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La radiación cósmica de fondo

La radiación cósmica de fondo. Creado por Sal Khan.

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Transcripción del video

Pensemos un poco en lo que sugiere la Teoría  del Big Bang y luego, con base en esa teoría,   lo que hoy deberíamos estar observando. El Big  Bang empieza con toda la masa en el espacio, en   el universo, una singularidad infinitamente densa.  Una singularidad es algo donde las matemáticas   ni siquiera se aplican, ni siquiera sabemos cómo  entender eso. Pero inmediatamente después del Big   Bang, esto ocurrió hace 13.70 miles de millones  de años, inmediatamente después, esta singularidad   infinitamente pequeña comienza a expandirse. Los  primeros 100 mil años todavía es bastante densa,   así que vamos a visualizarlo. Empieza a  expandirse, así que imaginemos que llega a   este nivel. No sé si todo el universo es infinito  o finito, si es una esfera en cuatro dimensiones,   si va infinitamente en todas direcciones o si se  curva ligeramente por aquí y allá y el resto es   plano. No entraré en todo esto. Pero comienza a  expandirse un poco a partir de la singularidad.   Pero sigue siendo extremadamente denso, es tan  denso que los átomos ni siquiera pueden formarse,   así que sólo tienes las bases fundamentales de los  átomos: electrones y protones que están flotando   alrededor de este plasma caliente, de este plasma  ardiente, así que llamémosle plasma ardiente.   Luego avancemos un poco más en el tiempo hasta  este punto que creemos entender bien. De hecho,   investigué en algunos libros viejos de Física  y este número ha cambiado en los últimos 15,   20 años, así que tal vez cambie más, pero  después de 380,000 años desde el comienzo del   Big Bang -380 mil años a partir del Big Bang-,  y obviamente esto es más menos algunos años,   el universo se ha expandido lo suficiente.  Ahora es lo suficientemente grande,   y obviamente no estoy dibujando estas  cosas a escala, pero el universo ahora es   lo suficientemente grande y lo suficientemente  disperso como para poder enfriarse un poco, y,   por lo tanto, ya no hay tantas colisiones.  Y, claro, sigue siendo un lugar caliente,   pero ahora se ha enfriado lo suficiente como para  que un protón pueda capturar electrones, y ahora   pueden comenzar a formarse los primeros átomos  de hidrógeno, de hecho se condensan. Estimamos   que esta temperatura ronda los 3,000° Kelvin,  entonces se ha enfriado a 3,000° Kelvin, pero   ésta sigue siendo una temperatura en la que no nos  gustaría estar, es demasiado caliente. Ahora bien,   ¿por qué es tan importante este momento donde  ocurre la formación de los primeros átomos? Bueno,   pensemos qué pasa por aquí: tenemos todas estas  colisiones e interacciones y, si se libera un   fotón debido a una colisión o debido a alguna  liberación de energía o debido a la temperatura   del calor, será inmediatamente absorbido por otra  cosa, si se libera algo de energía inmediatamente   será absorbida por otra cosa. Esto es debido a  que el universo es muy denso, especialmente con   partículas cargadas. Aquí, de repente, no es  tan denso. Entonces, si regresamos, las cosas   que se emitían no podían viajar largas distancias,  inmediatamente chocarían con otra cosa; mientras   que por aquí el universo comienza a parecerse  al universo que reconocemos. De repente, si uno   de estos átomos realmente caliente, y claro,  no está tan caliente como el universo de aquí,   pero si uno de estos átomos calientes emite un  fotón -y lo harán porque están a 3,000° Kelvin-,   si uno de estos átomos emite un fotón y de repente  hay espacio para que pueda viajar, entonces por   primera vez en la historia del universo, 380 mil  años después del inicio del Big Bang, tenemos   fotones, tenemos radiación electromagnética,  tenemos información que puede viajar largas,   largas distancias. Ahora bien, 380,000 años no  es mucho cuando hablamos en términos de miles   de millones de años, así que esto sigue siendo  aproximadamente 13.7 miles de millones de años;   380,000 es un número muy pequeño, realmente son  13.7 miles de millones de años menos 380,000   años. Pero dado que esta es la primera vez que  la información puede viajar, que la mayoría de   los fotones puede viajar a través del espacio  sin chocar con algo, especialmente algo que   probablemente esté cargado, la otra cosa  interesante es que estos átomos que ahora   se formaron son átomos neutros. Entonces, dado que  es la primera vez que la información puede viajar,   ¿qué podemos esperar ver en la actualidad, el  día de hoy? Bueno pensamos en ello: estos fotones   fueron emitidos hace 13.7 miles de millones de  años atrás y fueron emitidos de cada punto del   universo, así que estos son cada punto en el  universo. El universo era un lugar muy uniforme   en ese momento, con muy pocas irregularidades,  pero, como podemos ver, esta cosa ardiente acaba   de comenzar a condensarse. No se ha formado  mucho de las estructuras que ahora asociamos   con el universo, en ese momento es una especie  de dispersión bastante uniforme de átomos de   hidrógeno razonablemente calientes, así que éstos  son cada punto del universo. Así que pensemos en   lo que está pasando aquí. Déjame dibujar otro  diagrama. Estamos hablando de este punto en   el universo que está justo aquí, este universo  es, incluso 380,000 años después del Big Bang,   todavía mucho, mucho, mucho, mucho más pequeño  que el universo actual. Pero digamos que este   es el punto del universo donde resulta que nos  encontramos ahora. En este momento en el tiempo no   existe la Tierra, no existe el Sistema Solar, no  existe la Vía Láctea, son sólo un montón de átomos   de hidrógeno calientes. Ahora, si estamos en este  punto del universo, deben existir otros puntos en   el universo que estén emitiendo esta radiación en  este mismo momento, y, de hecho, todos los puntos   del universo emitían esta radiación. El punto del  universo donde estamos ahora emite esta radiación,   por lo tanto, los puntos que estaban más cerca  de nosotros también emitían esta radiación,   pero nos llegó mucho antes, nos llegó hace miles  de millones de años, mientras que hay algunos   puntos que estaban lo suficientemente lejos como  para que esa radiación que emitieron la estemos   recibiendo hasta ahora. Otra forma de pensarlo  es que esta radiación ha tardado 13,700 millones   de años en llegar hasta nosotros. Es decir, si  tuviera que dibujar el universo visible actual   tendría que ser mucho, mucho más grande que este  círculo que dibujé aquí. Y ya sabes por el video   que hicimos sobre los tamaños y las escalas que  obviamente este dibujo no va a ser a escala. Pero   digamos que este es el universo visible actual  y estamos en el centro, porque siempre podemos   mirar aproximadamente a la misma distancia  en todas direcciones. Ojo, no quiere decir   que seamos el centro del universo, quiero ser  claro: somos el centro del universo observable   porque sólo podemos observar la misma distancia en  todas las direcciones, es distinto. Ahora, estamos   recibiendo algo de luz desde hace 100,000 años luz  de distancia, con ello estamos observando 100,000   años hacia el pasado; y podríamos estar recibiendo  algo de luz que se emitió por primera vez, no sé,   tal vez hace 1 millón de años luz, y eso es como  mirar 1 millón de años hacia el pasado porque la   luz que vemos se emitió hace 1 millón de años luz.  Creo que esto es un poco redundante. Podemos ver   la luz que nos llega después de viajar durante  mil millones de años, y entonces estamos mirando   estos objetos hace mil millones de años porque  fue entonces cuando emitieron la luz. Entonces,   de la misma manera, podemos mirar objetos que  emitieron su luz hace 13.7 miles de millones de   años, justo al principio, justo en esta etapa de  aquí, justo 380,000 años después del Big Bang. Y   como esa luz apenas nos está llegando, la veremos  como era hace 13.7 miles de millones de años,   por lo tanto, deberíamos de ver este tipo de  radiación. Ahora, la otra cosa que debemos   recordar es que el universo se estaba expandiendo,  cuando se emitió esta radiación el universo se   estaba expandiendo a un ritmo muy, bueno, la  velocidad de expansión es relativa y todo eso,   pero lo importante es que se estaba expandiendo.  Y como aprendimos en el video sobre corrimiento   al rojo, cuando la fuente de luz se aleja de ti o  la fuente de radiación electromagnética se aleja   de ti, la radiación en sí tiene un corrimiento al  rojo. Entonces, aunque esto tiene una frecuencia   relativamente alta, es una especie de gas al  rojo vivo a 3,000° Kelvin. Como se está alejando   de nosotros, y esto lo aprendimos en el video  sobre el tamaño actual del universo observable,   a pesar de que a estas ondas electromagnéticas  les ha tomado 13.7 miles de millones de años en   llegar a nosotros, durante ese tiempo ese punto  en el espacio, el punto en el espacio que emitió   estas ondas electromagnéticas, se alejó y ahora  está a unos 46 miles de millones de años luz de   distancia. Esa es nuestra mejor estimación; así  que esto todavía se está expandiendo. Entonces,   si crees que esto estaba a unos 3,000° Kelvin y  además que tuvo un corrimiento al rojo, la teoría   diría que no deberíamos ver algo análogo a las  ondas electromagnéticas que se liberan desde un   átomo a una temperatura de 3,000°, deberíamos ver  un corrimiento al rojo en el espectro del radio,   por lo tanto, deberíamos estar observando ondas  de radio. Y la razón por la que estamos observando   ondas de radio y no algo de una frecuencia más  alta es porque tiene un corrimiento al rojo,   hay un corrimiento al rojo hacia una frecuencia  más baja. Y recuerda: deberíamos poder ver esto   desde todos los puntos del universo donde  los fotones han viajado durante 13.7 miles   de millones de años, deberíamos verlo en todo  nuestro alrededor. Esto es casi una necesidad para   que creamos realmente en la teoría actual del Big  Bang. Y resulta que, en efecto, observamos esto;   y esto es muy poco intuitivo debido a que si  miras cualquier otro punto del universo esto no   es uniforme. En cualquier otro punto del universo  tienes estrellas y galaxias, y estos ya no son   átomos, tenemos estrellas y galaxias y cualquier  cosa, es decir, hay algunos puntos en el universo   donde ves mucha radiación y hay otros puntos en  el universo donde no ves nada, es simplemente   negro. Pero si esto es correcto, si esto sucediera  realmente, debemos poder observar ondas de radio   uniformes desde todas las direcciones a nuestro  alrededor, más de 360 grados ya que vamos en   tres dimensiones, en cualquier dirección hacia  la que apunte una antena, una antena de radio,   deben recibir estas ondas de radio que tenían una  frecuencia mucho más alta cuando se emitieron y   que después tiene un corrimiento al rojo, pero  fueron emitidas hace 13.7 miles de millones de   años. Y resulta que a finales de la década  de 1960 encontraron estas ondas de radio   en todas direcciones, y a esto le llaman la  radiación cósmica de fondo. Déjame escribirlo:   la radiación cósmica de fondo de microondas.  Entonces son estos datos que obtenemos, esta   observación en combinación con el hecho de que  cuando más miramos galaxias y cúmulos de galaxias   parecen alejarse cada vez más de nosotros,  y todo esto tiene un corrimiento al rojo,   y además se corre cada vez más y más y más al  rojo cuando más lejos miramos. Así que esto,   y todo lo que tiene un corrimiento al rojo  lejos de nosotros, son los dos mejores puntos   de evidencia de la idea actual del Big Bang. Con  suerte lo encontrarás razonablemente interesante.