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Teorías y Especulaciones sobre qué es el Espacio-Tiempo y cómo encaja en él nuestro Universo 

Creada18-02-2019
Modificada18-02-2019
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Noviembre2

Reseña del Documental El Misterio del Espacio-Tiempo de la serie La Historia del Universo

El Misterio del Espacio-Tiempo

Documental de la serie La Historia del Universo (T6, E10, 2018), en el que se intenta describir el tejido del Espacio-Tiempo, cómo funciona y cuál será el posible futuro de Nuestro Universo.

Vivimos en él pero aún no llegamos a entender lo que es.

Todo lo que vemos, todo lo que ocurre, está en el Espacio-Tiempo. Es el marco donde ocurre y existe todo, pero no siempre fue así.

El Origen de TODO

Hace 13'8 Ga (Giga·años = miles de millones de años) no existía NADA. Ni siquiera el espacio. Ni siquiera el tiempo.

Ambos empezaron a existir simultáneamente en un instante, un espacio muy pequeño, menor que una partícula atómica, con una gran cantidad de energía, la energía de TODO el Universo.

Gran Explosión, Big BangEn una pequeñísima fracción de segundo se expandió billones de veces, más rápido que la luz, hasta alcanzar el tamaño de una pelota de tenis.

A nuestra escala parece algo pequeño, pero si hubiéramos partido de una pelota de tenis su tamaño hubiera superado al de toda la Vía Láctea. En una fracción de segundo.

Según Einstein, nada puede superar la velocidad de la luz, pero aquí no se rompen las reglas, los objetos no se desplazaban por el espacio sino que era el mismo espacio el que se creaba entre ellos.

La Fuerza de la Gravedad

De las cuatro Fuerzas Fundamentales que rigen el funcionamiento del Universo, aquella con la que estamos más familiarizados es la Gravedad.

Galileo hizo los primeros experimentos científicos sobre ella.

Newton descubrió las leyes que describían cómo funcionaba.

Einstein explicó por qué funcionaba.

Según Einstein, el espacio es un tejido que se extiende por todo el Universo.

Curvatura del Tejido Espacial por la GravedadPor dar una explicación fácil de comprender, si en una tela 2D colocamos una serie de objetos redondos, como pelotas, bolas y canicas, la tela se deformará bajo ellos en una tercera dimensión. La deformación es proporcional a la masa de los objetos, los más pesados generan una deformación más honda que los más ligeros.

Las masas no sólo generan hondonadas, sino que las hondonadas también hacen que los objetos rueden los unos hacia los otros.

Así, sin necesidad de que exista una fuerza directa entre las masas, son las masas las que deforman el tejido y esta deformación hace que los demás objetos caigan o alteren su movimiento por el tejido inclinado.

La genialidad de Einstein fue añadir una dimensión más a este sencillo ejemplo. En vez de un tejido 2D, el Espacio es un tejido 3D en el que las masas lo deforman ¡en una cuarta dimensión!

Por desgracia, en mi opinión, Einstein cometió un error al pensar que esa cuarta dimensión no era espacial, sino que era el Tiempo, inventando así el concepto de Espacio-Tiempo.

Yo creo que el Tiempo NO es una dimensión, pero como lo que estoy haciendo es reseñar este documental, seguiré siendo fiel a él, aunque no esté de acuerdo con todo lo que se dice.

No sólo las masas alteran su movimiento al pasar por el margen inclinado de una hondonada gravitacional, también lo hacen los fotones.

En el año 2.016 se observó una galaxia situada a unos 7 Gal (Giga·año·luz=Mil Millones de Años·luz). A su alrededor se veía un objeto azulado en forma de arco. Se pudo comprobar que era una galaxia azul situada más allá de la primera. La luz de esa galaxia, en su viaje hacia nosotros, al pasar junto a la galaxia roja se había visto desviada por el espacio deformado de la galaxia.

La galaxia interpuesta ha deformado el espacio a su alrededor creando una Lente Gravitacional.

Y, como es habitual en esta serie, la explicación de este fenómeno viene ilustrada con un gráfico totalmente equivocado y engañoso, en el que dos rayos de luz vienen hacia nosotros, al acercarse a una galaxia se desvían hacia afuera, luego rodean la galaxia desviándose hacia dentro y luego vuelven a desviarse hacia afuera para retomar su viaje hasta nosotros.

¡Mentira! Sólo hay UNA desviación, hacia dentro, al pasar junto a la galaxia.

Lo que nosotros vemos no son los rayos de luz que inicialmente venían hacia nosotros. Esos se han desviado, se han cruzado por el camino como un cono, y han pasado de largo alrededor de la Tierra.

Lo que vemos son rayos de luz que IBAN a pasar alrededor de la Tierra y que al pasar junto a la galaxia se han desviado, UNA sola vez, para llegar a nuestros telescopios.

Podéis ver una explicación más correcta en Las Lentes Gravitacionales.

Anillo de EinsteinEsto no es un suceso extraño, a menudo se ven en el cielo galaxias cuya imagen está curvada alrededor de otras galaxias más cercanas.

El mismo Einstein predijo que esto podría ocurrir y en los casos extremos, si las dos galaxias están perfectamente alineadas con la nuestra, la luz de la galaxia lejana se deformaría tanto que se vería como un anillo alrededor de la más cercana.

En su honor, se les llama Anillos de Einstein.

Hondonadas en el Espacio

Si nos situamos en una lona elástica, nuestra masa creará una hondonada que se extenderá hasta el borde de la lona. Si la lona fuera infinita, la hondonada llegaría hasta el infinito, pero a partir de cierta distancia su curvatura sería inapreciable.

Si en lugar de estar detenidos estamos saltando, la lona se deformará y se alisará rítmicamente. Pero la deformación no cambia instantáneamente en toda la lona, se tiene que transmitir a una velocidad determinada, por lo que los cambios de profundidad de la hondonada se expanden desde nuestra posición en forma de ondas concéntricas.

Colisión de 2 Agujeros NegrosLos objetos estelares no cambian de masa por lo que forman una hondonada estable y no generan ondas gravitacionales. Pero si dos masas MUY grandes están orbitando cada una alrededor de la otra, las hondonadas de cada una de ellas, al ir cambiando de posición, sí generarán dos ondas gravitacionales, no circulares sino espirales, que se expandirán por el espacio a la velocidad de la luz y que podrían ser detectadas.

El Detector de Ondas Gravitacionales

Con ese fin se ha construido el LIGO, un detector de ondas gravitacionales.

Observatorio de Ondas Gravitacionales VIRGO, ItaliaConsiste en DOS tubos perpendiculares de varios Km de largo. Un rayo láser es dividido en dos haces que, mediante espejos, son desviados por ambos túneles. Al final hay dos espejos que los hacen regresar a su origen, siendo captados por un interferómetro que determina si ambos túneles miden exactamente lo mismo.

Si una onda gravitacional procedente de algún fenómeno cósmico llegara a la Tierra, produciría una serie de expansiones y contracciones del espacio a lo largo de los túneles, en cada uno de distinta magnitud según el ángulo desde el que lleguen.

La expansión-contracción es muy leve, pero el interferómetro permite reconocer diferencias en la longitud de los túneles de una diezmillonésima de milímetro.

En el año 2.015 se pudo detectar por primera vez una serie de ondas gravitacionales. Llegaron con una frecuencia ascendente, y al reproducir las ondas en forma de sonido resultaron estar en las mismas frecuencias de los sonidos que podemos oír. Era un sonido similar a un silbido que empezaba con una frecuencia y se iba haciendo más agudo hasta dejar de ser audible.

A partir de su estudio se pudo determinar que las ondas procedían de dos Agujeros Negros que estaban orbitando el uno alrededor del otro a gran velocidad, acercándose cada vez más y orbitando más rápido hasta chocar y fusionarse en un único Agujero Negro. En ese momento dejó de emitir ondas gravitacionales.

La Contracción del Tiempo

Si la masa de los cuerpos deforma el Espacio, también deforma el Tiempo.

Einstein predijo, y la tecnología lo ha confirmado, que el tiempo transcurre más despacio cuando nos acercamos a un cuerpo masivo.

Si situamos dos relojes perfectamente sincronizados a distintas alturas en un rascacielos, el reloj de la planta baja correrá más despacio que el situado en el ático.

La diferencia no es mucha, pero sí lo suficiente para que en determinadas condiciones sea necesario tenerla en cuenta.

El Sistema de Posicionamiento Global, GPS, funciona con satélites en órbita que captan emisiones de radio de aparatos desde la superficie terrestre. Están perfectamente sincronizados y cuando captan una señal cada uno de los satélites lo hace con una diferencia de centésimas de segundo. A partir de esas diferencias pueden hacer una triangulación para saber con gran precisión dónde estamos. Y como sus relojes son precisos hasta la milmillonésima de segundo, pueden situarnos en un lugar determinado con una precisión de 30 cm.

Pero estos satélites están en el espacio, y están a distintas alturas, por lo que sus relojes funcionan a distintas velocidades. Si no se tuvieran en cuenta las variaciones debidas a la gravedad, los cálculos, en este momento exactos, dejarían de serlo en cuestión de pocas horas. Y en unos pocos días sus mediciones serían inútiles.

Por eso no miden el tiempo mirando sus relojes, sino contando los miles de millones de pulsos que realizan cada segundo y calculando el tiempo real que ha transcurrido en la Tierra. Gracias a esa corrección el GPS funciona correctamente. Y demuestra cada segundo que la contracción del tiempo debida a la gravedad es un fenómeno real, no hipotético.

En realidad no hay una, sino dos desviaciones. Si la curvatura de la gravedad de la Tierra hace que los relojes funcionen más despacio, también ocurre lo mismo con la velocidad. Los satélites GPS, para mantenerse en órbita, deben viajar a gran velocidad, varios Km/s.

Al calcular la hora exacta a partir de sus relojes hacen las dos correcciones, por la altura a la que están sobre la Tierra y por la velocidad a la que se desplazan. Y, tal como dice el documental, el hecho de que el GPS funcione correctamente demuestra que la contracción del tiempo teorizada por Einstein no sólo es una teoría, sino un hecho real.

Si viajásemos a un Agujero Negro, mientras más cerca estuviéramos de su superficie más lentos correrían nuestros relojes, así como todos los fenómenos físicos y químicos de nuestros cuerpos o de las maquinarias, mecánicas o electrónicas, de nuestra nave.

Nosotros no percibiríamos ninguna diferencia, pero al regresar a la Tierra comprobaríamos que en ella ha transcurrido mucho más tiempo que en nuestros relojes. Si en la Tierra dejamos un hermano gemelo, al regresar podríamos encontrarlo como un anciano.

Es como si hubiéramos viajado al futuro.

En realidad, aunque estemos sentados en nuestro sofá, todos estamos viajando al futuro. Lo único que hace el gemelo astronauta es vivir despacio.

Y eso se puede conseguir estando en un intenso campo gravitatorio, pero también si viajamos en una nave a velocidad casilumínica.

Pero si lo que quieres no es explorar el Universo, sino viajar al futuro, es mucho más barato, seguro y sencillo meterte en un congelador.

Leyes Físicas Irreversibles

Según las matemáticas aplicadas a la física o a la química, hay fenómenos que se pueden producir en un sentido o en el opuesto.

Pero no cuando el Tiempo forma parte de la ecuación.

En cada una de las dimensiones espaciales existen DOS direcciones, y podemos desplazarnos libremente en ambas. Pero en el Tiempo no, sólo podemos viajar en una dirección.

Podemos viajar o enviar información al futuro, pero no al pasado. Podemos recibir información del pasado, pero no del futuro.

Y eso, en mi opinión, demuestra que el Tiempo NO es una dimensión, sino la forma en que percibimos una sucesión de sucesos que suceden sucesivamente.

La Expansión Acelerada del Universo

En la década de 1.920, el astrónomo Edwin Hubble descubrió que las galaxias se estaban alejando de nosotros. Y mientras más lejanas, a más velocidad.

A partir de sus observaciones se ha podido deducir que el Universo se está expandiendo y que hace millones de años era mucho más pequeño que en la actualidad.

Se formuló la teoría, bastante controvertida en su época pero hoy plenamente aceptada por la comunidad científica, de que el Universo se inició a partir de una Gran Explosión, Big Bang, que es lo que dio impulso a todas las galaxias para que se alejaran entre sí.

Como en toda explosión, los físicos pensaron que las galaxias se verían frenadas por la fuerza gravitatoria de las demás galaxias y que la expansión sería cada vez más lenta.

Con el fin de determinar a qué velocidad se estaba frenando la expansión, en 1.997 se midieron las distancias y velocidades de unas 40 galaxias muy lejanas, y por tanto muy antiguas.

Pero los resultados fueron los contrarios de los esperados: La expansión no se estaba frenando, sino acelerando.

Y como para que cualquier objeto acelere hay que aplicarle una fuerza, y esta debe proceder de algún tipo de energía, se asumió que debería existir una quinta fuerza, hasta entonces desconocida, que por los efectos que provocaba estaría creando Espacio entre las galaxias, y cada vez con más rapidez.

A esta fuerza se la llamó Energía Oscura.

Hay una explicación más sencilla y que no requiere la existencia de la hipotética Energía Oscura: El Brillo de las Supernovas 1a. Está basada en La Teoría de la Gran Onda y en mi opinión explica varios fenómenos del Universo de forma más sencilla y exacta que las teorías actualmente mantenidas por la mayor parte de la comunidad científica. Si os interesa conocer esta teoría os recomiendo empezar por un breve resumen: La Ciencia del Big Bang y la Gran Onda.

La Gran Congelación

Según las últimas observaciones y teorías, parece que la Energía Oscura aumenta de intensidad al mismo tiempo que el Universo se expande.

En los primeros 7 Ga del Universo, la Energía Oscura era muy débil y la gravedad de la Materia Oscura hizo que las nubes de gas Hidrógeno se concentraran para formar las primeras estrellas y las galaxias. En esas primeras estrellas se formaron los elementos pesados y, tras su explosión en forma de Supernovas, se formaron las siguientes generaciones de estrellas, esta vez con planetas sólidos a su alrededor.

A partir de los 7 Ga después del Big Bang, la Energía Oscura se ha ido haciendo cada vez más intensa empujando las galaxias con cada vez más fuerza, acelerándolas.

Llegará un momento en que las galaxias se alejarán tan rápido entre sí que dejarán de ser visibles entre ellas.

El Universo estará cada vez más vacío y frío.

Será el Big Freeze, la Gran Congelación.

El Gran Desgarro

Aún no será el fin del Universo. La Energía Oscura seguirá haciéndose más intensa y llegará un momento en que su radio de acción sea suficiente para que las galaxias empiecen a perder las estrellas de su periferia.

Después todas las estrellas se repelerán entre sí y le tocará el turno a los planetas, que se alejarán de sus estrellas.

Las mismas estrellas irán perdiendo sus capas externas haciéndose más pequeñas y apagándose una tras otra. Y los mismos planetas se disgregarán, convirtiéndose en nubes de polvo.

Incluso los átomos repelerán a sus electrones, sus núcleos se disgregarán y más adelante incluso los protones y neutrones se separarán en quarks.

Al final sólo quedará radiación en un universo infinito.

Será el Big Rip, el Gran Desgarro.

El Espacio-Tiempo Extremo

Conforme nos vamos acercando a un Agujero Negro, el tejido del Espacio-Tiempo está cada vez más deformado.

Según los físicos, esta deformación se va haciendo cada vez más acusada hasta que, en el centro, se forma una Singularidad, una gran concentración de masa en un punto de tamaño infinitesimal.

Yo no estoy de acuerdo. Si nos acercamos a un Agujero Negro, la gravedad será cada vez más fuerte pero, una vez atravesemos la superficie, la masa que quede por encima de nosotros nos atraerá en dirección contraria, por lo que la gravedad resultante será menor.

Justo en el centro del Agujero Negro la fuerza de la gravedad será CERO, lo mismo que si estuviéramos en el centro de un planeta, de una estrella o en el espacio.

No creo que en el centro de un Agujero Negro haya una Singularidad, pero sigamos con el documental.

Las leyes físicas de la mecánica clásica no funcionan en objetos tan pequeños, hay que usar las matemáticas de la Mecánica Cuántica.

Y una conclusión del desarrollo de estas leyes es que el Universo, en el mismo instante del Big Bang, era una Singularidad.

¿Y si nuestro Universo empezó a existir a partir de la singularidad de un Agujero Negro de un Universo anterior al nuestro?

¿Y si en el centro de todos los Agujeros Negros de nuestro Universo hubiera una singularidad en la que en algún momento, si no ahora mismo, se estuviera formando un nuevo Universo?

El Universo Cíclico

El Universo existe desde hace 13'8 Ga, pero es posible que antes hubiera otro Universo. Es posible que nuestro Universo no sea único sino que desde la eternidad se estén creando universos, uno detrás de otro, tal vez similares, regidos por las mismas leyes físicas. O tal vez distintas.

O puede ser que existan universos en otras dimensiones.

En cualquier caso, aunque nuestro universo tuvo un principio y tendrá un final, tal vez exista un metauniverso infinito y eterno en el que nuestro universo no sea más que una minúscula mota que apenas llega a existir un brevísimo instante de la eternidad del metauniverso.

En mi opinión

La traducción no es muy buena y me rechina cada vez que dicen que el Universo existe desde hace "trece coma ocho mil millones de años". Debería decir "trece coma ocho miles de millones de años". Yo suelo abreviarlo como "13'8 Giga·años".

Luego están las contradicciones. Si el Espacio y el Tiempo empezaron a existir en el instante del Big Bang, entonces ANTES no había nada, ni siquiera el Tiempo. Antes del Big Bang no había Antes. Al menos eso es lo que se debería deducir de la teoría del Big Bang tal como se concibe hoy en día. Así que las especulaciones sobre el Universo Cíclico no tienen fundamento.

Yo no creo que el Tiempo sea una dimensión, sólo que puede transcurrir un poquito más rápido en una nave en el espacio, lejos de toda atracción gravitatoria y totalmente inmóvil, o más lento, cerca de un campo gravitatorio o en una nave a alta velocidad. Y es evidente que en el Big Bang existía una masa gigantesca que podría hacer que los relojes funcionaran MUY despacio. Pero no a velocidad CERO.

Por eso, como yo no creo que el Tiempo sea una dimensión ni tuviera un origen, sino que es eterno, no tengo inconveniente en especular lo que pudo haber ANTES del Big Bang.

Pero los que creen que antes del Big Bang no existía el Tiempo deberían ser coherentes y no especular lo que ocurrió ANTES de que existiera el Tiempo.

En cuanto al Origen del Universo a partir de una Singularidad, lo que yo creo es que el Universo empezó como una grandísima cantidad de masa, TODO el Universo, en un volumen muy pequeño.

Y ESO es un Agujero Negro.

La forma en que ese Agujero Negro Primigenio se desgarró en diez billones de Agujeros Negros Supermasivos que más adelante serían los centros de las diez billones de galaxias del Universo está explicada en el artículo Agujeros Negros en la Gran Onda.

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