Origen del Universo

Resumen del Tema

Tema 1: El Big Bang: La gran explosión

Teniendo en cuenta que el Universo se expande, si el movimiento de alejamiento se invirtiese durante un tiempo igual a la edad del Universo, extrapolando hacia atrás, se llegaría a la conclusión de que las galaxias se encontraban en el mismo punto en el mismo instante, que marcaría el origen del Universo.

El modelo del Big Bang deduce, a partir del actual ritmo de expansión, que en el instante t=0, hace unos 13700 millones de años, toda la materia del Universo, las cuatro fuerzas que actúan sobre ella ( la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la nuclear débil), la energía, el espacio, el tiempo y el vacío, es decir, los componentes fundamentales de todo cuanto conocemos, se encontraban bajo la forma de singularidad: un punto inmaterial infinitamente denso y caliente, de radio nulo, en unas condiciones tan extremas que las leyes de la física actual tienen grandes dificultades.

En medio de la nada más absoluta se produjo una explosión, el Big Bang, que generó una minúscula mota de luz radiante infinitamente caliente y, en ese mismo instante, en su interior nació el espacio y con él, hace 13700 millones de años, el tiempo, y se formó el Universo, que desde entonces está en expansión empujado por una enigmática materia oscura, enfiandose cada vez mas. La energía de radiación era tan intensa en los primeros instantes del universo que espontáneamente se convertía  partículas minúsculas de materia (quarks y leptones) según la ecuación de Einstein, E= mc2

Si el movimiento de alejamiento de las galaxias se invirtiese durante un tiempo igual a la edad del universo, se llegaría a la conclusión de que todas las galaxias se encontraban en un mismo punto en un mismo instante, que marcaría el origen del Universo. (Se estima a 13700 mill. de años).

      En este punto las cuatro fuerzas que actúan sobre la materia estarían unidas:
􀂐 Gravedad
􀂐 Fuerza electromagnéica
􀂐 Fuerza nuclear fuerte
􀂐 Fuerza nuclear débil.


4. Fuerzas fundamentales
Son las cuatro interacciones fundamentales que existen en el Universo:
• Fuerza gravitatoria.
• Fuerza electromagnética.
• Fuerza nuclear fuerte.
• Fuerza nuclear débil.
■ La fuerza gravitatoria
Actúa a grandes distancias; a escala de partículas, sin embargo, no es muy consistente. En
comparación con el resto de interacciones, es la más débil. Tiene un solo sentido, pero alcance
infinito.
Según el modelo estándar, la partícula mediadora de esta fuerza es el gravitón.
■ La fuerza electromagnética 
Actúa entre partículas con carga eléctrica, tanto en reposo (electrostática) como entre cargas que se
mueven una con respecto a otra (eléctrica y magnética). Es una interacción muy fuerte y puede
describir casi todos los fenómenos de nuestra vida cotidiana. Es la fuerza involucrada en las
transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Tiene dos sentidos (positivo y negativo)
y su alcance es infinito. Las partículas mediadoras, según el modelo estándar, son los fotones.
■ La fuerza nuclear fuerte
Es la interacción que permite la unión de los quarks para formar partículas hadrónicas y la que
mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, pero es más intensa que la fuerza
electromagnética.
Aunque es muy fuerte, más que la fuerza electromagnética, solo se aprecia en distancias muy
pequeñas; es solamente atractiva. La partícula mediadora de esta interacción es el gluón.
■ La fuerza nuclear débil
Es la interacción responsable de que quarks y leptones se desintegren en partículas más ligeras. Su
intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la
interacción nuclear fuerte. Es una fuerza atractiva. Según el modelo estándar, las partículas
mediadoras son los bosones W y Z.

   
  También estarían bajo la forma de una singularidad:
􀂐 Energía
􀂐 Espacio
􀂐 Tiempo
􀂐 Vacío



Teorías de la gran unificación
Todo lo que sucede en el Universo se debe a la actuación de una o más de las cuatro fuerzas fundamentales. Los científicos intentan demostrar que todas estas fuerzas fundamentales son manifestaciones de un modo único de interacción en circunstancias distintas. Hasta ahora la fuerza nuclear débil y la electromagnética se han podido unificar en la fuerza electrodébil.
Las teorías del campo unificado consideran que dos o más de las cuatro fuerzas fundamentales actúan como si fueran esencialmente idénticas.
La teoría de la gran unificación intenta integrar en un único marco teórico las fuerzas nuclear fuerte y electrodébil. Esta teoría todavía está en proceso de ser comprobada.
La teoría del todo es otra teoría que pretende proporcionar una descripción unificada de las cuatro fuerzas fundamentales. Actualmente, la mejor candidata a convertirse en una teoría del todo es la teoría de supercuerdas.


Como consecuencia del enfriamiento progresivo del Universo debido a la continua expansión se produce:
􀂋 Aparición de las partículas elementales (quarks, leptones, fotones, etc.).
􀂋 Aparición de las cuatro fuerzas que rigen su comportamiento (la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil).
􀂋 1. Superfuerza
􀂋 2. Fuerza nuclear fuerte
􀂋 3. Fuerza nuclear débil
􀂋 4. Fuerza electromagnética
􀂋 5. Fuerza gravitatoria

Podemos contar la historia desde el Big Bang separandolo en distintas eras para recrear el universo primitivo:

1. Era de Planck.
Instante inicial. Hasta los 10-43 segundos. Difícil de describir.
2. Era de la gran unificación
De los 10-43 segundos a los 10-35 segundos. Se separa la fuerza de la gravedad.
3. Era de la inflación
De los 10-35 segundos a los 10-32 segundos. El Universo se expandió bruscamente.
4. Era electrodébil o de los quarks
De los 10-32 segundos a los 10-12 segundos. Se separa la fuerza nuclear fuerte y se
mantienen unidas las dos restantes. Aparecen partículas elementales.
5. Era hadrónica
De los 10-12 segundos a los 10-3 segundos. Se separa la fuerza nuclear débil. Se
forman las partículas hadrónicas (protones más neutrones)
6. Era leptónica
Entre los 10-3 segundos y 1 segundo. Se forman los leptones (electrones y neutrinos)
7. Era de la nucleosíntesis
Entre 1 segundo y 300.000 años. Protones y neutrones se asocian para formar
núcleos de hidrógeno. Luego formarán helio al colisionar.
8. Era de los átomos y de la radiación
Entre 300.000 y 106 años. Se forman átomos de hidrógeno, helio y litio.
9. Era de las galaxias
Entre 106 años y el presente. Se forman las galaxias a partir del hidrógeno, helio y
litio. El Universo sigue en expansión.

• Toda la materia se puede describir mediante las partículas elementales materiales: seis tipos de  quarks (arriba, abajo, encanto, extraño, fondo y cima) y seis tipos de leptones (electrón, muón, partícula tau, neutrino-electrón, neutrino-muón y neutrino-tau); además, existe una partícula de antimateria para cada una de las partículas materiales. De todas las partículas, el bosón de Higgs aún no se ha detectado experimentalmente.
• Las cuatro fuerzas fundamentales (nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnética y gravitatoria) que actúan sobre la materia son el resultado del intercambio de partículas portadoras de fuerza, que actúan como mensajeras de la interacción: bosones W+WZ0, fotón, gluóny gravitón. Este último no se ha conseguido detectar experimentalmente.

TEMA 1. ORIGEN DEL UNIVERSO. EL SISTEMA SOLAR

Las noticias, datos interesantes o vídeos sobre el universo, y el sistema solar. son las primeras que vamos a ver, espero vuestras aportaciones...

El primer acercamiento al universo hace mas de 9000 años por los babilonios, quienes desarrollaron la astrología y establecieron las bases de la moderna astronomía: describiendo con precisión los movimientos del Sol, la Luna y los planetas, inventaron el sistema sexagesimal ( los 360º de la circunferencia) y establecieron los primeros calendarios. A partir de ellos hay una serie de científicos que tenemos que resaltar en el estudio del universo:

- Aristóteles (384-322 a. C.) imaginó un Universo geocéntrico, donde la Tierra se encontraba en el centro y el Sol, la Luna y los planetas y estrellas giraban a su alrededor.

- Aristarco de Samos (310-230 a. C) estableció por primera vez el  modelo del Universo heliocéntrico: afirmó que el Sol era mucho mayor que la Tierra y que esta, junto con los demás planeas, giraban a su alrededor.

- Eratóstenes (276-194 a. C.) calculó con gran precisión el perímetro y el radio terrestres.

- Ptolomeo (100-170 d. C.) escribió el Almagesto, donde consagró un modelo geocéntrico como un instrumento matemático que permitia predecir el movimiento de los planetas. 

Su teoría geocéntrica describía un universo basado en el sistema descrito por Aristóteles en donde la Tierra se encontraba fija y rodeada por 8 esferas: las primeras 7 con el Sol la Luna y los 5 planetas conocidos en ese momento y la octava con las estrellas fijas.

Utilizando modelos geométricos circulares utilizó las esferas para predecir la posición de los astros. El movimiento diferente de los planetas exteriores los explico basándose en la teoría de los epiciclos de Apolonio de Pergamo en donde se supone que cada uno de ellos tiene un movimiento de rotación alrededor de su propia esfera.

De esta manera, a pesar de todos los errores que Claudio Ptolomeo cometió en sus trabajos fue uno de los Astrónomos que cambio la visión del universo e intento explicar científicamente la mecánica de los astros. El hecho de que su equivocada teoría halla permanecido por tan largo tiempo no depende de él mismo, sino de las comunidades principalmente religiosas que se encontraron muy cómodas con la teoría geocéntrica y la compatibilidad con sus creencias. 

- Corpérnico (1571- 1642)

- Kepler (1571-1630)

- Galileo (1564-1642)

- Newton 1642-1727)

Con ayuda del vídeo completa las concepciones del Universo de los 4 científicos nombrados

Bienvenidos a las Ciencias del Mundo Contemporáneo

Bienvenidos al blog de los alumnos de 1º de Bachillerato del IES Zoco de Córdoba. Aqui colgaremos las noticias científicas de interés así como la biografía de algún científico del siglo XX para que las leais y participeis con vuestros comentarios.