¡Qué coincidencia!


Pocas cosas ponen tan nervioso a un físico como una “coincidencia”. Les saca de sus casillas el no poder explicar algo, el tener que aceptar que las cosas sean porque sí.

Hoy vamos a hablar de un problema que lleva por nombre:

El problema de la coincidencia

¡Qué coincidencia! (otra vez)

Aquí vamos a plantear el problema, las soluciones propuestas las iremos exponiendo en diferentes entradas.

El contenido de nuestro universo

De la masa/energía del universo observable sabemos que sólo alrededor del 4% es materia usual, de la que nos rodea y con la que interactuamos. Un 23% corresponde a materia que no interactúa mucho con nosotros y nuestros detectores, la llamada materia oscura. Y el componente más importante, un 73% es energía denominanda oscura cuyo efecto más importante es la de producir aceleración en la expansión del universo.

Estos cálculos se hacen sobre el total de masa/energía en el universo que podemos observar. Pero generalmente nos gusta más hablar en términos del parámetro \Omega.

En el universo encontramos radiación, materia (normal y oscura) y energía oscura. Cada uno de estos componentes tiene una densidad de energía que llamaremos \rho_r, \rho_{m} y \rho_{\Lambda} respectivamente.

Además, sabemos que la expansión del universo está controlada por una cantidad denominada densidad crítica \rho_c.  Esto quiere decir que si la densidad total (suma de todas las contribuciones) es igual a la densidad crítica nuestro universo es plano. Es decir, su expansión se mantiene en el tiempo sin acelerar. Hoy día, nuestro universo es aproximadamente plano, aunque sabemos que está acelerando poco a poco.

Si uno usa el cociente entre las distintas densidades, para los distintos constituyentes del universo, y la densidad crítica obtenemos los factores \Omega para dichos constituyentes. Así podemos definir:

\Omega_r=\dfrac{\rho_r}{\rho_c}

\Omega_m=\dfrac{\rho_m}{\rho_c}

\Omega_\Lambda=\dfrac{\rho_\Lambda}{\rho_c}

¿Quién domina aquí?

El universo se expande, y eso hace que el volumen de universo observable se modifique. La consecuencia de esto es que las densidades de radiación, materia y energía oscura evolucionen. Uno esperaría que si aumentamos el volumen, dado que la densidad es la cantidad de algo dividido por el volumen, la densidad disminuya. Esto es lo que ocurre en general, sin embargo, hay peculiaridades:

La evolución normal de nuestro universo comienza justo después de terminar el proceso inflacionario.  En la gráfica se ve como la densidad de radiación dominaba la evolución del universo al principio. Conforme se produce la expansión la radiación se va diluyendo y la que toma el control es la densidad de materia.  A día de hoy parece que la tornas se han girado de nuevo y la densidad de materia está dejandole su lugar a la densidad de la energía oscura.

Aquí una imagen de las densidades y su evolución:

¿Dónde está el problema?

El problema es, como decía mi abuelo:

Mira si hay campo y te has ido a caer donde se alivió el perro.

Para ser más exquisitos fijémonos de nuevo en la gráfica:

La pregunta es:

¿Por qué estamos viviendo en la etapa del universo en el que las densidades de materia y energía oscura son aproximadamente iguales?

Puede parecer una pregunta un tanto baladí, pero debido a que las densidades evolucionan de distinta forma, y que por tanto coinciden sólo en un tiempo dado, es muy curioso que coincidamos justamente en el tiempo en el que ambas coinciden.

Esta pregunta ha generado muchos modelos teóricos para intentar responderla, algunos simplemente dicen que el universo ha necesitado llegar a estas condiciones para poder generar vida. Otros modelos son más teóricos. Lo que se puede decir es que esta pregunta está íntimamente relacionada con la naturaleza, y nuestro entendimiento, de la energía oscura.  Seguiremos con este tema.

Nos seguimos leyendo…

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10 Respuestas a “¡Qué coincidencia!

  1. Héctor de Jesús Monsalve Gómez

    El vacío no existe… y de la nada, nada se crea. Los científicos tratan de ajustar sus ecuaciones a sus teorías y viceversa. No existe el Big Bang ni la expansión del Universo. Mientras un universo se expande, otro se contrae, y la energía que los mueve se llama… Dios (energía cósmica). El Universo siempre ha existido y existirá, contrayéndose en unos lugares, y expandiéndose en otros. El corrimiento al rojo del espectro electromagnético de las galaxias distantes, la teoría de Hubble y otros fenómenos, son consecuencia de las alteraciones (debido a los intensísimos campos magnéticos y gravitatorios) que sufre la luz, en su viaje hacia nosotros.

  2. Vamos a ver CC si podría haber sucedido lo siguiente en la denominada por Hawking singularidad de las condiciones de su teoría del Big Bang.

    Realmente no ha nacido el espacio, ni el tiempo, ni la energía, ni la materia.

    Qué tengo: Vacío. Y una sola fuerza fundamental: Presión negativa de vacío y como no tengo espacio, su densidad es infinita o singularidad, tanto que necesita expresarse a modo de expansión por lo que decimos: Nació el Espacio. Con la expresión de esa presión negativa en el espacio: Nacé la Energía o cambio de estado en un determinado tiempo, es decir el antes y el depués: Nace el Tiempo. El nacimiento de la Materia no es problema a partir de la energía en el espacio y el tiempo, ni tampoco la manifestación de las otras cuatro fuerzas fundamentales que conocemos.

    Bueno como puedes ver es postular antes del big bang, una supersimetría y todo contenido en un vacío sin espacio y en una sola fuerza de presión negativa del vacío. Realmente, ¿se podrían llevar tan lejos las cosas? ¿podría una situación de “falso vacío” sin espacio tener los atributos de constituirse en una singularidad en la física?

  3. Pingback: ¡Qué coincidencia! | Ciencia-Física | Scoop.it

  4. Valla entrada esta?, en la que a la par de poder entender ciertos razonamientos, surgen algunas `preguntas y de inmediato a la respuesta.

  5. Disculpad que sea tan reiterativa e insistente: Para mi un antes y un depués se produjo cuando publicó CC acerca del universo inflacionario, la cuestión de las propiedades del Falso Vacío, una “presión negativa”.

    Y yo me dije, pero este caballero, ¡eureka!, porque me acaba de desentrañar un misterio, pues me resulta más fácil explicarme la energía oscura como una propiedad o cualidad del espacio en sí mismo, a la par que me está dando por tangible algo a lo que hasta ahora consideré intangible, o bien, un concepto para una ecuación, el espacio.

    Luego entonces, voy a aislar un universo formado solo por espacio como punto de partida: Una presión negativa indefinida, que se expansiona. Una presión negativa, ¿debo en este punto considerar una energía negativa de otra entidad diferente a la energía en el sentido que la abordamos? ¿Y es diferente, precisamente, en el sentido en que podemos significar es la energía oscura, algo que no podemos observar ni medir, pero si notamos sus efectos: Las galaxias se alejan entre sí, el universo se expande?.

    Como CC expone en la entrada que acaba de acercar: No son las galaxias las que se alejan unas de otras, es la expansión del propio espacio entre ellas lo que las separa. Y me pregunto ¿entonces es la propia cualidad del espacio vacío, la presión negativa que se manifiesta cuando la materia y energía -no se como decirlo ni dónde poner un límite- pero tiende a ser cero en el universo y a sus efectos lo estamos llamando energía oscura?

    https://cuentos-cuanticos.com/2012/07/19/el-falso-vacio/#more-4067

    P.d. Si os parece una cuestión baladí, también por favor me lo hacéis saber.

  6. Exelente entrada. Respecto del segundo grafico, Que representa z?z?

    • Es el corrimiento al rojo, que nos da idea del valor de parámetro de expansión del universo y por tanto de su edad. Está definido en esta entrada:
      https://cuentos-cuanticos.com/2011/11/11/el-ultimo-paso-el-desplazamiento-al-rojo-y-la-expansion/

      • Disculpad que sea tan reiterativa e insistente: Para mi un antes y un depués se produjo cuando publicó CC acerca del universo inflacionario, la cuestión de las propiedades del Falso Vacío, una “presión negativa”.

        Y yo me dije, pero este caballero, ¡eureka!, porque me acaba de desentrañar un misterio, pues me resulta más fácil explicarme la energía oscura como una propiedad o cualidad del espacio en sí mismo, a la par que me está dando por tangible algo a lo que hasta ahora consideré intangible, o bien, un concepto para una ecuación, el espacio.

        Luego entonces, voy a aislar un universo formado solo por espacio como punto de partida: Una presión negativa indefinida, que se expansiona. Una presión negativa, ¿debo en este punto considerar una energía negativa de otra entidad diferente a la energía en el sentido que la abordamos? ¿Y es diferente, precisamente, en el sentido en que podemos significar es la energía oscura, algo que no podemos observar ni medir, pero si notamos sus efectos: Las galaxias se alejan entre sí, el universo se expande?.

        Como CC expone en la entrada que acaba de acercar: No son las galaxias las que se alejan unas de otras, es la expansión del propio espacio entre ellas lo que las separa. Y me pregunto ¿entonces es la propia cualidad del espacio vacío, la presión negativa que se manifiesta cuando la materia y energía -no se como decirlo ni dónde poner un límite- pero tiende a ser cero en el universo y a sus efectos lo estamos llamando energía oscura?

        https://cuentos-cuanticos.com/2012/07/19/el-falso-vacio/#more-4067

        P.d. Si os parece una cuestión baladí, también por favor me lo hacéis saber.

      • Pues nada a esperar toca!. Sigo en ascuas… La verdad es que varias veces me ha pasado aquí, pongo un comentario y nadie responde ni en un sentido ni en otro.. Me gustaría contactar con el IAA, con Eduardo Battaner o con Carlos Barceló, pues en mi tierra hay una eminente facutad de Física pero no me gusta mi tierra ni sus gentes envidiosas y muy pasotas o por aquello de que nadie es profeta en su tierra y estaba esperando a aprender a la vez de comentar mis inquietudes con vosotros. Yo comprendo que cualquier tema o paso en ciencia hay que darlo seguro antes de ir al siguiente. En fin, sigo en espera.

  7. Felicidades muy encarecidas por tan magnífica entrada que considero responde a un gran reto en el intento de desentrañar aspectos constitutivos y fundamentales a la pregunta que prácticamente todos nos hemos formulado de que Qué es lo que hace que este Universo exista.
    Pido matrícula para seguir este curso e intentar aprender o al menos pondré el máximo interés en lo que tan magistralmente emitís.
    Es impresionante la pregunta que habéis planteado. Deduzco entonces que ese juego de densidades no ha sido así en el pasado constatado. Lo desconocía y me parece interesantísimo. Sois sorprendentes.

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