TEORÍA DEL BIG BANG

La teoría o  hipótesis del  Big Bang (Gran Explosión)  para explicar el origen del universo, es la más aceptada por la sociedad científica en la actualidad.
La teoría de la gran explosión es un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo. ... A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias.

Según este paradigma  el universo comenzó hace unos 14.000 millones de años con  una  gran explosión .

Inmediatamente después de que ocurriera este fenómeno  se crearon el espacio, el tiempo, la energía y la materia. Todo lo que nos rodea, la ropa, el agua, los árboles, nuestros coches y casas, absolutamente todo esto está constituido por la materia formada por el Big Bang. El hidrógeno que tiene el agua, se formó inmediatamente después de ocurrir el Bing Bang.

Pero como consecuencia de la fuerza de la gravedad o gravitatoria que atrae a los planetas entre si,  el  movimiento expansivo se desacelerará  hasta anularse.  A partir de este momento se producirá  una contracción  del Universo hasta su colapso gravitatorio ; Big Crunch (Gran Implosión), desapareciendo entonces en la nada.

La teoría continúa asegurando que después del colapso total, seguirá una nueva expansión, otro Big Bang , y así indefinidamente en una infinita  serie de Big Bang y Big Crunch que con justificarían también un número infinito de universos. La teoría no entra a explicar las causas del Big Bang.

     La prueba de esta teoría se debe al  astrónomo Edwin Hubble, que en 1929 observó que el universo está expandiéndose continuamente y que  por tanto, todas las galaxias se alejan entre si.

Pero el origen del Big Bang, es el mayor misterio de todos los tiempos. A pesar de que la llamaos teoría del Big Bang; lo paradógico es que no nos dice nada del Big Bang.

Si conociéramos estas respuestas sería el triunfo definitivo de la razón humana, conoceríamos la mente del creado". Profesor Stephen Hawking; físico teórico.

LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO-LEY DE HUBBLE

En 1917, Willem de Sitter (1872-1935) utilizó la teoría general de la relatividad de Einstein para mostrar que un universo carente de materia estaría en expansión.

 Su teoría incluye el incremento del corrimiento al rojo con la distancia. Más tarde, otros teóricos encontrarían mejores soluciones a las ecuaciones de Einstein, mostrando todas una expansión consistente con la ley de Hubble. Sin embargo, sus trabajos serían conocidos por los astrónomos sólo hasta la década de 1930.

El movimiento de las galaxias a medida que participan en la expansión es denotado como el flujo de Hubble.

La hipótesis más común para dar cuenta de la expansión acelerada del universo es asumir la existencia de un tipo de energía exótica llamada energía oscura. De acuerdo con los cálculos cuantitativos alrededor del 70 % del contenido energético del universo consistiría en energía oscura, cuya presencia tendría un efecto similar a una constante cosmológica de tipo expansivo como el observado; sin embargo, la naturaleza exacta de este tipo de energía es desconocida.

Ahora un físico teórico de la Universidad de Heidelberg en Alemania, Christof Wetterich, ha propuesta otra hipótesis que pondría en duda la propia expansión del Universo. Su propuesta publicada en un paper en arXiv aún no ha sido revisada con el sistema tradicional de peer-review, de forma que no ha habido tiempo de que se critique su trabajo a fondo.

A pesar de esto, la idea de Wetterich no parece demasiado alocada para la comunidad científica, ya que se basa en que la expansión del Universo no sería cierta, sino que serían los cambios en las masas de las partículas lo que explicaría las observaciones de Hubble. Los expertos consultados por la prestigiosa revista Nature coinciden en que esta nueva interpretación del cosmos podría tener validez.

El corrimiento al rojo observado antaño, y que venía siendo explicado por la teoría de la expansión del Universo, podría deberse, según Wetterich, a los cambios en las masas de las partículas. La luz característica que emiten los átomos también está determinada por la propia masa de las partículas elementales, y si esta varía, también lo podría hacer la luz observada.

Como decíamos, los científicos han recibido con interés este nuevo artículo, que será discutido en los próximos días. Cuenta sin embargo con un gran 'pero': no puede ser probado. Entendemos la masa como una propiedad cuantitativa, pero no en términos absolutos, sino siempre en relación a algo. Por ello, como apunta el propio Wetterich, aunque no seamos capaces de realizar pruebas experimentales, sus ideas pueden darnos otra perspectiva cosmológica.

LEYES DE KEPLER

Las leyes de Kepler fueron enunciadas por Johannes Kepler para describir matemáticamente el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol.

Primera ley (1609)

Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas. El Sol se encuentra en uno de los focos de la elipse.

 Los planetas describen órbitas elípticas estando el Sol en uno de sus focos

r₁ es la distancia más cercana al foco (cuando q=0) y r₂ es la distancia más alejada del foco (cuando q=p).

Una elipse es una figura geométrica que tiene las siguientes características:

• Semieje mayor a=(r₂+r₁)/2
• Semieje menor b
• Semidistancia focal c=(r₂-r₁)/2
• La relación entre los semiejes es a²=b²+c²
• La excentricidad se define como el cociente e=c/a=(r₂-r₁)/(r₂+r₁)

Segunda ley (1609)

El vector posición de cualquier planeta respecto del Sol, barre áreas iguales de la elipse en tiempos iguales.

La ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular, es decir, cuando el planeta está más alejado del Sol (afelio) su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio). En el afelio y en el perihelio, el momento angular L es el producto de la masa del planeta, por su velocidad y por su distancia al centro del Sol.

L=mr₁·v₁=mr₂·v₂

Perihelio y afelio

• Perihelio: Es el punto de la órbita del planeta más próximo al Sol. La velocidad en las proximidades del perihelio es la máxima.
• Afelio: Es el punto de la órbita del planeta más lejano al Sol. La velocidad en las proximidades del afelio es la mínima.

Tercera ley (1618)

Para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital es directamente proporcional al cubo de la longitud del semieje mayor de su órbita elíptica.

${\displaystyle {\frac {T^{2}}{a^{3}}}=C={\text{constante}}}$

Donde, T  es el período orbital (tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor del Sol), a  la distancia media del planeta con el Sol y C  la constante de proporcionalidad.

Estas leyes se aplican a otros cuerpos astronómicos que se encuentran en mutua influencia gravitatoria, como el sistema formado por la Tierra y el sol.

FUERZA GRAVITACIONAL

Iaac Newton, durante su retiro en una granja de Woolsthorpe durante los años 1665-1666 elaboró la base de lo que hoy se conoce como la ley de gravitación universal, basándose en las leyes de Kepler sobre el movimiento de los planetas y los estudios de Galileo.

Esta ley establece que los cuerpos, por el simple hecho de tener masa, experimentan una fuerza de atracción hacia otros cuerpos con masa, denominada fuerza gravitatoria o fuerza gravitacional. Esta fuerza, explica entre otras muchas cosas, por qué orbitan los planetas.

La fuerza gravitacional entre dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Matemáticamente se expresa de la siguiente forma:

F

→

g

=−G⋅

M⋅mr2

⋅

u→

r

donde:

• G es la constante de gravitación universal, G = 6,67·10-11 N·m2/kg2
• M y m son las masas de los cuepos que interaccionan
• r es la distancia que los separa.
• u→
  r
   es un vector unitario que expresa la dirección de actuación de la fuerza.

La gravedad es la responsable de la caída de los cuerpos en la Tierra y de los movimientos a gran escala que se observan en el Universo: que la Luna orbite alrededor de la Tierra, que los planetas orbiten alrededor del Sol y que las galaxias estén rotando en torno a un centro. 

En realidad Galileo nunca realizó, que se sepa, este experimento de esta forma, pero sí hizo este descubrimiento. La ley que rige la fuerza gravitatoria fue formulada por Isaac Newton (1642-1727) en el s. XVII y  se conoce por todos como atracción gravitatoria o simplemente gravedad.

Todos los objetos por el hecho de tener masa ejercen una fuerza gravitatoria sobre todos los otros objetos que tienen a su alrededor. Existe un solo tipo de masa y todas las masas se atraen entre sí. La gravitación es la responsable de la fuerza con que la Tierra nos atrae, es decir, el peso. El estudio de la fuerza gravitatoria fue completado años más tarde por Albert Einstein(1879-1955) en su teoría de la Relatividad General a principios del siglo XX.

SELECCIÓN NATURAL

En la década de 1850, Darwin escribió un libro controversial e influyente llamado El origen de las especies. En él, propuso que las especies evolucionan (o, como lo dijo él, tienen "descendencia con modificaciones") y que todos los seres vivos pueden rastrear su ascendencia a un antepasado común. 

• Charles Darwin era un naturalista británico que propuso la teoría de la evolución biológica por selección natural.
• Darwin definió la evolución como "descendencia con modificación", la idea de que las especies cambian a lo largo del tiempo, dan origen a nuevas especies y comparten un ancestro común.
• El mecanismo que Darwin propuso para la evolución es la selección natural. Debido a que los recursos son limitados en la naturaleza, los organismos con rasgos heredables que favorezcan la supervivencia y la reproducción tenderán a dejar una mayor descendencia que sus pares, lo que hace que la frecuencia de esas características aumente a lo largo de varias generaciones.
• La selección natural hace que las poblaciones se adapten o se vuelvan cada vez más adecuadas a su entorno con el paso del tiempo. La selección natural depende del medio ambiente y requiere que existan variaciones heredables en un grupo.

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Darwin y el viaje del Beagle

Darwin realizó en sus viajes alrededor del mundo. De 1831 a 1836 fue parte de una expedición de investigación realizada a bordo del barco HMS Beagle, la cual hizo paradas en Sudamérica, Australia y la punta sur de África. 

Podemos ver algunos de los patrones más importantes que descubrió en la distribución de los organismos estudiando las observaciones que realizó sobre las islas Galápagos en la costa de Ecuador.

Darwin encontró que las islas cercanas en las Galápagos tenían especies similares, pero no idénticas, de pinzones. Más aún, notó que cada especie de pinzón era adecuada a su entorno y su función en este. Por ejemplo, las especies que comían semillas grandes tenían picos grandes y duros, mientras que las que consumían insectos presentaban picos delgados y puntiagudos. Finalmente, observó que los pinzones (y otros animales) de las islas Galápagos eran parecidos a las especies que se encontraban en la parte continental de Ecuador, pero distintas de las del resto del mundo.

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 En cada isla, los pinzones se adaptarían gradualmente a las condiciones locales (a lo largo de muchcas generaciones y durante largos periodos de tiempo).  En su libro, El origen de las especies, Darwin explicó sus dos ideas fundamentales: la evolución y la selección natural.

Evolución

Darwin propuso que las especies cambian con el tiempo, que las especies nuevas provienen de especies preexistentes y que todas las especies comparten un ancestro común. En este modelo, cada especie tiene su propio conjunto de diferencias heredables (genéticas) en relación con su ancestro común, las cuales se han acumulado gradualmente durante periodos de tiempo muy largos. Eventos de ramificación repetidos, en los que las nuevas especies se desprenden de un ancestro común, producen un "árbol" de muchos niveles que une a todos los seres vivos.

Darwin se refirió a este proceso, en el que los grupos de organismos cambian en sus características heredables a lo largo de generaciones, como "descendencia con modificaciones". Hoy en día, lo llamamos evolución. El boceto de Darwin que se ve arriba ilustra esta idea y muestra cómo una especie puede ramificarse en dos a lo largo del tiempo, y cómo este proceso puede repetirse muchas veces en el "árbol genealógico" de un grupo de especies emparentadas.

Selección natural

Es importante destacar que Darwin no solo propuso que los organismos evolucionaban. Si ese hubiera sido el inicio y el fin de su teoría, ¡no estaría en tantos libros de texto hoy en día! Además, Darwin también propuso un mecanismo para la evolución: la selección natural. Este mecanismo era elegante y lógico, y explicaba cómo podían evolucionar las poblaciones (tener descendencia modificada) de tal manera que se hacían más adecuadas para vivir en sus entornos con el paso del tiempo.

El concepto de selección natural de Darwin está basado en varias observaciones fundamentales:

• Los rasgos a menudo son heredables. En los seres vivos, muchas características son hereditarias o pasan de padres a hijos. (Darwin sabía que esto sucedía, si bien no sabía que los rasgos se heredaban mediante genes).
  
  

  
  
• Se produce más descendencia de la que puede sobrevivir. Los organismos son capaces de generar más descendientes de los que su medio ambiente puede soportar, por lo que existe una competencia por los recursos limitados en cada generación.
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• La descendencia varía en sus rasgos heredables. La descendencia en cualquier generación tendrá rasgos ligeramente distintos entre sí (color, tamaño, forma, etcétera), y muchas de estas características serán heredables.
  
  

  

Basado en estas sencillas observaciones, Darwin concluyó lo siguiente:

• En una población, algunos individuos tendrán rasgos heredables que les ayudarán a sobrevivir y reproducirse (dadas las condiciones del entorno, como los depredadores y las fuentes de alimentos existentes). Los individuos con los rasgos ventajosos dejarán más descendencia en la siguiente generación que sus pares, dado que sus rasgos los hacen más efectivos para la supervivencia y la reproducción.

• Debido a que los rasgos ventajosos son heredables y a que los organismos que los portan dejan más descendientes, los rasgos tenderán a volverse más comunes (presentarse en una mayor parte de la población) en la siguiente generación.
• En el transcurso de varias generaciones, la población se adaptará a su entorno (ya que los individuos con rasgos ventajosos en ese ambiente tendrán consistentemente un mayor éxito reproductivo que sus pares)