otra. Del mismo modo, la suma de los tres ángulos de un triángulo es más pequeña de 180 grados. En ese caso, se hablará de una superficie de curvatura negativa.

 

End_of_universe

 

La geometría local del universo se determina aproximadamente si Omega es menos que, igual a o mayor de 1. De arriba hacia abajo: un universo esférico ("riemanniano" o de curvatura positiva), un universo hiperbólico ("lobachevskiano" o de curvatura negativa)  y un universo plano o de curvatura 0. Crédito: WMAP/NASA

 

La planitud del Universo

Según la relatividad general, existen también tres geometrías posibles para el Universo en teoría. Puede que el Universo se comporte como una esfera, tendría entonces una extensión terminada y lo calificaríamos de cerrado. Es posible que el Universo sea similar a una silla de caballo, sería entonces infinito y lo designaríamos como abierto. Por fin, la geometría del Universo podría ser similar a la de un plano, sería también infinito, pero hablaríamos de un Universo plano o euclidiano.

Como para la homogeneidad del Universo, nuestro conocimiento de la curvatura viene del análisis de la radiación fósil. Las observaciones del satélite WMAP, lanzado en 2001, mostraron, en particular, que la curvatura del Universo es cero con una precisión de cerca del uno por ciento. El Universo es, así pues, o plano o casi plano. La cuestión consiste en saber por qué. No hay en efecto razón para que la curvatura del Universo no sea ampliamente positiva o negativa.

La inflación en causa

La teoría de la inflación aporta una solución muy simple a esta cuestión. Imagínese que usted toma un balón y que puede inflarlo hasta darle el tamaño de la Tierra. Al principio, el balón parece esférico y su curvatura es muy neta. Pero cuando su tamaño aumenta, su curvatura disminuye y tiende hacia cero, al igual que la Tierra nos parece plana desde su superficie.

Es exactamente lo que pasó durante la inflación. Mientras que el tamaño del Universo era multiplicado por 1050, su curvatura era reducida por un factor del mismo orden. Poco importa su curvatura inicial, el valor actual necesariamente iba a ser muy cerca de cero.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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