RE: [escepticos] ALGUNAS PREGUNTAS SOBRE EL UNIVERSO (largo)

["Pedro J. Hernández" <pjhdez@...>]

Yo escribí:

>> 1948 publicaban Gamow y un tal Ralph A. Alpher un famoso artículo
conocido
>> como el "alphabetagamma" donde predecían la existencia de un campo de
> radiación térmica de fondo equivalente a la emisión de un cuerpo negro a
5
>> K, además de fijar las abundancias relativas de elementos químicos (el
>> famoso 24% de helio).

[Luis Salas:]

>Si no recuerdo mal, predecia unos 10 ºK, incluso aunque fueran 5º, luego
>solo era de 2,7, un error de un factor de 2.... casi no se si es una
>predicción o una casualidad.....

Según la información que yo poseo (Principles of Physical Cosmology. P.J.E.
Peebles 1993, y ten en cuenta que Peebles fue uno de los implicados en esta
historieta) en el artículo original de Gamov no se hace ninguna estimación
directa de la temperatura del fondo cósmico de radiación, pero de sus
cálculos se podía sacar una estimación de 4K. Posteriormente, en 1948,
Alpher y R. Herman corrigireron algunos errores de cálculo de Gamow e
hicieron la primera estimación directa en 5K (a esa me refería)
. La predicción de 10 K fue producto de una reelaboración de los cálculos
por el propio Peebles y que presentó en un coloquio en laboratorio de física
aplicada John Hopkins de Baltimore en 1964.

>>Fue sólo entonces cuando se empenzó a tener
>> consciencia observacional de estas abundancias. Te recuerdo además que la
>> radiación cósmica de fondo fue observada en 1965 y correspondía a la
emisión
>> térmica de 2.7 K, y por tanto es una predicción teórica. Además
>> posteriormente las abundancias se fijaron bastante exitosamente para
otros
>> elementos ligeros como el lítio. ¿Sigues pensando que el modelo se creó
ad
>> hoc para fijar las observaciones?. Yo lo veo de forma distinta.

>Bueno algo de razón tienes, pero sigo pensando que basicamente es una
>teoria ad hoc.

Coge las ecuaciones de la relatividad, la termodinámica clásica y la física
nuclear básica y aplica todas sus consecuencias a una masa de gas homogénea
e isótropa. Bien, pues una de las posibles soluciones es un gas en expansión
(que sigue la ley de Hubble) y todas las consecuencias del modelo del Big
Bang. La única hipótesis inicial ad hoc en todo esto es que el gas debería
tener una distribución muy aproximadamente homogénea e isótropa pero no tan
perfectamente homogénea e isótropa que no permita las pequeñas fluctuaciones
de densidad que dieron origen a las estructuras galácticas que observamos
hoy en día. Una historia más detallada de como Einstein sugirió este
principio y qué evidencias observacionales se han tenido de la veracidad de
la hipótesis la puedes encontrar directamente en la página

http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/2921/el.htm

>> >Tampoco son tantas cosas, explicar el desplazamiento hacia el rojo de
las
>> >galaxias, la radiación de fondo de microondas, su inhomogeneidad y su
>> >espectro de cuerpo negro.
>
>> Y las abundancias cósmicas de elementos ligeros. ¿Te parece poco para un
>> modelo tan simple?.
>

>Reconozco que las abundancias cósmicas de los elementos no lo conozco bien
>solo de oidas

pues es una de las predicciones fundamentales y pilares básicos del modelo.
Lee "Los tres primeros minutos del universo" de Steve Weinberg y verás qué
maravilla (es el único libro de divulgación que se usa como referencia en
artículos académicos sobre el tema)

>> >Muchas teorias explicarian lo mismo, se ha cogido la mas sencilla, y la
más
>> >pueril, si las galaxias retroceden, y damos para atras en el tiempo,
estas
>> >se juntan, por lo que una vez estaban todas juntas... el big bang.
>> >Sencilla, y puede ser que sea así, pero puede que no.
>
>> Nombrame sólo una que explique con el mismo grado de precisión todas las
>> observaciones anteriores.

>A mi el modelo estacionario no me desagrada, hay que plantear todo de muy
>distinta forma pero podria ser.

El modelo de estado estacionario parte de una homogeneidad no sólo en el
espacio sino en el tiempo (denominada principio cosmológico perfecto). Para
que nos entendamos, el universo tiene que haber tenido una apariencia
similar en cualquier instante y no es necesario un principio del universo,
sino que éste ha existido siempre. El principio es atractivo, pero tiene que
plantear la creación de materia, pues la solución que da la relatividad
general para este caso es un universo infinito que está en expansión, y para
que se mantenga la densidad de materia no nos queda más remedio que
inventarnos un campo de creación continua de materia. Los problemas básicos
del modelo están:

1. En la distribución espacio-temporal de radiofuentes
2. En el espectro de la radiación cósmica.

El big bang explica perfectamente las observaciones en estos dos aspectos.
El modelo de estado estacionario clásico no. Hoyle y compañía se han
inventado una nueva versión para enfrentarse a los problemas, el modelo
cuasi-estacionario, que es harto complicado y que no conozco en absoluto,
pero es una explicación forzada y por lo visto sigue adoleciendo de algunos
problemas muy serios. Un poco más de información más detallada la puedes
obtener (siento que esté en inglés) en:
http://www.astro.ucla.edu/~wright/stdystat.htm

>> >¿Que ha predicho el Big Bang? Por ejemplo las inhomogeneidades del fondo
de
>> >microondas que casi no encuentra el COBE, que la NASA vendio como un
exito
>> >lo que estuvo a punto de ser un absoluto fracaso y casi para tirar abajo
el
>> >Big Bang.
>
>> El espectro de cuerpo negro obtenido por COBE permite medir la
temperatura
>> del fondo de radiación con menos de 6 centésimas de grado de precisión.
La
>> precisión es como mínimo asombrosa. En cuanto a las inhomogeneidades de
la
>> radiación era muy difíciles de medir (ten en cuenta que estaban en un
rago
>> de la cien milésima de grado. En mi proyecto de investigación de
posgraduado
>> utilicé dos años de datos de un radiotelescopio bastante sensible y sólo
>> pude obtener un límite superior para el tamaño de las fluctuaciones de
>> fondo, así que conozco perfectamente las dificultades técnicas del
asunto, y
>> COBE encontró donde tenía que encontrar.

>Yo recuerdo aquella epoca, y poco antes de terminar el proyecto COBE, habia
>una decepcion generalizada, se debian haber encontrado las inhomogeneidades
>y no aparecian. Se comentó mucho lo de revisar "profundamente" el modelo
>del Big Bang. Según tengo entendidos el modelo preveia unas
>inhomogeneiadades varios ordenes superior. Ya al final y tras un
>tratamiento estadistico intenso fueron apareciendo. !fue la salvación del
>Cobe y del Big Bang!

El modelo del Big Bang no hace ninguna predicción concreta de la forma de
las inhomogeneidades. Todo depende un poco de los complicados procesos de
colapso gravitatorio que dió origen a las formaciones galácticas. Ten en
cuenta que hay envueltos muchos procesos que pueden complicar el asunto
tales como la rotación, el campo magnético, etc. Lo que está claro es que
esas homogeneidades tenían que existir, pues si no el universo sería un gas
uniformemente distribuido y las galaxias obviamente existen. Pero hay que
diferenciar entre una cosa y la otra. Siempre que se encuentra algún
problema con algún mecanismo se achaca a problemas del modelo estándar.
Bien, te puedo decir que la formación de las estructuras estructuras
galácticas a gran escala no está bien explicada. ¡Ahí tienes un problema
interesante!. Pero que exista ese problema no tiene nada que ver, de
momento, con la validez o no del esquema principal. Es como intentar achacar
nuestro desconocimiento del comportamiento eléctrico exacto de una tormenta
a un error de la teoría electromagnética. Cuando alguien habló de la
revisión seria del modelo se refería a las teorías existente sobre formación
galáctica; si se refería a la esencia del Big Bang estaban metiendo la pata
hasta el fondo.

>>Si de todas maneras crees que fue
>> un acto propagandista, varios grupos independientes han obtenido medidas
>> compatibles con las de COBE.

>Bueno los resultados lo presentaron en una rueda de prensa, si no tengo
>entendido mal incluso antes de publicarse en revistas. Y eso de sacar un
>mapa global y decir que era la cara de DIOS, casi na.... era una epoca en
>que a la Nasa le hacia falta un exito, estaba desesperada

Te doy la razón, creo que el Smoot (director del proyecto COBE) le echó un
poco de salsa publicitaria condimentada con algo de misticismo. Los
científicos son también muy humanos, y si la NASA dió las pelas, había que
hacer un poco de peloteo.

>Bob Watson, del equipo del experimento Tenerife, (el único grupo que
>también estudiaba la radiación cósmica) nos comento a la Agrupacion
>Astronómica de Gran Canaria que los primeros datos (la cara de Dios) tenia
>tantos errores y estaban sin tratar que eran inutiles. Luego parece ser que
>los procesaron mejor y ya los compararon con los del IAC.

Por aquella época se comentaba ese asunto, sí. Efectivamente, mi director de
proyecto era el director del proyecto conjunto entre el IAC y Jodrell Bank
sobre medidas del fondo cósmico y creo que un día mencionó el asunto. Si Bob
(al que tengo el placer de conocer personalmente) dijo eso es porque será
verdad, pues él es todo un experto en el tema de las medidas de
fluctuaciones del fondo cósmico.

>
>> >El modelo de las esferas de cristal de Platón y aristoteles tambien
>> >explicaba las observaciones, como los movimeintos de los planetas, era
>> >sencillo, etc. pero.....
>
>> No, si el problema que tenía precisamente el modelo de las esferas, más
>> tarde convertido en el sistema Ptolomaico era su complejidad. Cuando
>> Copérnico propuso su modelo, éste no era capaz de precisar tan bien las
>> observaciones como el más elaborado modelo Ptolemaico. De hecho, ya sabes
>> que Kepler se encontró con el problema de la órbita de Marte, que no
>> encajaba ni pa Dios, según los datos de Tycho Brahe. El modelo Ptolemaico
>> podría seguir funcionando si uno añadía un poco más de epiciclos aquí y
>> allá, pero la elegancia del modelo kepleraniano salió ganando.
>

>Precisamente!, las esferas de cristal de Platón era un modelo sencillo e
>ideal, para Platón solo contaba el triangulo perfecto, los cielos
>perfectos, etc... despreciaba la naturaleza y la realidad.

>pero la ealidad se impuso, no sirve de nada un modelo perfecto, hay que
>contrastarlo con la naturaleza.

No, que va, nada de modelo sencillo, pues contaba con 55 esferas, al menos
en la versión que dió Aristóteles para que coincidiera en algún grado con el
movimiento de los objetos celestes observado. Posteriormente se iría
complicando aún más hasta llegar al sistema Ptolemaico con epiciclos,
ecuantes y toda una dinámica de circulos girando alrededor de puntos que
estaban a ciertas distancias de más círculos y demás. El modelo copernicano
se impuso por sencillez, ya comenté que no explicaba mejor las
observaciones. En cuanto a cuál es mas real, hoy en día esa cuestión carece
de sentido. El sistema Ptolemaico es el resultado de tomar la Tierra como
sistema de referencia (un acto perfectamente legítimo). El problema es que
la elección del sistema en el Sol es más conveniente, pues simplifica el
asunto.

>> >En ciencia no vale con que una teoria sea bonita y encaje con las
>> >observaciones, hay que ponerla a prueba, hay que experimentar. Cuanto
mas
>> >experimentos la confirmen, mas firme será.
>> >¿Cuantas veces se ha puesto a prueba el Big Bang? ¿Con cuantos universos
se
>> >ha experimentado?
>
>> ¡Cuidado!. Sólo tienes un universo para observar. Es más, para un
>> determinado instante del universo (que se puede definir y además no viola
la
>> relatividad temporal), sólo puedes acceder a observaciones que están
dentro
>> del cono de luz del observador. Dicho más facilmente, como la luz tarda
un
>> tiempo en llegar hasta nosotros, para cada instante del universo sólo
puedes
>> observar la superficie de una esfera de espacio centrada en el
observador.
>> Por tanto, tienes que inferir cómo es el universo tridimensional a gran
>> escala por inferencia indirecta. Si crees que la inferencia indirecta no
es
>> legítima en la ciencia, pues no sólo seas crítico con el Big Bang, sino
con
>> cualquier teoria física que se meta delante.
>

>Si para acelerar un cuerpo de 2 kg hace falta 2 Newton, y para uno de 20 kg
>se necesita 20 Newton, se puede inferir que para 200 kg son necesarios 200
>newton.
>Hay mucha inferencia en ciencia, pero lo del Big Bang, creo que es algo más
>que inferir, es una extrapolacion de los datos tan extrema que ralla con la
>imaginación, con la especulación.

Te hago una pregunta, ¿hasta donde puedes extrapolan la segunda ley de
Newton?. ¿Es válida en las dimensiones galácticas por ejemplo?. ¿Hasta donde
lo llamas inferencia y a partir de dónde extrapolación?

>> >Te recuerdo que esta es una lista de escepticos. Ser esceptico no se
trata
>> >de meterse solamente con los magufos.
>> >Lo dificil es ser escepticos con la propia ciencia. ¡Animo!
>
>> Bueno, te doy la razón. De hecho creo que empezamos esta conversación
porque
>> nombrabas algo de las ideas de Hawking. El modelo del Big Bang es algo
que
>> tenemos agarrado con las manos de tal forma que tiene una probabilidad
alta
>> de ser una buena aproximación al universo observable en tiempos donde la
>> densidad de energía no es los suficientemente alta para que la física
>> fundamental que tienes bien agarrada en el laboratorio deje de funcionar
>> adecuadamente.

>Puedes explicar por que se tuvo que inventar una chapuza en el modelo del
>Big Bang, como la de la etapa inflacionaria?

La inflación es un modelo para instantes anteriores a los que describe el
Big Bang clásico. Éste nació a partir del desarrollo más o menos exitoso de
la teorias de gran unificación (es decir, aquellas que describen
unificadamente todas las fuerzas a excepción de la gravedad) y como intento
de dar una explicación a cuestiones que no la tenían dentro del modelo
estándar. Por ejemplo, si miras a mucha distancia en dos direcciones
opuestas del cielo te encuentras objetos similares. ¿Cómo es posible ésto si
la luz no ha podido viajar todavía entre ambos objetos y homogeneizar su
propiedades?. La inflación nos da una respuesta a interrogantes como este
que no tienen una explicación en el modelo clásico. Para ello hay que
suponer que hubo una expansión exponencial muy rápida en unos 10^-35
segundos antes de que empezara la fase lineal clásica del Big Bang. La
inflación es un buen apaño para responder algunos de estos interrogantes. Si
tu término chapuza se refiere a que no se puede contrastar
experimentalmente, te diré que la inflación produce una predición muy
concreta para el espectro de las fluctuaciones de la radiación de fondo.
Pero se necesitan muchas más medidas y más precisas de las que se tienen hoy
en día. También decirte que la inflación no es parte del modelo clásico del
Big Bang, aunque debido a su sencillez, y a la explicación simple que da a
cuestiones que son verdaderos quebraderos de cabeza del Big Bang clásico,
mucha gente ya habla de la inflación como parte del modelo estándar. Desde
mi punto de vista, a pesar de considerarle una hipótesis muy atractiva, no
tiene todavía ninguna verificación experimental.

>A mi me parece que el Big Bang necesita un calzador para encajar las
>observaciones. Y tiene tantas chapuzas que necesita un andamiaje para
>sostenerse.
>Me parece que cualquier dia puede aparecer una sola obsevación, una sola,
>que no encaje ni se pueda chapucear más y tire abajo el Big Bang. Si el
>modelo fuera solido, una observación podria necesitra ampliar el modelo
>pero no tirarlo.

Efectivamente una observación puede echar abajo todo el tinglado, igual que
una nueva y más precisa medida del perihelio de Mercurio podría echar abajo
la Relatividad General. Qué le vamos a hacer, de teorías falsables vivimos
en esto de la ciencia. Si te animas, propongo una serie de observaciones en
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/2921/conclusi.htm


>>. Como dije anteriormente, si
> >conoces los principios del modelo, lo que predice y en que grado lo
>> confirman las observaciones, el modelo estándar del Big Bang te parecería
>> tan aceptable como el modelo químico de una molécula de agua.

>Eso es lo que no estoy de acuerdo, no se puede decir que el Big Bang es tan
>aceptable como la molécula del agua, hay una salto infinito desde el punto
>de vista del metodo cientifico. Un caso es un modelo (que es como decir una
>de las ideas perfectas de Platón) y otro el H2O, totalmete probado,
>experimentado, analizado, medido y pesado.

La molécula de agua es una modelización de un sistema cuántico demasiado
complejo para resolver con exactitud, ergo es un modelo. La dinámica básica
del Big Bang se puede resolver con exactitud. En ese sentido, el
comportamiento del universo a gran escala es el de un sistema enormemente
más simple que una molécula de agua. Fíjate que para explicar por ejemplo el
ángulo medido entre las direcciones de los átomos de hidrógeno respecto al
oxígeno, tiene que modelizar unos orbitales híbridos de los que sólo puedes
obtener características cualitativas. Quizás (no lo sé) con un buen modelo
metido en un ordenador se pueda obtener mejores resultados. Pero bueno, a lo
que iba. La única diferencia apreciable entre las dos maneras de hacer
ciencia es que el modelo de la molécula de agua lo puedes contrastar y
someter a cualquie experimento que se te ocurra. Con la astronomía,
desgraciadamente no puedes coger un grupo de galaxias y someterlas a
experimentación. En otras palabras, la astronomía es una ciencia
observacional y no experimental. Bueno, si se te ocurre otra manera de
hacerlo, estoy abierto a sugerencias, de momento es lo que tenemos.

>Yo no puedo decir que el Big Bang sea falso. Ni siquiera entro a discutir
>sus aspectos de la teoria, aunque me arrastran a ello.
>Lo que no puedo permitir que se diga en los libros documentales y en todos
>los sitios con tremenda rotundidad que  hace 12.000 millones de años, hubo
>una explosión etc.... y lo pongan al MISMO nivel que la predicción del un
>eclipse o el funcionamiento de un microondas.

Hombre, ya sabes lo de los documentales que exageran un pelín. La edad del
universo depende de un parámetro, la constante de Hubble cuya medida sigue
siendo imprecisa. Yo diría que puedes situar la edad del universo con un
grado de confianza bastante grande entre 8,000 y 15,000 millones de años. No
es mucho, pero menos da una piedra.

>Si permitimos eso, por que criticamos que otros crean en ovnis, y en las
>cartas?.
>El metodo cientifico exige experimentar, esa es la diferencia. Y hay que
>ser cuidadoso en extremo. Si no experimentas como se puede estar seguro que
>lo que se construye (aunque sea bonito y perfecto), sea real. ¿Como estar
>seguro que se hace el camino bien?

Claro que no estás seguro al cien por cien. La confianza al hablar viene de
los resultados que se obtienen. Por ejemplo, el big bang es el único modelo
que predice un espectro para la radiación de fondo exactamente de cuerpo
negro. Como sabrás, la radiación térmica de un cuerpo de temperatura
homogénea se distribuye (para la longitud de onda que decidas medir), según
una curva muy precisa. Ahora compara tú mismo las medidas de COBE con la
curva teórica en
http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Launchpad/2921/universo.htm
Bueno, pues esa precisión es la que da la confianza necesaria para hablar
con ciertas garantías de que el Big Bang es una buena modelización del
universo que observamos, además, si tienes en cuenta que todavía no hay
ninguna observación que contradiga alguna hipótesis principal. Pero no te
preocupes, si mañana alguien viene con alguna observación relevatente, pues
nos cargamos el modelo y a otra cosa mariposa...Lo que ocurre es que cada
vez se me hace más difícil ver por donde podrían venir los tiros, puesto que
no hay siquiera propuestas alternativas medianamente consistentes.

>Un saludo y gracias por la paciencia.

De nada hombre. Ya que he leído tanto sobre el asunto este, pues que sirva
para algo.