el universo
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Universo Básico
"Universo" (del latín universus), se define como el conjunto de todas las cosas creadas (si se cree en la creación) o de todas las cosas que existen.
Solemos utilizar palabras como "universal" o "universalidad" para referirnos a un hecho o idea que lo abarca todo aunque, a menudo, hacemos referencia a algo que no va más allá de nuestro planeta, como cuando nombramos un artista "universal" o nos referimos a la "universalidad" de leyes, fenómenos o hechos culturales. En estos casos, aunque obviamente nos referimos al ámbito de nuestro planeta, seguimos expresando una idea de totalidad.
Cuando hablamos del Universo astronómico parece más adecuado referirnos a él con la palabra griega "Cosmos". Aunque en muchos diccionarios podemos encontrar exactamente las mismas definiciones para ámbos términos, hay una diferencia de matíz: "Cosmos" parece limitado a la materia y al espacio, mientras que el concepto de "Universo" incluye también la energia y el tiempo.
¿Qué es el Universo?
El Universo es todo, sin excepciones.Materia, energía, espacio y tiempo, todo lo que existe forma parte del Universo. Es muy
grande, pero no infinito. Si lo fuera, habría infinita materia en infinitas estrellas, y no es
así. En cuanto a la materia, el universo es, sobre todo, espacio vacío.
El Universo contiene galaxias, cúmulos de galaxias y estructuras de mayor tamaño
llamadas supercúmulos, además de materia intergaláctica. Todavía no sabemos con
exactitud la magnitud del Universo, a pesar de la avanzada tecnología disponible en la
actualidad.
La materia no se distribuye de manera uniforme, sino que se concentra en lugares
concretos: galaxias, estrellas, planetas ... Sin embargo, el 90% del Universo es una masa
oscura, que no podemos observar. Por cada millón de átomos de hidrógeno los 10
elementos más abundantes son:Símbolo
Elemento químico Átomos
H Hidrógeno 1.000.000
He Helio 63.000
O Oxígeno 690
C Carbono 420
N Nitrógeno 87
Si Silicio 45
Mg Magnesio 40
Ne Neón 37
Fe Hierro 32
S Azufre 16
Nuestro lugar en el Universo
Nuestro mundo, la Tierra, es minúsculo comparado con el Universo. Formamos parte del Sistema Solar, perdido en un brazo de una galaxia que tiene 100.000 millones de estrellas, pero sólo es una entre los centenares de miles de millones de galaxias que forman el Universo.
La teoría del Big Bang explica cómo se formó
Dice que hace unos 15.000 millones de años la materia tenía una densidad y una temperatura infinitas. Hubo una explosión violenta y, desde entonces, el universo va perdiendo densidad y temperatura.
El Big Bang es una singularidad, una excepción que no pueden explicar las leyes de la física. Podemos saber qué pasó desde el primer instante, pero el momento y tamaño cero todavía no tienen explicación científica.
El Universo observable
Incluso con la tecnología más avanzada, sólo alcanzamos a ver una pequeña parte del Universo. Se llama Universo observable, y es la parte del Cosmos cuya luz ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros.
El Universo observable tiene forma de esfera, con la Tierra en su centro. Así que podemos ver la misma distancia en todas las direcciones.
El límite del Universo observable se llama horizonte de luz cósmica. Los objetos situados en ese horizonte son los más lejanos que podemos ver. Su luz partió hacia nosotroscasi desde el origen del Universo, hace 13.700 millones de años. Así que los vemos tal y como eran hace más de 13.000 millones de años. Por eso son tan importantes para conocer la evolución del Universo.
Pero, como el Universo se expande, en realidad esos objetos se hallan mucho más lejos. Actualmente, están ya a 46.500 millones de años luz.
Tipos de partículas en el Universo
Toda la materia que existe en el Universo se compone de partículas. Cada tipo de partícula cumple una función distinta. La interacción entre los distintos tipos de partículas hace posible nuestro Universo.
Hay dos clases de partículas: fermiones y bosones. Los fermiones forman la masa de la materia. Los bosones se encargan de aplicar a esa masa las cuatro fuerzas fundamentales: electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte, fuerza nuclear débil y fuerza de la gravedad.
Partículas elementales
Las partículas elementales son las partes o porciones más pequeñas en que puede dividirse la materia.
Los fermiones elementales son los quarks y los leptones:
- Quarks: se unen en grupos de tres para formar partículas más grandes, como protones y neutrones.- Leptones: son partículas muy ligeras, como los electrones, los muones y los neutrinos.
Los bosones elementales son los fotones, los gluones y otros:
- Fotones: responsables del electromagnetismo.- Gluones: se ocupan de la fuerza nuclear fuerte.- Bosones W y Z: encargados de la fuerza nuclear débil.- Gravitón: encargado de la gravedad, aunque aún no se ha visto nunca.- Bosón de Higgs: responsable de que las partículas tengan masa. Aún no se ha demostrado que exista. Explicaría toda la materia que vemos, y por eso se le llama "la partícula divina".
¿Qué son los hadrones?
Cuando varias partículas elementales se unen, foman partículas compuestas o hadrones.
Los fermiones compuestos son los bariones. Los más conocidos son los protones y los neutrones. Los bosones compuestos son los mesones. El más conocido es el pión.
El colisionador de hadrones del CERN es el experimento de Física de partículas más importante realizado hasta el momento. En él participan científicos de todo el mundo. Acelera las partículas (hadrones) hasta casi la velocidad de la luz y las hace chocar entre sí para ver cómo se comportan. Mediante estos experimentos, el CERN busca información sobre tipos de partículas no descubiertos, la composición del Universo, su origen, y cómo actúan las fuerzas entre sí.
La materia del Universo
Materia es todo lo que tiene masa. Toda la materia se compone de partículas. Son como pequeñísimas piezas que se unen para formar todo lo que vemos. Aunque también forman otro tipo de
materia que no podemos ver, la materia oscura. De hecho, la mayor parte de la materia que compone el Universo es materia oscura.
Todo lo que tiene masa, por pequeña que sea, emite gravedad. Incluso nosotros mismos. En el Cosmos, la materia se atrae por esa gravedad. Se agrupa y forma desde las pequeñas moléculas hasta los planetas, las estrellas y los grandes cúmulos galácticos. La gravedad mantiene unida la materia. Aún así, la mayor parte de la materia no se concentra en las galaxias, sino en los inmensos espacios intergalácticos.
La materia visible
La parte de la materia que podemos ver es sólo el 4% de la composición del Universo. La materia visible se llama materia ordinaria o materia bariónica.
La materia ordinaria está formada por átomos. Puede estar en cuatro estados: sólido, líquido, gasesoso y plasma. Pasa de un estado a otro al ganar o perder calor. La mayor parte de la materia visible del Universo está en estado de plasma, ya que es el que forma las estrellas.
La materia oscura
En el Universo hay otro tipo de materia, que no podemos ver. Es la materia oscura o invisible. La cuarta parte del Universo conocido es materia oscura. Esto significa que hay mucha más cantidad de materia oscura que de materia visible.
La materia oscura no emite ni refleja ningún tipo de luz. No desprende ningún tipo de radiación, ni visible ni invisible. Por eso no podemos verla. Pero sabemos que existe porque sí emite gravedad, y nuestra tecnología la detecta. Su gravedad es tan grande que mueve los grandes cúmulos galácticos.
La composición de la materia oscura sigue siendo un misterio. Aunque se cree que podría estar formada por neutrinos y otras partículas aún desconocidas.
Evolución del Universo
Los astrónomos están convencidos en su gran mayoría de que el Universo surgió a partir de una gran explosión (Big Bang), entre 13.700 y 13.900 millones de años
antes del momento actual.
Los primeros indicios de este hecho fueron descubiertos por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble, en la década de 1920, cuando expuso que el Universo se está expandiendo y los cúmulos de galaxias se alejan entre sí. La teoría de la relatividad general propuesta por Albert Einstein también predice esta expansión.
Si hacemos una "foto del Universo" en un momento dado, no vemos su estado actual, sinó su historia. La luz viaja a 300.000 km. por segundo. Incluso cuando miramos la Luna (el objeto celeste más cercano), la vemos como era hace algo más de un segundo.
En este capítulo veremos cómo se ha formado el Universo y cómo evoluciona. También daremos un repaso a los materiales que lo forman, las fuerzas que lo dirigen y los movimientos que originan.
Origen del Universo
Edwin Hubble descubrió que el Universo se expande. La teoría de la relatividad general de Albert Einstein ya lo había previsto.
Rebobinar
Se ha comprobado que las galaxias se alejan, todavía hoy, las unas de las otras. Si pasamos la película al revés, ¿dónde llegaremos?
Los científicos intentan explicar el origen del Universo con diversas teorías, apoyadas en observaciones y unos cálculos matemáticos coherentes. Las más aceptadas son la del Big Bang y la teoría Inflacionaria, que se complementan entre si.
Teoría del Big Bang
La teoría del Big Bang o gran explosión, supone que, hace entre 13.700 y 13.900 millones de años, toda la materia del Universo estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña del espacio, un único punto, y explotó. La materia salió impulsada con gran energía en todas direcciones.
Los choques que inevitablemente de sprodujeron y un cierto desorden hicieron que la materia se agrupara y se concentrase más en algunos lugares del espacio, y se formaron las primeras estrellas y las primeras galaxias. Desde entonces, el Universo continúa en constante movimiento y evolución.
Esta teoría sobre el origen del Universo se basa en observaciones rigurosas y es matemáticamente correcta desde un instante después de la explosión, pero no tiene una explicación para el momento cero del origen del Universo, llamado "singularidad".
Teoría inflacionaria
La teoría inflacionaria de Alan Guth intenta explicar el origen y los primeros instantes del Universo. Se basa en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay cerca de un agujero negro.
La teoría inflacionaria supone que una fuerza única se dividió en las cuatro que ahora
conocemos, produciendo el origen al Universo.
El empuje inicial duró un tiempo prácticamente inapreciable, pero la explosión fue tan
violenta que, a pesar de que la atracción de la gravedad frena las galaxias, el Universo
todavía crece, se expande.
Momento Suceso
Big Bang Densidad infinita, volumen cero.
10 e-43 segs. Fuerzas no diferenciadas
10 e-34 segs. Sopa de partículas elementales
10 e-10 segs. Se forman protones y neutrones
1 seg. 10.000.000.000 º. Universo tamaño Sol
3 minutos 1.000.000.000 º. Nucleos de átomos
30 minutos 300.000.000 º. Plasma
300.000 años Átomos. Universo transparente
1.000.000 años Gérmenes de galaxias
100 millones de años Primeras galaxias
1.000 millones de años Estrellas. El resto, se enfría
5.000 millones de años Formación de la Vía Láctea
10.000 millones de años Sistema Solar y Tierra
No se puede imaginar el Big Bang como la explosión de un punto de materia en el vacío, porque en este punto se concentraban toda la materia, la energía, el espacio y el tiempo. No había ni "fuera" ni "antes". El espacio y el tiempo también se expanden con el Universo.
Fuerzas y movimientos
La gravedad es la fuerza de atracción entre objectos.
En el Universo toda la materia se mueve a causa de ésta y otras fuerzas.
La gravedad depende de la masa de los objectos y de la distancia que los separa. Cuanto más masa tienen y más cerca están, mayor es la fuerza. Cuando se separan el doble, la fuerza se reduce a un cuarto.
La gravedad actúa como si toda la masa de un cuerpo se concentrase en un único punto, el centro de gravedad. La zona esférica alrededor de un cuerpo donde actúa su gravedad es el campo gravitacional.
La ley de la gravitación universal fue formulada por el físico británico Isaac Newton en el año 1684.
Si dejáramos dos cuerpos con masa y en reposo, sin que actuase ninguna otra fuerza salvo su atracción, inevitablemente,
chocarían. Pero en el Universo hay muchas "gravedades", actúan otras fuerzas y los cuerpos están en movimiento.
Colapso
Un colapso gravitacional es cuando un cuerpo se hace más pequeño como resultado de su propia gravedad, por ejemplo, una nube de gas para formar una estrella, o una estrella para formar un agujero negro. Se rompen los átomos y el edificio se desmorona.
Los átomos son cajas vacías donde una fuerza mantiene la estructura. Pero, si la gravedad supera esta fuerza, la estructura central no aguanta y la materia inicia una reacción en cadena.
La densidad aumenta (el cuerpo se hace pequeño sin perder masa), el campo gravitatorio se intensifica y se produce el colapso.
Fuerzas fundamentales del Universo
Hay cuatro fuerzas fundamentales, que determinan todas las formas de interacción de la materia:
- interacciones nucleares fuertes,- interacciones nucleares débiles,- electromagnetismo y
- gravitación.
La gravedad es la más débil de las cuatro y la única que sólo actúa en un sentido. Los científicos especulan sobre si existe la complementaria.
Movimientos
Las estrellas, las galaxias y todo el Universo se mueven. Otra cosa es detectar el movimiento de algunos cuerpos, sobre todo, de los más lejanos.
Se ha medido el movimiento de muchos objetos del Universo. Así sabemos que, para desplazarse una distancia aparente igual al diámetro de la luna, la estrella más cercana Alpha Centauro, necesita 506 años. Arturo necesita 815; Sirio, 1.410; Altair, 2.830; Capella, 4270 y Fomalhaut, más de 5.000.
Se llama órbita la trayectoria de un objeto que gira alrededor de otro. El periodo orbital es el tiempo que el objeto tarda en completar una órbita. Parece que todos los objetos, en el espacio, orbitan alrededor de otros con más masa.