Astronomía

¿Cuál es la diferencia entre el horizonte y las distancias comanditarias?

¿Cuál es la diferencia entre el horizonte y las distancias comanditarias?


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Me pregunto si existe una diferencia entre el horizonte y las distancias comanditarias en cosmología.

Quiero decir que ambos corresponden a un $ geodésico nulo $ (ds ^ 2 = 0) $ ¿verdad?

$$ d_ {horizonte} (t) = a (t) int limits_ {0} ^ {r} frac {{ rm d} r '} { sqrt {1-kr' ^ 2}} = a (t) int limits_ {0} ^ {t} frac {c , { rm d} t '} {a (t')} $$

con $ a (t) $ el factor de escala.

¿Es la diferencia solo que para una distancia de comandita cambian los límites de integración? como $ r_e $, $ r_0 $ y $ t_0 $, $ t_e $

Gracias de antemano por la ayuda


La distancia de comovimiento es una distancia. Puede calcular la distancia de desplazamiento desde la cabeza hasta los dedos de los pies (aunque es más útil en contextos cosmológicos). Se define de tal manera que hoy coincide con la distancia física real que medirías si congelaras el Universo y colocaras medidores. En 11 mil millones de años a partir de ahora, cuando el Universo haya duplicado su tamaño, las distancias físicas (cosmológicas) se han multiplicado por dos, pero las distancias comanditarias son, por definición, las mismas.

Un "horizonte" es un término utilizado para un límite (no físico), p. Ej. el "horizonte de partículas", que es el límite entre el Universo observable y el Universo no observable. O el "horizonte de sucesos (cosmológico)", que marca el límite entre las regiones desde las que podemos en algún momento recibir una señal emitida hoy, y las regiones desde las que no podemos.

Al igual que en la Tierra, tiene sentido hablar de "la distancia al horizonte", puede decir, por ejemplo, "La distancia comanditaria al horizonte de partículas es de 46 mil millones de años luz.", o "La distancia móvil al horizonte de sucesos es de 17.000 millones de años luz.".

Como dices, para calcular la distancia comoviente usa la métrica de Robertson-Walker (asumiendo aquí un Universo plano por simplicidad) $$ ds ^ 2 = -c ^ 2 dt ^ 2 + a (t) ^ 2 big [dr ^ 2 + r ^ 2 d Omega ^ 2 big], $$ y establezca $ ds = d Omega = 0 $ para medir a lo largo de una geodésica radial nula. Entonces $ dr = c , dt / a (t) $, o $$ r = c int_ {t_ mathrm {em}} ^ {t_ mathrm {obs}} frac {dt} {a (t) }, $$ donde $ t_ mathrm {em} $ y $ t_ mathrm {obs} $ es el momento en que se emite y se observa la luz, respectivamente.

Para calcular la distancia comanditaria al horizonte de partículas, establezca $ t_ mathrm {em} = 0 $ y $ t_ mathrm {obs} = $ hoy, porque el horizonte de partículas corresponde a la luz emitida en Big Bang y observada hoy.

Para calcular la distancia comanditaria al horizonte de eventos, establezca $ t_ mathrm {em} = $ hoy y $ t_ mathrm {obs} = infty $, porque el horizonte de eventos corresponde a la luz emitida hoy y observada en el (casi ) futuro infinitamente lejano.


Horizonte de eventos y horizonte de partículas

La distancia más lejana que podemos ver está definida por el radio del horizonte de partículas, que es de casi 46 Gly. Sin embargo, el horizonte de eventos cósmicos es de casi 16 Gly. ¿Significa esto que las galaxias que están más allá de los 16 Gly permanecerán igual en el cielo? ¿Dado que su luz nunca puede alcanzarnos, en otras palabras, sus imágenes en el cielo nunca cambiarán?

Por ejemplo, un objeto a 20 Gly, nunca veremos su "futuro" ya que su luz no puede alcanzarnos debido a la expansión del universo.

Y después de que el horizonte de sucesos se estabilice en 17,6 Gly, ¿todas las galaxias que crucen esa distancia permanecerán en ese horizonte y las veremos desplazadas al rojo hasta el infinito?

¿Cómo podemos calcular el tiempo necesario para que los cúmulos de nuestro supercúmulo pasen por el horizonte de eventos cósmicos?

Más importante, no entiendo algo. Si el horizonte es el horizonte que está a la distancia más lejana que puede comunicarse, entonces, ¿cómo puede estar creciendo?
Estas cosas del horizonte me confunden tanto que alguien pueda ayudarme, para entenderlas mejor, ahora solo las definiciones pero no puedo captar la idea principal (incluso leí y vi muchas cosas sobre ellas)


Para cada observador, ese radio está bastante cerca del radio observable, pero cada observador en el universo tiene su propio cono de luz y no necesariamente tienen que superponerse. Cada uno ve diferentes fotones de diferentes regiones, precisamente porque cada observador está & quot; quotawash en radiación CMB & quot.

Por cierto, el CMB no tiene un cono de luz, se ha emitido desde todas partes del universo.

Jimster, si aún no lo ha hecho, consulte este enlace en la firma de J:
https://www.physicsforums.com/attachments/davisdiagramoriginal2-jpg.55869/
el panel superior muestra la distancia adecuada: esa es la distancia real en ese momento, si pudiera pausar la expansión para dar tiempo a medirla.

el universo del panel superior es ancho, posiblemente infinito, o posiblemente mucho más ancho que el cono de luz del observador.

También ayuda darse cuenta de que a la distancia adecuada la FORMA de un cono de luz es la FORMA DE PERLA. Puedes ver eso en el panel superior.

Tengo que mirarlos. Un rato.

¿A qué se refiere el marco & quotco-móvil & quot? Quiero decir & quot con expansión & quot.

¿Hay una clave o una redacción específica para esos?

Un observador comanditario está en reposo en relación con el proceso de expansión, es decir, en relación con el CMB. la expansión es "isotrópica" se ve igual en todas las direcciones, no tiene un punto lento en una dirección y un punto rápido en la otra.
el CMB no tiene un punto caliente Doppler en una dirección y un punto frío en la otra.

La mayoría de los objetos de materia en el universo están APROXIMADAMENTE en reposo, p. Ej. el sistema solar solo se mueve a unos 370 km / s (ve un punto caliente de CMB en esa dirección) pero eso es pequeño en comparación con la mayoría de las velocidades de expansión de distancia. las cosas tienen sus pequeños movimientos individuales aleatorios.

la distancia de comovimiento a un observador en reposo es simplemente la distancia AHORA, y eso se convierte en una etiqueta o rótulo permanente,
a excepción de un pequeño movimiento aleatorio individual, la distancia comoviva de un GAlAXY permanece constante a través de la historia.


W ayne h u

Lo esencial

Para propósitos pedagógicos, comencemos con una idealización de un fluido fotón-barión perfecto y descuidemos los efectos dinámicos de la gravedad y los bariones. Las perturbaciones en este fluido perfecto se pueden describir mediante una simple continuidad y una ecuación de Euler que encapsula las propiedades básicas de las oscilaciones acústicas.

La discusión sobre oscilaciones acústicas tendrá lugar exclusivamente en el espacio de Fourier. Por ejemplo, descomponemos el monopolo del campo de temperatura en

y omita el subíndice de la amplitud de Fourier. Dado que las perturbaciones son muy pequeñas, las ecuaciones de evolución son lineales y los diferentes modos de Fourier evolucionan de forma independiente. Por lo tanto, en lugar de ecuaciones diferenciales parciales para un campo, tenemos ecuaciones diferenciales ordinarias para. De hecho, debido a la simetría rotacional, todo para un determinado obedece a las mismas ecuaciones. Aquí y en las siguientes secciones, omitimos el argumento del número de onda donde no surgirá confusión con las cantidades de espacio físico.

Las perturbaciones de temperatura en el espacio de Fourier obedecen

Esta ecuación para la temperatura del fotón, que de hecho se parece a la ecuación de continuidad familiar en el espacio de Fourier (las derivadas se convierten en números de onda), tiene una serie de sutilezas ocultas, debido al entorno cosmológico. Primero, la derivada de `` tiempo '' aquí es en realidad con respecto al tiempo conforme. Dado que estamos trabajando en unidades en las que la velocidad de la luz es también la distancia máxima de comovimiento que una partícula podría haber viajado desde entonces. A menudo se le llama horizonte comanditario o, más específicamente, horizonte de partículas comanditarias. El horizonte físico es multiplicado por el horizonte comanditario.

En segundo lugar, la velocidad del fluido fotónico aquí se ha escrito como un escalar en lugar de un vector. En el universo primitivo, solo se espera que sea importante el componente de velocidad paralelo al vector de onda, ya que solo ellos tienen una fuente en la gravedad. Específicamente, . En términos de los momentos introducidos en & # 1672, representa un momento dipolar dirigido a lo largo. El factor de surge porque la continuidad conserva el número de fotones, no la temperatura y la densidad del número. Finalmente, destacamos que, por el momento, estamos descuidando los efectos de la gravedad.

La ecuación de Euler para un fluido es una expresión de conservación del momento. La densidad de momento de los fotones es, donde la presión del fotón. En ausencia de la gravedad y las imperfecciones de los fluidos viscosos, los gradientes de presión suministran la única fuerza. Dado que, esto se convierte en el espacio de Fourier. La ecuación de Euler luego se convierte en

Diferenciar la ecuación de continuidad e insertar la ecuación de Euler produce la forma más básica de la ecuación del oscilador

¿Dónde está la velocidad del sonido en el fluido (dinámicamente libre de bariones)? Lo que dice esta ecuación es que los gradientes de presión actúan como una fuerza restauradora de cualquier perturbación inicial en el sistema que luego oscila a la velocidad del sonido. Físicamente, estas oscilaciones de temperatura representan el calentamiento y enfriamiento de un fluido que es comprimido y enrarecido por un sonido fijo o una onda acústica. Este comportamiento continúa hasta la recombinación. Suponiendo perturbaciones de velocidad inicial insignificantes, tenemos una distribución de temperatura en la recombinación de

¿Dónde está la distancia que puede recorrer el sonido? Por lo general, se denomina horizonte sonoro. Los asteriscos denotan evaluación en la recombinación.

Figura: Oscilaciones acústicas idealizadas. (a) Escalas de pico: el modo de onda que completa la mitad de una oscilación por recombinación establece la escala física del primer pico. Tanto los mínimos como los máximos corresponden a picos de potencia (líneas discontinuas, valor absoluto) y, por lo tanto, los picos más altos son múltiplos integrales de esta escala con la misma altura. Aquí se representa la idealización de la ecuación (15) (potenciales constantes, sin carga bariónica).

En el límite de escalas grandes en comparación con el horizonte sonoro, la perturbación se congela en sus condiciones iniciales. Esta es la esencia de la afirmación de que las anisotropías a gran escala medidas por COBE miden directamente las condiciones iniciales. En escalas pequeñas, la amplitud de los modos de Fourier exhibirá oscilaciones temporales, como se muestra en la Figura 1 [con, para esta idealización]. Los modos que se capturan en los máximos o mínimos de su oscilación en la recombinación corresponden a picos en la potencia, es decir, la varianza de. Debido a que el sonido tarda la mitad de tiempo en viajar la mitad de distancia, los modos correspondientes a los picos siguen una relación armónica, donde es un número entero (consulte la Figura 1a).

¿Cómo nos aparece hoy este espectro de inhomogeneidades en la recombinación? En términos generales, una falta de homogeneidad espacial en la temperatura de longitud de onda del CMB aparece como una anisotropía angular de escala, donde es la distancia del diámetro angular como constante desde el observador hasta el corrimiento al rojo. Abordaremos este problema de manera más formal en & # 1673.8. En un universo plano, donde. En el espacio armónico, la relación implica una serie coherente de picos acústicos en el espectro de anisotropía, ubicados en

Figura: Distancia de diámetro angular. En un universo cerrado, los objetos están más lejos de lo que parecen estar de las expectativas euclidianas (planas) correspondientes a la diferencia entre la distancia de coordenadas y la distancia de diámetro angular. En consecuencia, a una distancia de coordenadas fija, un ángulo dado corresponde a una escala espacial más pequeña en un universo cerrado. Por lo tanto, los picos acústicos aparecen en ángulos más grandes o más bajos en un universo cerrado. Lo contrario es cierto para un universo abierto.

Para tener una idea de dónde deberían aparecer estas características, tenga en cuenta que en un universo dominado por la materia plana. Equivalente. Observe que, dado que estamos midiendo relaciones de distancias, la escala de distancia absoluta desaparece, veremos en & # 1673.5 que la constante de Hubble se cuela de nuevo en el problema porque el Universo no está completamente dominado por la materia en la recombinación.

En un universo curvado espacialmente, la distancia del diámetro angular ya no es igual a la distancia de coordenadas, lo que hace que las ubicaciones de los picos sean sensibles a la curvatura espacial del Universo [Doroshkevich et al, 1978, Kamionkowski et al, 1994]. Considere primero un universo cerrado con radio de curvatura. La supresión de una coordenada espacial produce una geometría de 2 esferas con el observador situado en el polo (ver Figura 2). La luz viaja en líneas de longitud. Una escala física en latitud fija dada por el ángulo polar subtiende un ángulo. Porque, un análisis euclidiano inferiría una distancia, aunque la distancia de coordenadas a lo largo del arco sea así

Para universos abiertos, simplemente reemplace con. El resultado es que los objetos en un universo abierto (cerrado) están más cerca (más lejos) de lo que parecen, como si se vieran a través de una lente. De hecho, una forma de ver este efecto es como la lente gravitacional debido a la densidad de fondo (c.f. & # 1674.2.4). Una escala comoviva dada a una distancia fija subtiende un ángulo más grande (más pequeño) en un universo cerrado (abierto) que en un universo plano. Esta fuerte escala con curvatura espacial indica que el primer pico observado en restringe la geometría para que sea casi espacialmente plana. Asumiremos implícitamente la planitud espacial en las siguientes secciones a menos que se indique lo contrario.

Finalmente, en un universo plano dominado por la energía oscura, la edad conforme del Universo disminuye aproximadamente como. Por razones razonables, esto provoca solo un pequeño cambio de a multipolos inferiores (ver Lámina 4) en relación con el efecto de la curvatura. Combinado con el efecto de la radiación cercana a la recombinación, las ubicaciones de los picos proporcionan un medio para medir la edad física de un universo plano [Hu et al, 2001].


Comoving radio de Hubble

Sé que esto es tonto, pero simplemente no estoy obteniendo ningún tipo de intuición sobre lo que es el & quot; radio móvil del Hubble & quot. Tengo la definición frente a mí en un libro que dice que es igual a (en c = 1 unidades):

Con a siendo el factor de escala y H el parámetro de Hubble. Entonces, básicamente, debe ser igual a dt / da. Más adelante, hay una declaración de que es la "distancia sobre la cual las partículas pueden viajar en el transcurso de un tiempo de expansión, es decir, aproximadamente el tiempo en el que el factor de escala se duplica". No veo cómo se deduce eso de la definición. Más tarde aún, el libro dice: & quot. si [las partículas] están separadas por distancias mayores que el radio de Hubble, entonces no pueden comunicarse actualmente. "No veo cómo esta afirmación se desprende de la anterior. No estoy seguro de si siquiera entiendo lo que significa "comunicar actualmente", ya que la comunicación no puede suceder instantáneamente de todos modos.

El libro tiene cuidado de hacer una distinción entre esto y la escala del horizonte comanditario, que entiendo perfectamente bien. Si las partículas están separadas por una distancia comoviente mayor que la escala del horizonte comovivo, entonces nunca podrían haberse comunicado en la historia del universo, ya que representa la mayor distancia sobre la cual la información puede haberse propagado en cualquier momento.


Preguntas frecuentes sobre el crepúsculo astronómico

¿Puedes ver durante el crepúsculo astronómico?

Sí, para los astrónomos este es un buen momento para mirar el cielo nocturno. La mayoría de las estrellas y los objetos del cielo nocturno son visibles durante este tiempo. Sin embargo, todavía habrá algunas partes del cielo nocturno que estarán ocultas, ya que el Sol todavía está a menos de 18 ° por debajo del horizonte.

¿Cuál es la diferencia entre el crepúsculo astronómico y el crepúsculo náutico?

La única diferencia entre estas dos etapas del crepúsculo es la posición del Sol en relación con el horizonte. El crepúsculo náutico es cuando el Sol está entre 6 ° y 12 ° por debajo del horizonte, y el crepúsculo astronómico es cuando el Sol está entre 12 ° y 18 ° por debajo del horizonte.

¿Por qué Crepúsculo es más corto en el ecuador?

Sí, el crepúsculo es más corto en el ecuador que si estás más cerca de los polos norte y sur. Todo esto se debe al movimiento del Sol en relación con su ángulo visto desde el ecuador, ya que en el ecuador desciende o sube más rápido verticalmente. Sin embargo, si está en el polo norte, se eleva de forma más lenta y más diagonal, lo que significa que el crepúsculo dura más en los polos.

¿Crepúsculo dura más en verano?

Sí, el crepúsculo durará más tiempo en verano que en invierno. Esto se debe a la inclinación de la Tierra hacia el Sol en el verano y lejos del Sol durante el invierno.

¿Por qué se llama crepúsculo náutico?

La razón por la que nos referimos al período de tiempo en el que el Sol está entre 6 ° y 12 ° por debajo del horizonte como crepúsculo náutico es que antes de que la tecnología avanzara, este tiempo era valioso para los navegantes en el mar. Podemos usar la posición de las estrellas en el cielo durante este tiempo para ayudar a navegar.


Glosario

Cuando se trata de geometrías que tienen lugar dentro del Universo, no nos ocupamos de la geometría euclidiana tridimensional convencional, tenemos que adaptarla para representar un espacio-tiempo de cuatro dimensiones. Esto da como resultado lo que se conoce como variedad de Lorentz. Dentro de esta geometría, nos ocupamos de tres tipos de espacio, espacio de-Sitter, espacio anti-de-Sitter y espacio de Minkowski. Son análogos del espacio esférico, hiperbólico y euclidiano con respecto al espacio-tiempo de cuatro dimensiones.

Axion

Este es un tipo de partícula hipotética de carga eléctrica cero que ha salido del marco de la Cromodinámica Cuántica. Se hipotetiza que estos fueron creados durante el Universo muy temprano. Tienen poca masa y no interactúan fácilmente con la materia normal. No existe evidencia experimental de ellos hasta el momento, pero son uno de los posibles contendientes de la materia oscura.

Barión

Un barión es una categoría de partícula subatómica que se compone de tres quarks. Esto se opone a un mesón, que se compone de un quark y un antiquark. Los bariones incluyen protones y neutrones y constituyen la mayor parte de la masa de materia visible en el Universo (es decir, la masa del Universo que no es Materia Oscura o Energía Oscura). Participan en la Fuerza Nuclear Fuerte.

Proyectando las trayectorias de las galaxias hacia atrás (es decir, invirtiendo el eje del tiempo en el diagrama anterior), podemos mostrar que el Universo comenzó en un estado de densidad increíblemente alta (Gnixon)

Big Bang

Hace unos trece mil millones de años, el Universo comenzó con una explosión gigantesca. Cada partícula comenzó a separarse de cualquier otra partícula en una fase superdensa temprana. El hecho de que las galaxias se alejen de nosotros en todas direcciones es una consecuencia de esta explosión inicial. Proyectar las trayectorias de las galaxias hacia atrás en el tiempo significa que convergen a un estado de alta densidad.

Gran crujido

Este es uno de los posibles fines del Universo tal como lo conocemos. La inflación cósmica expande el Universo y la gravitación une la materia. Dependiendo de la densidad del Universo, una de estas fuerzas puede vencer a la otra o, alternativamente, el Universo puede ser de densidad crítica, lo que daría como resultado un Universo "plano".Si el Universo tiene una densidad mayor que esta densidad crítica, entonces la gravitación eventualmente vencerá las fuerzas que trabajan para expandir el Universo, y la materia en el Universo comenzaría a converger en otra materia, hasta que toda la materia en el Universo converja en una singularidad. .

Dado que ahora sabemos que la expansión del Universo se está acelerando, parece poco probable que surja esta situación.

Imagen del Observatorio de Rayos X Chandra de un espectro de un agujero negro. Las líneas que salen del centro de la imagen son rayos X emitidos desde el agujero negro, ordenados según la energía, las de mayor energía son más brillantes y más cercanas al centro del espectro (NASA Cfa / J. McClintock et al)

Calabozo

Un agujero negro es una región del espacio-tiempo de la que nada puede escapar, ni siquiera la luz.

Para ver por qué sucede esto, imagine lanzar una pelota de tenis al aire. Cuanto más fuerte lances la pelota de tenis, más rápido se desplazará cuando se aleje de tu mano y más alta irá la pelota antes de volverse. Si pudieras lanzarlo lo suficientemente fuerte, nunca devolvería la atracción gravitacional, no podrá tirar de él hacia abajo. La velocidad que debe tener la pelota para escapar se conoce como velocidad de escape.

A medida que un cuerpo se aplasta en un volumen cada vez más pequeño, la atracción gravitacional que ejerce aumenta y la velocidad de escape requerida para superar esto aumenta. Las cosas tienen que ser lanzadas cada vez más fuerte para escapar. Finalmente, se llega a un punto en el que incluso la luz, que viaja a 300.000 kilómetros por segundo, no viaja lo suficientemente rápido como para escapar. En este punto, nada puede salir, ya que nada puede viajar más rápido que la luz. Este es un agujero negro.

La formación de un agujero negro comienza cuando una estrella grande ha quemado todo su combustible, explotando en una supernova. Lo que queda después de que la supernova colapsa en una estrella de neutrones, que es extremadamente densa. Si la estrella de neutrones es demasiado grande, su gravedad supera su presión interna y la estrella colapsa para formar un agujero negro.

Radiación de cuerpo negro

Un cuerpo negro es una construcción teórica que absorbe toda la radiación que lo golpea. Ningún material conocido absorbe toda la radiación; una parte siempre se refleja en él. Por lo tanto, un cuerpo así parecería completamente negro para todos los tipos de espectrografía de radiación.

La radiación de cuerpo negro es la radiación emitida por dicha construcción teórica, una emisión perfecta de radiación con una eficiencia del 100%. A cierta temperatura, por ejemplo, el cuerpo negro irradiaría la máxima cantidad de energía para esa temperatura. Debe emitir esta radiación en todas las longitudes de onda y frecuencias posibles y también debe absorber todas las longitudes de onda y frecuencias posibles, lo que significa que puede emitir radiación en una longitud de onda infinita.

Boson

Nombradas en honor al físico indio Satyendra Nath Bose, estas son partículas con giro entero completo, es decir, 1, 2, 3. (a diferencia de los fermiones, que poseen giro medio entero). Hay dos categorías de bosones fundamentales (bosones que no se componen de una combinación de otras partículas) bosones gauge, que median las fuerzas fundamentales de la naturaleza y los bosones escalares, que son constituyentes de un campo escalar, e incluyen el esquivo bosón de Higgs. Los bosones también se pueden crear a partir de otras partículas cuyo espín totalice un número entero, por ejemplo, cualquier mesón.

La inflación de la brana es una explicación de la causa del período inflacionario en el Universo.

Inflación de la brana

La inflación de las branas utiliza un objeto fundamental de la teoría de cuerdas, llamadas branas. En esta teoría, el Universo es un deslizamiento tridimensional (una brana) en un espacio de alta dimensión (la masa), que también puede contener otras branas. Estas porciones de espacio-tiempo tienen masa y pueden atraerse entre sí por gravedad, por lo que dos branas casi paralelas separadas por cierta distancia comenzarán a moverse una hacia la otra. En la inflación de las branas, cuanto más se acercan las dos branas, más se expanden, dando lugar a la inflación.

El proceso finaliza con la violenta colisión de las branas, lo que da lugar a una copiosa producción de radiación y partículas relativistas. Por lo tanto, la nueva brana resultante de la colisión se llena con un plasma caliente, que es el punto de partida del modelo estándar del Big Bang. Hay otra predicción en el modelo: la colisión también va acompañada de la producción de cuerdas cósmicas.

Burbujas, filamentos, huecos y láminas

Todos estos son tipos de estructuras a gran escala formadas a partir de la distribución galáctica en el Universo. Las galaxias forman cúmulos y supercúmulos que se organizan en láminas y filamentos a través del Universo. Entre estas capas de galaxias, hay una densidad de galaxias muy baja, lo que conduce a vacíos. Estos ocupan aproximadamente el 90% del espacio.

Las transiciones de fase de primer orden proceden por nucleación de burbujas. Se forma una burbuja de la nueva fase (el verdadero vacío) y luego se expande hasta que la antigua fase (el falso vacío) desaparece. Un análogo útil es el agua hirviendo en la que se forman burbujas de vapor y se expanden a medida que ascienden a la superficie.

Nucleación de burbujas

La nucleación de burbujas es una forma de transición de fase de primer orden. Una transición de fase ocurre cuando las temperaturas y las densidades aumentan de tal manera que la materia cambia de forma y propiedades, como en el Universo muy temprano, durante el Big Bang. Una analogía simple es el agua, que se derrite de hielo a líquido y luego hierve a gas a medida que aumentan las temperaturas. Para los físicos, es importante tener en cuenta que a medida que aumenta la temperatura, aumenta la simetría de la materia. Pensándolo bien, sabemos que el gas tiene más simetría que el agua, que a su vez es más simétrica que el hielo. Es a través de esta fase de transición de temperaturas más altas a más bajas que obtenemos las partículas de materia con las que estamos familiarizados hoy, es decir, protones, neutrones, fotones, etc.

La transición de fase de primer orden, o nucleación de burbujas, se produce mediante la formación de burbujas de la nueva fase en el medio de la antigua. Estas burbujas luego se expanden y chocan hasta que la fase anterior desaparece por completo y se completa la transición de fase.

Colector Calabi-Yau

Una variedad es una generalización de una superficie o espacio de N dimensiones, que permite a los físicos analizar esa superficie o espacio sin hacer referencia a N + 1 dimensiones. Cuando miras cualquier punto de una variedad, el área local se asemeja al espacio euclidiano tradicional con N dimensiones. Imagina que estás sentado junto a una hoja de papel con un lápiz en la mano. Si dibuja a través del papel, ha dibujado una línea, que en sí misma es unidimensional, pero que se encuentra dentro del plano bidimensional en el que la ha dibujado (los ejes X e Y). Esta línea que ha dibujado se puede representar mediante una variedad, lo que significa que para analizarla no es necesario hacer referencia al plano bidimensional en el que se dibuja. Cuando se trata de cosmología, los tipos de variedad que se abordan son mucho más complicados.

Los colectores Calabi-Yau son tipos de colectores muy específicos. Dentro de la teoría de cuerdas, se predice que las dimensiones adicionales que experimentamos actualmente, con un total de 10 dimensiones predichas (M-Theory predice un total de 11). Se plantea la hipótesis de que estas seis dimensiones adicionales podrían tomar la forma de un colector Calabi-Yau, que sería tan pequeño que aún no podemos observarlo.

La luminosidad de las cefeidas cambia con el tiempo, como lo demuestra la cefeida V1, ubicada en la galaxia de Andrómeda, que fue la primera cefeida localizada por Edwin Hubble (NASA, ESA y STScI / AURA)

Cefeida

Una cefeida es un tipo de estrella variable, es decir, una estrella cuya luminosidad cambia con el tiempo. Se forman cuando las estrellas normales envejecen y se hinchan para convertirse en gigantes rojas. Estas gigantes rojas eventualmente cambian y comienzan a latir mientras mueren. Estas son cefeidas. Son muy grandes, luminosos y amarillos, y se expanden y contraen, aumentando y perdiendo luminosidad en períodos típicamente del orden de 1 a 70 días.

Un diagrama que muestra un posible & quot; evento de Higgs & quot, una colisión de partículas que conduce a una liberación de energía que causa la creación de un bosón de Higgs, dentro de ATLAS, uno de los experimentos que componen el Gran Colisionador de Hadrones (Experimento ATLAS © 2012 CERN)

La Organización Europea para la Investigación Nuclear, con sede en Ginebra, se estableció en 1954 y es un organismo de investigación dedicado a la física de altas energías. Cuenta con más de 2.000 personas entre su personal permanente y en un momento dado cuenta con miles de científicos visitantes y científicos con los que trabaja en colaboración. La sede del CERN en Ginebra también es la ubicación del Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas más grande del mundo. Los descubrimientos del CERN son demasiado numerosos para enumerarlos aquí, pero algunos de ellos incluyen la primera creación de antihidrógeno, el descubrimiento de los bosones W y Z, el descubrimiento directo de la violación de CP y, potencialmente, el descubrimiento del bosón de Higgs (actualmente ha habido un descubrimiento de un bosón con una masa de ≈125 GeV / c 2 con un significado sigma de 4.9 que puede ser el bosón de Higgs).

Inflación caótica

Similar a la inflación eterna, esta teoría sostiene que lo que consideramos nuestro Universo es solo una parte de un multiverso infinito. Dentro de este multiverso, hay diferentes áreas del espacio en expansión. Nuestro Universo es una de estas áreas del espacio. En la inflación eterna, estas áreas inflacionarias pueden decaer a fases de menor energía y dejar de sufrir inflación. Esto contrasta con la inflación caótica, en la que las áreas inflacionarias experimentan una retroalimentación positiva, inflando para siempre.

Física clásica

Esto se refiere a la física que no tiene en cuenta la física cuántica. En diferentes contextos, puede aplicarse a diferentes teorías. La física newtoniana clásica, que trata a los cuantos como ondas o partículas, se considera física clásica. Dentro del mundo de la mecánica cuántica, las teorías de la relatividad general y especial también pueden considerarse clásicas sobre la base de que no forman parte específicamente del paradigma cuántico.

Color

Sin relación con ninguna representación visual del color, como la que vemos en los arcoíris y similares, el color es un tipo de carga asociada con la fuerza nuclear fuerte, una de las fuerzas fundamentales, en los quarks y gluones. Es similar, pero no igual, a la carga eléctrica que pueden presentar las partículas. Hay tres valores de color, estos son Azul, Verde y Rojo. El color es un grado de libertad que permite que los quarks coexistan juntos para formar hadrones, como protones o neutrones, en estados cuánticos por lo demás idénticos. Esto es necesario, ya que de lo contrario estarían violando el principio de exclusión de Pauli, que establece que dos fermiones idénticos no pueden ocupar estados cuánticos idénticos simultáneamente.

Horizonte comoving

La distancia comoving es la distancia entre dos objetos tal como aparece si se factoriza la expansión del Universo. En un momento dado, es igual a la distancia adecuada, que es la distancia real entre dos objetos, y cambiará con el tiempo debido a la expansión del Universo. El horizonte comovivo es, por tanto, la distancia real al borde de lo que podemos ver en un momento dado.

Sistemas de materia condensada

Los sistemas de materia condensada se ocupan, como su nombre indica, de materia condensada. Esto incluye materia en las fases líquidas, sólidas y superconductoras. Los sistemas de materia condensada se pueden utilizar para estudiar los efectos de las transiciones de fase en la materia.

El satélite Planck de la ESA nos proporciona los mejores datos hasta ahora sobre el fondo cósmico de microondas

Fondo de microondas cósmico

Aproximadamente 370.000 años después del Big Bang, la temperatura del Universo descendió lo suficiente como para que los electrones y protones se combinaran en átomos de hidrógeno: p + e = H. A partir de este momento, la radiación fue efectivamente incapaz de interactuar con el gas de fondo, por lo que se ha propagado libremente desde entonces, mientras pierde energía constantemente a medida que su longitud de onda se estira por la expansión del Universo. Originalmente, la temperatura de radiación era de aproximadamente 3000 grados Kelvin (es decir, aproximadamente 3300 grados Celsius, 5000 grados Fahrenheit), mientras que hoy ha caído a solo 3K.

Los observadores que detectan esta radiación hoy pueden ver el Universo en una etapa muy temprana. Los fotones en el CMB han viajado hacia nosotros durante más de diez mil millones de años y han cubierto una distancia de aproximadamente un millón, mil millones, mil millones de millas. El CMB fue descubierto en 1964.

Cuerdas cósmicas

Estos son objetos unidimensionales (es decir, en forma de línea) que se forman cuando se rompe una simetría axial o cilíndrica. Las cadenas pueden asociarse con grandes modelos de física de partículas unificadas, o pueden formarse en la escala electrodébil.

Son muy delgados y pueden extenderse por el Universo visible. Una cuerda GUT (Gran Teoría Unificada) típica tiene un grosor que es menos de un billón de veces más pequeño que el radio de un átomo de hidrógeno. Aún así, ¡una longitud de 10 km de una de esas cuerdas pesará tanto como la Tierra misma!

Constante cosmológica, Λ

Originalmente propuesto por Einstein como una modificación de la Relatividad General para dar como resultado un Universo que no se expandiría ni contraería. Más tarde lo llamó su mayor error después de que Hubble descubriera que otras galaxias se estaban alejando de nosotros usando el corrimiento al rojo. Se pueden usar diferentes valores de la constante para explicar diferentes escenarios en los que el Universo podría contraerse o expandirse. Dado que ahora sabemos que la expansión del Universo se está acelerando, los físicos ahora miran a la constante cosmológica como una posible explicación. Específicamente, la constante cosmológica puede estar relacionada con la energía oscura que impregna nuestro Universo, trabajando contra la gravedad para expandir el Universo.

El principio cosmológico establece que ninguna posición en el Universo es preferida en ningún sentido a otra. La evidencia recopilada en el fondo de microondas cósmico por el satélite WMAP respalda esta opinión (NASA)

Principio cosmológico

Esto establece que el Universo parece igual en todas las direcciones desde todos los puntos del espacio. Afirma que nuestra posición en el Universo, en las escalas más grandes, no es de ninguna manera preferida. Existe considerable evidencia observacional para esta afirmación, incluidas las distribuciones medidas de galaxias y fuentes de radio débiles, aunque la mejor evidencia proviene de la uniformidad casi perfecta de la radiación cósmica de fondo de microondas. Esto significa que cualquier observador en cualquier parte del Universo disfrutará de la misma vista que nosotros, incluida la observación de que las galaxias se están alejando de ellos. Cabe señalar que esto no significa que las estructuras locales serán diferentes, es decir, las estrellas locales, etc.serán diferentes para diferentes observadores, sino que las leyes físicas que gobiernan estos fenómenos observables serán las mismas y los efectos de fondo en todo el Universo serán los mismos. igual.

Cosmología

La cosmología es el estudio del Universo a gran escala, sus orígenes, evolución, leyes y su destino final. Mientras que la astronomía se ocupa de los objetos dentro del Universo, los cosmólogos están más preocupados por el Universo en su conjunto.

COSMOS, la supercomputadora nacional de cosmología del Reino Unido, alojada por la Universidad de Cambridge (Andy Barrington)

COSMOS

La supercomputadora de cosmología nacional del Reino Unido. Se encuentra dentro del Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica, aquí en Cambridge. Habiendo experimentado recientemente su novena iteración, es el sistema de memoria compartida más poderoso de Europa. Está disponible para su uso tanto para usuarios académicos como no académicos, y es parte de la instalación de computación de alto rendimiento DiRAC de STFC.

Densidad critica

Esta referencia a la densidad de nuestro Universo. La densidad de materia en el Universo juega un papel fundamental para comprender lo que sucederá con el Universo en el futuro, específicamente, si continuará expandiéndose hasta que tal vez el Universo se enfríe tanto que la vida sea insostenible, o que la materia sea literalmente destrozada, o si la gravitación eventualmente superará las fuerzas expansivas y el Universo colapsará en algún Big Crunch. Un Universo con una densidad inferior a la crítica continuará expandiéndose a un ritmo acelerado para siempre, mientras que un Universo supercrítico colapsará invariablemente.

Solo el 4% de la masa de nuestro Universo está compuesto por materia ordinaria

Energía oscura

A fines de la década de 1990, se descubrió que la expansión del Universo se está acelerando. Se espera que debido a la influencia de la gravedad y los rsquos, unir la materia ralentizaría la aceleración de la expansión del Universo. Por lo tanto, lo que sea responsable de esta aceleración no es materia normal, o la gravedad debe debilitarse a gran escala. Este fenómeno físico desconocido responsable de esta aceleración se conoce como energía oscura. Para explicar completamente la aceleración, entonces no hay solo un poco de energía oscura en el Universo, hay mucha. De hecho, debe constituir el 74% de la masa del Universo. La materia oscura debe constituir el 22% del Universo, y solo el 4% del Universo es la materia que conocemos actualmente.

Distribución de materia oscura (violeta) mostrada dentro de un supercúmulo de galaxias. Las galaxias se encuentran en los cúmulos de materia oscura (NASA / ESA / STAGES / COMBO-17)

Materia oscura

Existe una fuerte evidencia de que el Universo consiste principalmente en materia oscura (no luminosa), y también que esta materia es de una forma exótica, no bariónica. Los bariones están formados por tres quarks, un tipo de partícula elemental. Los bariones incluyen protones y neutrones.

Estudio de campo profundo

Un estudio de campo profundo es un estudio de galaxias que mira más profundamente en el cielo que el estudio de galaxias promedio. Debido a que las ondas electromagnéticas tienen un límite de velocidad (la velocidad de la luz), cuanto más lejos de nosotros miramos, más atrás en el tiempo miramos, ya que las ondas que nos llegan actualmente habrán sido irradiadas hace miles de millones de años. El campo ultraprofundo del Hubble, la imagen más profunda del Universo que tenemos actualmente, nos muestra un período de tiempo que corresponde aproximadamente a 400-800 millones de años después del Big Bang.

Grados de libertad

Un grado de libertad, en física (a diferencia de las matemáticas, que pueden tener diferentes significados), es un parámetro que puede ayudar a definir el estado de un objeto para diferenciarlo de otros. Un ejemplo simple sería la carga entre partículas. Algunas partículas están cargadas, otras no y, como resultado, se comportan de manera diferente. A nivel cuántico, esto se vuelve importante porque ciertas partículas con los mismos valores para sus diferentes grados de libertad (es decir, giro, carga, etc.) no pueden existir en el mismo lugar al mismo tiempo.

Dipolo

Un objeto que genera un campo magnético emana ese campo de dos polos opuestos, un ejemplo de esto sería un imán de barra, que tiene un polo norte y sur. Cada uno de estos polos es un monopolo magnético. El imán en sí, que tiene dos de estos polos, es un dipolo. Esto es similar a un campo eléctrico, en el que el campo emana de cargas positivas y negativas. Mientras que en la electricidad, las cargas negativas y positivas se pueden aislar fácilmente en forma de electrones y positrones, aún no se han descubierto las partículas magnéticas monopolo.Por ejemplo, cuando rompes un imán de barra, no aíslas los dos monopolos, simplemente tienes dos imanes de barra la mitad del tamaño del anterior.

Muros de dominio

Estos son objetos bidimensionales que se forman cuando se rompe una simetría discreta en una transición de fase. Una red de paredes de dominio divide efectivamente el Universo en varias 'células'. Los muros de dominio tienen algunas propiedades bastante peculiares. Por ejemplo, el campo gravitacional de una pared de dominio es más repulsivo que atractivo.

Desplazamiento Doppler

Cuando la fuente de una onda se aleja de nosotros, observamos un cambio de frecuencia de esa onda. Un ejemplo sería una ambulancia o un camión de bomberos: escuchamos un tono más bajo en su sirena una vez que nos ha pasado. Este es el cambio Doppler. Sin embargo, no se limita a las ondas sonoras, sino a cualquier tipo de ondas, incluidas las electromagnéticas.

Einstein, Albert

(n. 1879 d. 1955), fue un físico teórico alemán que pasó gran parte de su carrera en el Instituto Kaiser Wilhelm de Física y en la Universidad de Princeton. Se le considera uno de los más grandes físicos del siglo XX y, de hecho, una de las mentes académicamente más brillantes de todos los tiempos. Galardonado con el Premio Nobel de Física en 1921, por su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico donde describió los fotones como paquetes discretos, conocidos como cuantos. Esto estaba en conflicto directo con las descripciones clásicas anteriores de la física que definían a los fotones como ondas. Sus teorías son ahora la base de la física moderna. Estas teorías, aunque son demasiado numerosas para enumerarlas aquí, incluyen la relatividad especial, que describe cómo el movimiento relativo puede provocar que diferentes observadores experimenten diferentes leyes de la física, así como la relación de equivalencia energía-masa, E = mc 2, y la relatividad general. que generaliza la relatividad especial con respecto a la gravedad e incorpora esto con las leyes newtonianas de la gravedad para describir cómo la gravedad es una propiedad geométrica del espacio-tiempo. Cuando Hitler llegó al poder en 1933, estaba de viaje a Estados Unidos y no regresó al alemán, sino que optó por convertirse en ciudadano estadounidense. Su advertencia al presidente Roosevelt sobre la investigación alemana sobre armas nucleares condujo al eventual desarrollo de la bomba atómica, un arma que luego denunció y contra la que cruzó. Tal fue el genio de Einstein que, tras su muerte, le quitaron el cerebro para estudiarlo en el futuro.

Electrones manipulados por campos magnéticos. Su movimiento circular libera radiación ciclotrónica, la luz que se puede ver (Marcin Białek)

Electrón

Una partícula elemental que lleva una carga eléctrica elemental negativa (es decir, la carga eléctrica más fundamental, las partículas no llevan una carga más pequeña que esta). Un fermión con spin 1/2. Es un leptón y por lo tanto es un constituyente de la materia, pero no participa en la Fuerza Nuclear Fuerte. Interactúa con el electromagnetismo, la gravitación y la fuerza nuclear débil.

Electronvoltio

Unidad de energía equivalente a aproximadamente 1,6 x 10-19 julios. Es la cantidad de energía ganada por la carga de un electrón a medida que se mueve a través de una diferencia de potencial eléctrico de un voltio.

Época

Un período en el tiempo. En cosmología se usa para referirse a diferentes períodos de tiempo en la cronología del Universo. Estos incluyen la época de Planck, la época de la Gran Unificación, la época Electrodébil, la época de Quark, la época de Hadrones, la época de Leptones y la época de Fotones (¡todas las épocas anteriores a la época de Fotones ocurrieron dentro de los primeros 10 segundos de tiempo!). Los períodos de tiempo posteriores a esto incluyen nucleosíntesis, recombinación y reionización.

Velocidad de escape

Esta es la velocidad requerida para que cualquier objeto se libere del campo gravitacional de otro objeto. Para la Tierra, esto es aproximadamente 7,000 millas por segundo. Matemáticamente, se describe como la velocidad a la que la energía cinética y la energía potencial gravitacional del objeto que escapa se suman a cero. A medida que la fuerza gravitacional ejercida por un objeto sobre otro aumenta a medida que la distancia entre los dos disminuye, cuanto más lejos esté el objeto que se escapa, menor será la velocidad de escape. Para los agujeros negros, a la distancia conocida como horizonte de sucesos, la velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz y, por lo tanto, nada puede escapar.

Inflación eterna

La inflación eterna se refiere a una serie de modelos mediante los cuales al menos una región del Universo está sufriendo inflación en cualquier momento. Debido al aumento exponencial de volumen durante estos períodos de inflación, se teoriza que en cualquier punto dado la mayor parte del volumen del Universo todavía se está expandiendo. Esto crea un multiverso, en el que cada área en expansión del Universo parece ser su propio Universo, y el período inicial de expansión es equivalente al Big Bang. En la inflación eterna es posible que estas áreas en expansión del espacio decaigan en una fase de menor energía, lo que resulta en el cese de la inflación.

Geometría euclidiana

El nombre de Euclides, un matemático griego del siglo III a. C. Es un sistema de geometría basado en la geometría de las tres dimensiones que a todos nos enseñan en la escuela x, y y z. Los puntos dentro del sistema se pueden describir mediante un conjunto de coordenadas cartesianas. Se describe mediante un sistema de postulados, o premisas, por ejemplo, el postulado paralelo, que establece que `` si una línea recta que cae sobre dos líneas rectas hace que los ángulos interiores del mismo lado sean menores que dos ángulos rectos, las dos líneas rectas, si se produce indefinidamente, se encuentran en el lado en el que están los ángulos menores que los dos ángulos rectos & quot.

En contraste con esto, está la geometría no euclidiana, que se ocupa del espacio curvo.

Horizonte de eventos

El horizonte de eventos es el límite que marca el punto donde la velocidad de escape de un agujero negro excede la velocidad de la luz. Una vez que se ha cruzado el horizonte de sucesos, nada puede escapar de la atracción gravitacional del agujero negro y rsquos, ni siquiera la luz.

Partículas exóticas

Las partículas exóticas son aquellas compuestas por partículas teorizadas que actualmente no forman parte del modelo estándar. Un ejemplo de esto serían los socios más pesados ​​del conjunto actual de partículas que componen el modelo estándar, que se describen dentro de la teoría de la supersimetría.

Fermilab, ubicado cerca de Chicago, Illinois (amccrim)

Fermilab

Título completo: Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi. Ubicado cerca de Chicago, IL., Es un laboratorio del Departamento de Energía de los Estados Unidos centrado en la física de altas energías. Hasta 2011, albergaba el acelerador de partículas Tevatron, que hasta la inauguración del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, el más grande del mundo. En 1995, el trabajo realizado en el Tevatron condujo al descubrimiento del Top Quark, uno de los seis sabores diferentes de quark, y el más masivo de todos.

Fermión

Estas son partículas con espín medio entero. Esto se opone a los bosones, que tienen un giro entero completo. Solo un fermión puede ocupar el mismo estado cuántico y espacio en un momento dado, esto se conoce como el principio de exclusión de Pauli y no se aplica a la otra clase de partículas, los bosones. Los fermiones elementales (los que no están compuestos por otras partículas) son constituyentes de la materia visible en el Universo e incluyen electrones y quarks. Sin embargo, las partículas compuestas por fermiones fundamentales pueden tener un espín entero completo y, por lo tanto, pueden clasificarse como bosones.

Ferromagnet

Un ferromagnet es un objeto que exhibe la propiedad de ferromagnetismo. El ferromagnetismo es el tipo de magnetismo más fuerte y, como tal, los ferromagnetos son los imanes con los que el lector medio estará familiarizado. Son los que se usan en las clases de física en la escuela, son los que se usan para recoger chatarra, son los imanes de tu nevera. El ferromagnetismo es el único tipo de magnetismo que tiene la fuerza para producir una fuerza que se puede sentir. Un ferromaimán se puede definir como un material que puede exhibir un momento magnético neto en ausencia de un campo magnético externo.

Feynman, Richard

(n. 1918-d.1988), fue un físico que pasó la mayor parte de su vida trabajando en el Instituto de Tecnología de California (Caltech). También trabajó en el Proyecto Manhattan en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, donde ayudó a desarrollar la bomba atómica. Ganó el Premio Nobel de Física en 1965 por su trabajo en Electrodinámica Cuántica (QED). Desarrollé la formulación de ruta integral que usamos hoy en día y desarrolló un esquema de representación ilustrativo para el comportamiento de partículas subatómicas que se conoce como diagramas de Feynman. Caltech tiene una Cátedra de Física nombrada en su honor.

Fuera de su vida en la física, también fue miembro del panel que investigó el accidente del Space Shuttle Challenge y escribió dos libros de divulgación científica: & quot; ¡Seguro que está bromeando, Sr. Feynman! & Quot; y & quot; ¿Qué le importa lo que piensen los demás? ? & quot.

Fuerzas fundamentales

Hay cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza. Son el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y la gravitación.

La Fuerza Nuclear Débil está asociada con la radiactividad en núcleos inestables, específicamente la desintegración de un neutrón en un protón en forma de radiación Beta. Los bosones gauge que median la fuerza son los bosones W y Z. Esta interacción puede hacer que los quarks cambien de sabor.

La Fuerza Nuclear Fuerte une los quarks para formar nucleones, a su vez, también actúa para unir estos nucleones, formando núcleos atómicos. La fuerza está mediada por un intercambio de gluones, que son un tipo de bosón gauge. La carga asociada a esta fuerza, análoga a la carga eléctrica asociada al electromagnetismo, es la carga de color, de la que existen tres variedades: rojo, verde y azul. La teoría matemática que describe las partículas elementales que interactúan con esta fuerza, quarks y gluones, se conoce como cromodinámica cuántica (QCD). A niveles atómicos, es, con mucho, la más fuerte de todas las fuerzas, pero solo interactúa en una escala del orden de 10-15 m, y por lo tanto, aunque es increíblemente importante para la formación de materia, no juega ningún papel observable en el día a día. vida diurna.

El electromagnetismo es una fuerza asociada con la carga eléctrica asociada con ciertas moléculas. Junto con la gravitación, es una de las cuatro fuerzas que tiene un efecto notable en la vida humana cotidiana. Se manifiesta como dos campos diferentes, campos eléctricos y campos magnéticos, aunque son aspectos de la misma fuerza y, por tanto, interactúan entre sí a través de la inducción electromagnética. El bosón gauge que media esta fuerza es el fotón, que también es el quanta (paquete discreto) de luz y otras formas de radiación electromagnética, como la radiación infrarroja (la mayoría de la radiación térmica), los rayos X, la radiación ultravioleta, etc.

La gravitación es una fuerza de atracción entre dos cuerpos masivos. Los objetos en la Tierra son atraídos por la Tierra a través de la gravitación, por eso, cuando una manzana cae de un árbol, cae hacia la Tierra, en lugar de en cualquier otra dirección. La gravitación también da peso a los objetos, siendo el peso la masa de un objeto multiplicada por la fuerza gravitacional que actúa sobre él por otro objeto. La gravitación a escala universal se describe en la teoría de la relatividad general de Einstein, donde se describe como resultado de un espaciotiempo curvo. Clásicamente, ha sido descrito por la ley de gravitación de Newton, que es una aproximación precisa hasta cierto nivel de detalle. La gravedad está mediada por el todavía hipotético bosón gauge, el Gravitón. A nivel cuántico, no existe una teoría suficiente que pueda explicar la fuerza, aunque las cuerdas y la teoría M son candidatos potenciales. Explicar la gravedad a nivel cuántico es uno de los mayores desafíos de la física actual.

Teoría fundamental

Esto se refiere a las llamadas "quoteorías de todo", que intentan vincular las cuatro fuerzas fundamentales conocidas: electromagnetismo, la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y la gravitación. Se puede pensar que la teoría fundamental está más allá del modelo estándar. Esta etiqueta engloba teorías como la teoría de supercuerdas y la teoría M.

Galaxy UGC 1810, una galaxia espiral. En la parte inferior de la imagen hay un brazo de Galaxy UGC 1813, que interactúa con UGC 1810 (NASA / ESA / STScI / AURA)

Galaxia

Una galaxia es un grupo de estrellas ligadas gravitacionalmente, sistemas solares, remanentes estelares (como estrellas de neutrones), gas y polvo interestelar y misteriosa materia oscura. Hay muchas categorías diferentes de galaxias, incluidas espirales, elípticas, irregulares y lenticulares. Nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, consta de alrededor de 200 mil millones de estrellas, aunque las galaxias pueden tener tan solo diez millones y hasta cien billones.

Las galaxias forman estructuras a gran escala dentro del Universo debido a su atracción gravitacional, estas incluyen grupos, cúmulos, filamentos, vacíos, burbujas y supercúmulos.

Cúmulo de galaxias

Estos son grupos de galaxias atraídas juntas por la gravedad. Por lo general, contienen en algún lugar en el rango de 10 12 a 10 15 masas solares (es decir, de mil millones a un millón de billones de soles). Los racimos regulares normalmente tienen un núcleo central concentrado y una estructura esférica bien definida, los racimos irregulares no tienen un centro definido. Nuestro Grupo Local consta de aproximadamente 54 galaxias, incluida la galaxia espiral cercana y el miembro más grande del grupo, Andrómeda.

Encuesta de galaxias

Este es un mapeo / imagen de una sección del cielo para medir los desplazamientos al rojo de los objetos dentro de esa sección. La comparación de los desplazamientos al rojo entre diferentes fuentes electromagnéticas nos permite construir un mapa tridimensional del cielo, lo que nos permite conocer mejor las estructuras a gran escala dentro del Universo.

Grupo de calibre

Un grupo de indicadores es un conjunto de transformaciones de indicadores que afectan a un sistema de manera similar. Una transformación de calibre es una transformación que actúa sobre los grados de libertad redundantes dentro de un sistema, es decir, afecta una propiedad que realmente no tiene ningún significado físico en el nivel en el que opera el sistema.

Una transformación de indicador que es globalmente simétrica afecta a todos los puntos del espacio de la misma manera. Un ejemplo de esto sería una transformación de voltaje que establece que Voltaje1 = Voltaje2 + C (una constante). Si sustituimos el lado izquierdo de la ecuación con el derecho en las ecuaciones clásicas que tratan con electromagnetismo, no hay diferencia en el resultado y, por lo tanto, esto se mantendrá en cualquier diferencia de voltaje.

Si imponemos una simetría local en la transformación de calibre, también conocida como invariancia de calibre, estas transformaciones se vuelven muy significativas. Esto se debe a que la transformación es cierta, pero la transformación ahora es una función de la posición en el espacio y el tiempo.

Mediante la introducción de estas condiciones de invariancia de gauge en las ecuaciones cuánticas, se puede extrapolar que para las partículas que interactúan con fuerzas fundamentales, como el electrón, que transporta carga eléctrica y sobre el que actúa el electromagnetismo, existe un campo subyacente que también está experimentando un gauge. transformación. En el caso del electrón, es el campo electromagnético, del que los físicos ya eran conscientes, sin embargo, la invariancia de gauge ha postulado que el campo de gluones es la base de la cromodinámica cuántica, la teoría que explica la fuerza nuclear fuerte.

La relatividad general establece que el espacio-tiempo es un campo dinámico (Johnstone)

Relatividad general

Ésta es la descripción geométrica moderna de la gravedad. Dice que la fuerza gravitacional está relacionada con la curvatura del propio espacio-tiempo, es decir, con su geometría. Con este fin, generaliza la teoría de la relatividad especial de Einstein y la vincula a las leyes de la gravedad de Newton. A diferencia de la física no gravitacional, el espacio-tiempo no es solo un campo en el que tienen lugar los procesos físicos, sino que es un campo dinámico. El campo gravitacional en un tiempo fijo puede describirse mediante la geometría de las tres dimensiones espaciales en ese momento.

Gluón

Estos son bosones gauge que median la fuerza nuclear fuerte, una de las fuerzas fundamentales. Al igual que los fotones que median la fuerza electromagnética, los gluones no tienen masa en reposo y, por lo tanto, viajan a la velocidad de la luz. Aunque a diferencia de los fotones, que aunque median la fuerza electromagnética, son eléctricamente neutros, los gluones tienen carga asociada con la fuerza nuclear fuerte, o color. Hay 8 colores diferentes de gluón. Los gluones están confinados dentro de hadrones, partículas formadas por quarks (que tienen una carga de color) y su interacción está limitada a una distancia de aproximadamente 10-15 metros.

Gran Unificación

Gran Teoría Unificada

Después del Big Bang, el Universo estaba extremadamente caliente y extremadamente denso. Con estas energías, las leyes de la naturaleza que conocemos cambiaron. Las fuerzas fundamentales que vemos en la naturaleza se unificaron - el Universo estaba en un estado de Gran Unificación - es solo cuando el Universo se expandió y enfrió que la Gravitación, el Electromagnetismo y las fuerzas nucleares Fuerte y Débil dejaron de ser una sola. La teoría electrodébil describe la unificación de la fuerza nuclear débil y el electromagnetismo. Una Gran Teoría Unificada casará la teoría electrodébil con la fuerza nuclear fuerte, acercándonos a una unificación de las cuatro fuerzas fundamentales.

Ondas gravitacionales

Las ondas gravitacionales están propagando perturbaciones en el espacio-tiempo. El efecto de una onda gravitacional que pasa es estirar y comprimir periódicamente el espacio en las dos direcciones perpendiculares a la dirección de propagación. La tensión esperada en la Tierra debido a estas perturbaciones, que pueden ser causadas por la fusión de los agujeros negros, es muy pequeña, lo que hace que la detección sea extremadamente difícil.

Graviton

Esta es una partícula aún no descubierta que se cree que media la fuerza de la gravitación. Al igual que el fotón, que media la fuerza electromagnética y el gluón que media la fuerza nuclear fuerte, no tiene masa y, por lo tanto, viaja a la velocidad de la luz. Tiene un número cuántico de espines de 2 y es la única partícula sin masa con ese número de espín. Tiene carga eléctrica cero. Experimentalmente, el gravitón es increíblemente difícil de observar y está fuera del alcance de la física actual. La detección de ondas gravitacionales puede dar lugar a más información sobre los gravitones, pero aún no se han detectado. Las teorías de la gravedad cuántica son uno de los temas más importantes de la cosmología, y actualmente hay pocas teorías matemáticamente consistentes que puedan explicarlo. Una de estas teorías es la teoría M, que creemos que es la mejor explicación en este momento.

Una ilustración de un agujero negro rodeado por un disco de acreción. La imagen no tiene en cuenta los efectos distorsionantes de la lente gravitacional (XMM-Newton / ESA / NASA)

Radiación Hawking

Este es un tipo de radiación de cuerpo negro emitida por agujeros negros. Esta radiación es una forma de energía y debido a la relación de equivalencia energía-masa, E = mc 2, la pérdida de energía a través de esta radiación también conduce a una pérdida de masa para el agujero negro.Esto no solo significa que los agujeros negros no son verdaderamente negros (en el sentido de que tienen emisiones), sino que también significa que si no absorben más masa de la que irradian, eventualmente irradiarán hacia la nada. Este proceso se conoce como evaporación de un agujero negro.

Principio de incertidumbre de Heisenberg

El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que cuanto más precisamente determinada sea una de las dos propiedades, posición y momento, de una partícula, menos precisa será determinada la otra. Esto resulta de la naturaleza ondulatoria de las partículas y es independiente de quién está observando el momento o la posición, por lo que este principio no puede ser anulado por mejoras en la tecnología. Esto contrasta con el efecto de observador similar, que establece que al afectar la observación de una partícula, por ejemplo, al bombardear un electrón con rayos gamma, está cambiando su impulso y, por lo tanto, el observador no puede obtener un conocimiento preciso de ambos en ningún momento. hora.

El principio de incertidumbre también contrasta fuertemente con la mecánica ondulatoria clásica, que dice que se pueden asignar valores simultáneos precisos a diferentes cantidades físicas.

Principio holográfico

Este es un principio que opera dentro de ciertas teorías de cuerdas y teorías de la gravedad cuántica. Fue propuesto en 1993 por G. 't Hooft. Consta de dos afirmaciones básicas:

Afirmación 1 La primera afirmación del Principio Holográfico es que toda la información contenida en alguna región del espacio puede representarse como un "Holograma", una teoría que "vive" en el límite de esa región. Por ejemplo, si la región del espacio en cuestión es una habitación, entonces el principio holográfico afirma que toda la física que tiene lugar en la habitación puede ser representada por una teoría que se define en las paredes de la habitación.

Afirmación 2 La segunda afirmación del Principio Holográfico es que la teoría sobre el límite de la región del espacio en cuestión debe contener como máximo un grado de libertad por área de Planck.

Dentro de la teoría M, el principio holográfico sugiere que somos las sombras en la pared. La 'habitación' es un espacio-tiempo de cinco dimensiones más grande y nuestro mundo de cuatro dimensiones es solo el límite de este espacio más grande. Si intentamos alejarnos de la pared, nos estamos moviendo hacia una dimensión adicional del espacio: una quinta dimensión.

Hubble, Edwin

(n. 1889-d. 1953) fue una de las principales figuras de la astronomía del siglo XX. Usando el telescopio Hooker de 100 pulgadas en el Observatorio Mount Wilson en California, descubrió que las galaxias se están alejando de nosotros y entre sí a través de los cambios en la frecuencia que exhiben: el cambio de frecuencia de las emisiones electromagnéticas al extremo rojo del espectro. Esta comprensión fue crucial como evidencia de un Universo en expansión que, si se invierte, respalda la noción de un Big Bang al comienzo del Universo. No se le otorgó el Premio Nobel sobre la base de que, en ese momento, la investigación en astronomía no era elegible para el Premio Nobel de Física.

Ley de Hubble y constante

La ley de Hubble establece que todos los objetos en el espacio profundo (es decir, las galaxias) se alejan de nosotros y entre sí (como puede verse por el hecho de que están desplazados por Doppler), y que la velocidad de esta recesión es proporcional a su distancia. de la Tierra y otros cuerpos astrales. Está resumido matemáticamente por la ecuación: v = H0D, donde v es la velocidad de recesión, H0 es la constante de Hubble y D es la distancia de nosotros a la que se encuentra el cuerpo. H0 tiene un valor aproximado de 70 kms -1 Mpc -1 (kilómetros por segundo, por megaparsec), pero existe desacuerdo sobre su valor exacto.

El Universo experimentó un período de expansión inmediatamente después del Big Bang en el que su volumen se expandió en un factor de 10 26.

Inflación

Según la teoría de la inflación, el Universo temprano se expandió exponencialmente rápido durante una fracción de segundo después del Big Bang. Un modelo simple para la expansión del Universo es considerar el inflado de un globo. Una persona en cualquier punto del globo podría considerarse a sí misma como el centro de la expansión, ya que todos los puntos vecinos se están alejando.
Durante la inflación, el Universo se expandió en un factor de aproximadamente e 60 = 10 26. Este número es un uno seguido de 26 ceros. Trasciende las discusiones políticas / económicas normales sobre la inflación.

Inflaton

Se trata de una partícula hipotética y un campo escalar asociado con la inflación del Universo que ocurrió momentos después del Big Bang. Se teoriza que esto ocurrió debido a una transición de fase que permitió que el campo de inflación liberara energía potencial en forma de materia y radiación a medida que pasaba a un estado de energía más baja. Esta energía actuó como una fuerza repulsiva que inflaba el Universo.

Instanton

Calculamos la probabilidad de que un sistema en el estado A termine en el estado B mediante el uso de integrales de ruta. Este marco matemático utiliza contribuciones de todas las probabilidades de los caminos que podría tomar el sistema para terminar en el estado B para dar una respuesta.

Entonces, cuando usamos integrales de ruta para tratar de calcular cómo se ve el Universo temprano, miramos la geometría, que, como sabemos por la relatividad general, está relacionada con la gravedad y, por lo tanto, con la distribución de la materia, y tratamos de trabajar. hacia tiempos en los que el Universo estaba en un nivel cuántico. Por razones matemáticas, no trabajamos en tres dimensiones de espacio y una de tiempo, sino en cuatro dimensiones de espacio-tiempo o cuatro dimensiones de geometría.

Las integrales de ruta funcionan bien en sistemas a gran escala, pero no tan bien a nivel cuántico; se debe utilizar una aproximación. Esto se conoce como aproximación semiclásica, porque su validez se encuentra en algún lugar entre la física clásica y la cuántica.

En la aproximación semiclásica se argumenta que la mayoría de las geometrías de cuatro dimensiones que ocurren en la integral de trayectoria darán contribuciones muy pequeñas a la integral de trayectoria y, por lo tanto, estas pueden despreciarse. La integral de trayectoria se puede calcular simplemente considerando algunas geometrías que dan una contribución particularmente grande. Estos se conocen como instantons. Los instantones no existen para todas las opciones de geometría del límite tres, sin embargo, esas tres geometrías que admiten la existencia de instantones son más probables que las que no lo hacen. Por lo tanto, la atención suele limitarse a tres geometrías cercanas a estas.

Recuerde que la integral de trayectoria es una suma de geometrías con cuatro dimensiones espaciales. Por lo tanto, un instante tiene cuatro dimensiones espaciales y un límite que coincide con las tres geometrías, o la geometría del Universo en un momento dado, cuya probabilidad deseamos calcular. Los instantones típicos se asemejan a superficies (cuatridimensionales) de esferas con las tres geometrías cortando la esfera por la mitad. Se pueden usar para calcular el proceso cuántico de creación del Universo, que no se puede describir usando la relatividad general clásica. Por lo general, solo existen para tres geometrías pequeñas, correspondientes a la creación de un Universo pequeño. Tenga en cuenta que el concepto de tiempo no surge en este proceso. La creación del universo no es algo que tiene lugar dentro de una arena más grande del espacio-tiempo: el instante describe la aparición espontánea de un Universo literalmente de la nada. Una vez que existe el Universo, la cosmología cuántica puede aproximarse mediante la relatividad general para que aparezca el tiempo.

Interconmutación de cuerdas largas en un cristal líquido. El intercambio de dos cuerdas termina en el cruce

Intercomunicación y producción de bucles de amplificador

Hay propiedades exhibidas por cuerdas cósmicas. Interfuncionamiento se refiere a un proceso por el cual el intercambio de cadenas termina cuando se encuentran. Se produce un bucle cada vez que una cadena se intercomunica consigo misma. Aunque no se han detectado cuerdas cósmicas, este proceso de interconmutación se puede ver en ciertos cristales líquidos.

Interferómetro

Un interferómetro es una máquina que utiliza un proceso de interferencia de ondas para conocer las ondas en cuestión. Es decir, las ondas se superponen sobre sí mismas para descubrir sus propiedades.

Teoría de Kaluza-Klein

La Teoría de Kaluza-Klein es una teoría que busca unificar dos de las cuatro interacciones fundamentales gravitación y electromagnetismo. Una teoría similar, la Teoría Electrodébil, ya unifica la fuerza nuclear débil y el electromagnetismo. Sus propuestas extienden la relatividad general al espacio-tiempo de cinco dimensiones.

Kelvin

La unidad SI (o base) para la medición de temperatura. Kelvin y Celsius tienen la misma escala de magnitud, por lo tanto, puede transformar un Kelvin en Celsius agregando 273.16 al número. Mientras que la escala Celsius se creó dividiendo la diferencia de temperatura entre el agua congelada y hirviendo por cien y etiquetando el punto de congelación del agua como 0, 0 Kelvin es el punto descrito por Lord Kelvin (que da nombre a la unidad) como & quot; frío infinito & quot , o cero absoluto.

Mecanismo de croquetas

Este es el mecanismo por el cual se forman los defectos topológicos cósmicos durante una transición de fase.

Los efectos causales en el Universo temprano solo pueden propagarse a la velocidad de la luz. Esto significa que en un momento t, las regiones del Universo separadas por más de una distancia d = ct no pueden saber nada unas de otras. En una transición de fase de ruptura de simetría, diferentes regiones del Universo elegirán caer en diferentes mínimos en el conjunto de estados posibles. Los defectos topológicos son precisamente los "límites" entre estas regiones con diferentes opciones de mínimos y, por lo tanto, su formación es una consecuencia inevitable del hecho de que diferentes regiones no pueden ponerse de acuerdo sobre sus opciones.

Leyes de la termodinámica

Son leyes que definen las propiedades físicas fundamentales que caracterizan a los sistemas termodinámicos. Estos son la temperatura, la energía y la entropía (una propiedad que trabaja los sistemas hacia el equilibrio). Ellos son:

La ley cero: si dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercero, también deben estar en equilibrio térmico entre sí.

La Primera ley: el calor y el trabajo son formas de transferencia de energía.. Ésta es la ley de conservación de la energía. La energía interna en un sistema cerrado puede cambiar si el calor o el trabajo se transfieren dentro o fuera del sistema.

La segunda ley: la entropía de cualquier sistema aislado que no esté en equilibrio térmico casi siempre aumenta. Es decir, un sistema aislado trabajará hacia el equilibrio térmico.

La tercera ley: la entropía de un sistema se acerca a un valor constante cuando la temperatura se acerca a cero.

Año luz

Esto no es, a pesar del nombre, una medida de tiempo, sino más bien una medida de duración. Es la longitud que la luz viajará en el vacío en un año, es decir, 365,25 días. Su valor exacto es 9,460,730,472,580,800 metros, pero está dado aproximadamente por 9.4607x10 15 m. Esto se calcula multiplicando el número de días (365,25) por el número de segundos de cada día (86,400) y luego multiplicando eso por la velocidad de la luz en el vacío, que es 299,792,458 metros por segundo.

Durante una transición de fase, los campos de materia se mueven desde un estado de 'falso vacío' de mayor energía al estado de 'vacío verdadero' de menor energía, en el que aparecen en una nueva fase. Este nuevo estado está representado por el mínimo

Mínimo local

En una función matemática, los valores más alto y más bajo de esa función, sobre el dominio de dicha función, se definen como los puntos máximo o mínimo respectivamente. Un valor local mínimo o máximo se define tomando el valor más alto o más bajo en la función sobre solo una parte del dominio. Un ejemplo de una función con varios mínimos y máximos locales sería un gráfico de sin (x), que no tiene un valor máximo o mínimo general, sino varios máximos y mínimos locales de valores respectivos iguales.

Luminosidad

El brillo de un objeto (en nuestro contexto, un objeto astronómico) medido por el flujo o la intensidad de la radiación electromagnética que emite el objeto.

Era de la materia

Durante la era de la radiación, poco después del Big Bang, el Universo estaba formado por protones, neutrones y electrones en movimiento libre y otras partículas, incluidos los iones de helio. Toda la radiación fue absorbida por estos electrones libres, haciendo que el Universo se volviera opaco. Cuando el Universo se expandió lo suficiente, la radiación ya no pudo interactuar con los electrones, lo que provocó que el Universo se volviera transparente. Este proceso se llama desacoplamiento y marcó el comienzo de la era de la materia. Los electrones, que ahora ya no absorben radiación, se unieron a los iones para formar átomos neutros. A través de la gravedad, estos átomos se agruparon, formando finalmente estrellas, galaxias y otros cuerpos estelares.

Monopolo

Estos son objetos de dimensión cero (en forma de puntos) que se forman cuando se rompe una simetría esférica. Se predice que los monopolos son supermasivos y llevan carga magnética. La existencia de monopolos es una predicción inevitable de las grandes teorías unificadas (GUT). Este es uno de los enigmas de la cosmología estándar.

¿La Teoría-M resultará ser la teoría que finalmente une las fuerzas fundamentales de la naturaleza?

Teoría M

Tenemos cinco Teorías de Cuerdas consistentes que pueden describir tanto las fuerzas como la materia en nuestro Universo. Sin embargo, no tenemos las herramientas para explorar las teorías en general, los valores posibles de los parámetros en las teorías. En los últimos años, sin embargo, hemos podido explorar estas teorías más a fondo, y ahora creemos que estas cinco teorías de cuerdas son todos aspectos diferentes de la misma teoría subyacente: M-Teoría. La teoría M va más allá de la teoría de cuerdas, ya que predice no diez, sino once dimensiones del espacio-tiempo. La teoría podría tener como objeto fundamental una membrana, en contraposición a una cuerda, que parecería cuerdas cuando se enrolla en la undécima dimensión. Es por esta razón que la M en M-Theory originalmente se refería a una Membrana. Hoy en día, sin embargo, la M no se refiere específicamente a nada, y puede significar Misterio, o "Madre de todos", porque la Teoría M todavía es en gran parte desconocida.

Gas y otra materia interestelar dentro de la Nebulosa de Orión (NASA / JPL-Caltech / STScI)

Nebulosa

Vastas nubes de crepúsculo interestelar, hidrógeno, helio y gas ionizado. A medida que la masa de una nebulosa crece debido a la leve atracción gravitacional de polvo entre sí, la masa se compacta lo suficiente para formar estrellas. Otro material dentro de la nebulosa, como el polvo, puede agruparse para formar planetas y otros objetos planetarios. Originalmente, cualquier objeto astronómico grande se denominaba nebulosa, en particular otras galaxias.

Cristal líquido nemático

Un cristal líquido es una fase de la materia que exhibe propiedades en algún lugar entre las exhibidas por un cristal líquido y sólido. Cuando se ven en alta resolución, pueden parecer texturizadas, ya que las moléculas pueden fluir libremente de manera limitada, siempre que permanezcan dentro de una estructura similar a un cristal. Los cristales líquidos se utilizan ampliamente en televisores y pantallas de computadora.

La fase nemática de un cristal líquido depende de la temperatura. Cuando se encuentran en esta fase, las moléculas clamíticas (en forma de varilla) se alinean individualmente aproximadamente paralelas entre sí en su eje longitudinal, de manera similar a los cigarrillos en un paquete. El resultado de esto es que las moléculas fluyen libremente dentro de este orden direccional. En esta fase, los cristales pueden mostrar signos de intercomunicación y producción de bucles, que son propiedades que se espera exhiban las cuerdas cósmicas.

Una impresión artística de una estrella de neutrones (NASA / Dana Berry)

Estrella neutrón

Una estrella de neutrones se forma a partir del colapso de una estrella más grande que ha sufrido una supernova. Estas estrellas, como su nombre indica, están compuestas principalmente por neutrones. Las estrellas de neutrones son extremadamente calientes. Por lo general, tienen masas entre aproximadamente 1 y 2 masas solares (1 masa solar es aproximadamente 2x10 30 kg, que es aproximadamente 333,000 veces la masa de la Tierra), a pesar de estar en algún lugar del orden de 10 15 más pequeño en radio que el Sol, que los hace extremadamente densos. Cuanto más compacta es una estrella de neutrones, más probabilidades hay de que forme un agujero negro. Esto ocurre cuando la densidad de la estrella se vuelve tan grande que la fuerza gravitacional que ejerce sobre sí misma es mayor que su presión interna, provocando un colapso en un agujero negro.

Propuesta sin límites

Este fue desarrollado en 1983 por Stephen Hawking y James Hartle. Describe una situación en la que el Universo puede surgir espontáneamente de literalmente nada. Una vez que existe el Universo, la cosmología cuántica puede aproximarse mediante la relatividad general para que aparezca el tiempo.

Nucleón

Una partícula es un nucleón si es una partícula que forma un núcleo atómico. Hay dos nucleones: protones y neutrones.

Orbifold

Se trata de variedades complicadas que, como las de Calabi-Yau, pueden ser el espacio en el que se encuentran dentro de ellas seis dimensiones adicionales propuestas por ciertas teorías de cuerdas.

Cosmología de partículas

El estudio del Universo hasta alrededor de 10-11 segundos después del Big Bang. Durante este tiempo, las fuerzas electrodébiles y fuertes se unificaron en una gran fase unificada, que cambió rápidamente para separar las fuerzas fuertes y electrodébiles. Más adelante, la interacción electrodébil se separó para convertirse en electromagnetismo y fuerza nuclear débil. Es posible alcanzar regímenes de temperatura dentro de esta cosmología, lo que nos permite probar teorías experimentalmente. Sin embargo, todavía se requiere especulación dentro de este período de tiempo.

Integral de ruta

Un enfoque matemático de la teoría cuántica no gravitacional, presentado por Richard Feynman de Caltech. En el enfoque integral de trayectoria, la probabilidad de que un sistema en un estado inicial A evolucione a un estado final B se da sumando una contribución de cada historia posible del sistema que comienza en A y termina en B. La integral de ruta a menudo se denomina "suma de historias". Para sistemas grandes, las contribuciones de historias similares se cancelan entre sí en la suma y solo una historia es importante. Esta historia es la historia que predeciría la física clásica. Por ejemplo, un sistema en la posición inicial de una pelota en una colina no simétrica. La probabilidad de que el sistema termine en la posición final de la bola en la parte inferior de la colina en el lado más empinado está dada por la suma de las probabilidades de todos los caminos que esa bola podría tomar, incluida la bajada por el otro lado. de la colina.

Por razones matemáticas, las integrales de trayectoria se formulan en un fondo con cuatro dimensiones espaciales en lugar de tres dimensiones espaciales y una dimensión de tiempo. Existe un procedimiento conocido como "continuación analítica" que se utiliza para convertir los resultados expresados ​​en términos de cuatro dimensiones espaciales en resultados expresados ​​en términos de tres dimensiones espaciales y una dimensión de tiempo. Esto convierte efectivamente una de las dimensiones espaciales en la dimensión de tiempo. Esta dimensión espacial a veces se denomina tiempo "imaginario" porque implica el uso de los llamados números imaginarios.

La formulación de la integral de trayectoria de la gravedad cuántica tiene muchos problemas matemáticos. Tampoco está claro cómo se relaciona con los intentos más modernos de construir una teoría de la gravedad cuántica como la teoría de cuerdas / M. Sin embargo, se puede utilizar para calcular correctamente cantidades que se pueden calcular de forma independiente de otras formas, p. temperaturas y entropías de los agujeros negros.

Argón congelado, que se funde en argón líquido y al mismo tiempo se evapora en argón gaseoso. El argón se derrite a 83,8 grados Kelvin y hierve a 87,3 Kelvin (Wikimedia commons)

Transición de fase

Una transición de fase es el cambio en las propiedades y la forma de la materia debido a los cambios de temperatura. Por ejemplo, el agua cambia de hielo sólido a agua líquida a vapor o vapor gaseoso. A medida que la temperatura desciende y ocurren las transiciones de fase, la simetría de la materia resultante se reduce; nuevamente, el vapor es más simétrico que el agua, que es más simétrica que el hielo. En términos de cosmología, cuando ocurre una transición de fase en el Universo temprano, se forman defectos topológicos. Algunas de las simetrías que se rompieron en el Universo temprano llevaron a que las cuatro fuerzas fundamentales se convirtieran en fuerzas discretas. A temperaturas más altas, se reúnen en un estado unificado.

Fotones enfocados en un rayo láser

Fotón

El fotón es una partícula elemental. Es un bosón gauge, en el sentido de que media una de las fuerzas fundamentales. En el caso del fotón, es la fuerza electromagnética. Como mediadores de la fuerza electromagnética, nos permiten ver las cosas a través de la parte de luz visible del espectro electromagnético y, por lo tanto, a menudo se intercambian con "luz". Como no tienen masa en reposo, pueden viajar a la velocidad más rápida posible, que se conoce como la & quot; velocidad de la luz & quot; (299.792.458 metros por segundo) en un vacío perfecto. Su giro es 1 y sin carga eléctrica.

Área de Planck

Esta es simplemente la longitud de Planck al cuadrado. Dado que la longitud de Planck es una unidad fundamental de longitud, el área de Planck también es una unidad fundamental de área.

Constante de Planck, h

Este es el tamaño de los cuantos de energía (paquetes discretos de energía) en la mecánica cuántica; por lo tanto, es la cantidad más pequeña de energía que cualquier cosa puede contener. Es la constante de proporcionalidad entre la energía de un fotón y la frecuencia de la onda electromagnética asociada, como se indica en la ecuación de Planck-Einstein que vincula los dos: E = hv, donde v es la frecuencia, h es la constante de Planck y E es la energía. . Su valor es 6.6260695729 × 10 −34 J.s

Época de Planck

Este es el período de tiempo más temprano, desde el comienzo del tiempo hasta 10 a 43 segundos después del comienzo del tiempo. Durante este período, las fuerzas fundamentales de la naturaleza se unificaron debido a la inimaginable temperatura del Universo, y se cree que la gravedad era tan fuerte como las otras fuerzas (ahora es, con mucho, la más débil de las fuerzas).

Longitud de Planck

Muy muy pequeña unidad de longitud. Su valor exacto es 1.61619997x10 -35 m. Es una unidad base dentro del sistema de unidades de Planck y se calcula usando la velocidad de la luz, c, la constante de Planck, hy la constante gravitacional, G. Específicamente, está dada por la raíz cuadrada de & # 295G / c 3 donde & # 295 es la constante de Planck reducida, o la constante de Planck dividida por 2 & # 960. Es la longitud medible más corta que existe. Discutir la longitud en una escala más corta que esta no tendría sentido porque es una imposibilidad física medir por debajo de esta longitud. Una teoría que pudiera describir las leyes físicas a este nivel sería de gran utilidad en la búsqueda de una teoría del todo.

Energía potencial

Ésta es la energía que existe en un cuerpo debido a su posición dentro de un sistema. Las fuerzas actúan sobre el cuerpo para restaurarlo a un estado o configuración de energía más baja, esta diferencia en los estados de energía es la energía potencial. Cuando la fuerza actúa sobre el cuerpo, la energía contenida dentro del cuerpo se convierte en alguna otra forma de energía, esto ocurre porque la ley de conservación de la energía establece que la energía no se puede crear ni destruir.

Un ejemplo de energía potencial que se convierte en otra energía sería en alguien que practica paracaidismo. La posición de la persona (el cuerpo en el sistema) en el sistema (la Tierra), es decir, estar en lo alto del aire en un avión, le da a la persona energía potencial gravitacional. Una vez que saltan del avión, este potencial gravitacional se convierte en energía cinética cuando la persona cae hacia la Tierra. Una vez que han aterrizado, su posición, en la superficie de la Tierra, significa que tienen cantidades más bajas de energía potencial gravitacional y han sido restaurados a un estado de energía más baja.

Cromodinámica cuántica (QCD)

Esta es la teoría que explica la fuerza nuclear fuerte que está mediada por gluones entre diferentes quarks. La carga de esta fuerza se conoce como color. La fuerza, que se produce debido a un intercambio de estos gluones, no se debilita con la distancia, como lo hace la gravedad, sino que permanece constante, del orden de varios miles de Newtons. Esto significa que en ningún momento ningún quark se separa de otro, por lo que los quarks solo se pueden observar a nivel de hadrones. Esta propiedad se llama confinamiento. Otra propiedad dentro de QCD es la libertad asintótica. Esto da como resultado una interacción muy débil entre quarks y gluones durante reacciones de energía extremadamente alta.

Cosmología cuántica

Este es el estudio de la cosmología en regímenes de temperatura en los que se unificaron las cuatro fuerzas fundamentales. Esta unificación, se teoriza, ocurrió desde el Big Bang hasta unos 10-43 segundos después del Big Bang. Debido a las temperaturas involucradas, toda la cosmología cuántica es teórica y altamente especulativa.

Teoría cuántica de campos

La teoría cuántica de campos es un marco que permite la extensión de la mecánica cuántica, que se ocupa de partículas individuales, a sistemas de campo que operan de forma relativista. Las teorías cuánticas de campos se han utilizado para describir cómo actúan tres de las cuatro fuerzas fundamentales, mediadas por un intercambio de partículas llamadas bosones. El fotón y el gluón, por ejemplo, se intercambian entre electrones y quarks en el caso del electromagnetismo y la fuerza nuclear fuerte, respectivamente.

Con la teoría cuántica de campos, estos campos naturales impregnan un área del espacio. Las partículas que median estos campos, los bosones gauge asociados con el campo (como el fotón antes mencionado con electromagnetismo), son cuantos de estos campos, es decir, ondas en el campo que transportan pequeñas cantidades de energía, otras partículas que actúan dentro del campo, por Por ejemplo, el electrón dentro del campo electromagnético, se piensa de una manera similar, aunque con ondulaciones y excitaciones diferentes. Estos campos son de rango variable. El campo de color dentro de la teoría del campo cromodinámico cuántico, por ejemplo, actúa en un rango entre quarks dentro de un nucleón. Otros campos, como el campo electromagnético, son de alcance y alcance infinitos.

Gravedad cuántica

La búsqueda de una teoría de la gravedad cuántica es la búsqueda de una teoría que pueda explicar los efectos de la fuerza fundamental de la gravedad como lo explica la relatividad general a nivel cuántico, y unirlos con la mecánica cuántica, que es una serie de modelos que explicar las otras fuerzas fundamentales las fuerzas nucleares fuertes nucleares débiles y electromagnéticas. Los ejemplos de gravedad cuántica incluyen la teoría de cuerdas, la gravedad cuántica de bucles y la teoría M.

Transición quark-hadrón

Esta transmisión de fase se produjo aproximadamente una millonésima de segundo después del Big Bang. Esto fue cuando el plasma de quarks-gluones experimentó una transición de fase, lo que provocó que los quarks se formaran en materia hadrónica, es decir, nucleones.

Desde el descubrimiento de la expansión acelerada del Universo se ha publicado, en promedio, un artículo publicado por día tratando de explicarlo (Sir Cam)

Quintaesencia

La quintaesencia es una teoría de la energía oscura, dada para explicar la aceleración de la expansión del Universo y rsquos. Es una ecuación dinámica, que resulta en una fuerza atractiva o repulsiva dependiendo de la cantidad de energía cinética relativa a la energía potencial en el Universo. Como fuerza repulsiva, supera la gravedad y la atracción rsquos a gran escala, lo que resulta en una expansión acelerada. Se cree que la quintaesencia se volvió repulsiva hace aproximadamente 10 mil millones de años.

Era de la radiación

Esto se refiere a un período de tiempo desde justo después del Big Bang hasta aproximadamente 300.000 años después de su comienzo. Durante este tiempo, el Universo consistió en protones, neutrones y electrones en movimiento libre y otras partículas. Toda la radiación fue absorbida por estos electrones libres, haciendo que el Universo se volviera opaco. Protones y neutrones se combinaban para formar deuterio, un isótopo pesado de hidrógeno, y luego helio, sin embargo, la temperatura del Universo era tan alta que estos existían como iones libres en el plasma que era el Universo. Fue solo cuando el Universo se expandió lo suficiente que los electrones ya no absorbieron la radiación y, en cambio, se unieron a los iones para formar átomos neutros. Esto forma el comienzo de la era de la materia, en la que todavía existimos.

Recombinación

La recombinación fue un período de tiempo, aproximadamente 300.000 años después del Big Bang, en el que los electrones y protones se unieron para formar átomos de hidrógeno. Antes de que pasaran 300.000 años, el Universo todavía estaba demasiado caliente para que se formaran átomos de hidrógeno. Solo después de que el Universo se había expandido lo suficiente, el Universo se enfrió lo suficiente, haciendo posible la formación de hidrógeno.

Este es un ejemplo de corrimiento al rojo. La galaxia resaltada es el objeto más antiguo de la imagen y, como está más lejos, su radiación se ha movido hacia el extremo rojo del espectro electromagnético (Donald Schneider y Xiaohui Fan, SDSS Collaboration).

Redshift

Cuando la fuente de una onda se aleja de nosotros, observamos un cambio de frecuencia de esa onda. Un ejemplo sería una ambulancia o un camión de bomberos: escuchamos un tono más bajo en su sirena una vez que nos ha pasado. Este es el efecto Doppler. Sin embargo, no se limita a las ondas sonoras, sino a cualquier tipo de ondas, incluidas las electromagnéticas.

Esto significa que a medida que una fuente de ondas electromagnéticas se aleja de nosotros, la frecuencia de la onda disminuirá. Como la frecuencia y la longitud de onda están inversamente relacionadas, una sube y la otra baja, la longitud de onda aumentará. Esto desplaza la longitud de onda más cerca del extremo rojo del espectro (esto, cuando se habla de la parte visible del espectro electromagnético, por supuesto, la longitud de onda puede no estar en la parte visible).

Esto es un corrimiento al rojo, y es algo que detectamos en galaxias lejanas y otras fuentes electromagnéticas. Esto nos lleva a la conclusión de que el Universo se está expandiendo.

Campos escalares

Estos asocian un valor escalar (ya sea un número o una cantidad física) a cada punto en un espacio dentro del campo. Los ejemplos de campos escalares incluyen distribución de presión, variación de temperatura y campos gravitacionales.

El campo gravitacional de un agujero negro creará y emitirá partículas hasta el infinito

Singularidad

Este es un punto en el espacio-tiempo donde la curvatura del espacio-tiempo se vuelve infinita. Es un área de densidad extremadamente alta hacia la que se atrae materia o luz. Las singularidades se pueden encontrar tanto en el centro de los agujeros negros como por sí mismas. Dentro de una singularidad, las leyes de la física están distorsionadas hasta el punto de que ya no son aplicables.

Tiempo espacial

El espacio-tiempo es el concepto de que el espacio y el tiempo forman parte del mismo continuo. Usamos las tres dimensiones típicas que son cotidianas y comunes, las dimensiones x, y y z utilizadas en geometría, atribuyendo una cuarta dimensión del tiempo. Esto nos permite trazar un mapa de cualquier evento que tenga lugar en el Universo mediante un conjunto de coordenadas tres del espacio para darnos la ubicación, y una de tiempo para darnos cuándo ocurrió el evento. Esta fusión de tiempo y espacio es importante y debe tenerse en cuenta, porque la relatividad nos dice que la tasa observada de paso del tiempo cambia con respecto a la velocidad de un objeto en relación con el observador. Los campos gravitacionales también pueden cambiar el paso del tiempo. En escalas cuánticas, por lo tanto, es importante tener en cuenta el tiempo dentro de los marcos teóricos, mientras que en la física clásica esto es innecesario. La estructura del espacio-tiempo se detalla en la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Relatividad especial

Esta teoría establece la estructura del espacio-tiempo. Se basa en el principio de relatividad establecido por Galileo, que establece que no existe un estado absoluto de reposo y que todo movimiento es relativo a otro movimiento. Hay dos principios que se establecen en la teoría de que las leyes de la física son las mismas para los observadores cuyo movimiento es uniforme entre sí y que la velocidad de la luz en el vacío es la misma para todos los observadores, independientemente de cualquier movimiento relativo. . Esto significa que con diferentes velocidades relativas, los observadores experimentarán diferentes leyes físicas. Los efectos de estos principios se pueden ver de diversas formas. Uno de los más interesantes es la dilatación del tiempo. Un reloj que está parado frente a ti marcará más rápido que un reloj que se está alejando de ti. Se ha demostrado que esto es cierto para los astronautas, que regresan del espacio más jóvenes de lo que hubieran sido si hubieran permanecido en la Tierra. Otra consecuencia bien conocida de la teoría es la relación de equivalencia energía-masa, definida por la ecuación E = mc 2, probablemente la ecuación más famosa de todos los tiempos. Esto establece que la energía y la masa son intercambiables y están relacionadas en función de la velocidad de la luz en el vacío, c. Se muestra que la velocidad de la luz en el vacío, c, no es solo una velocidad a la que viajan los fotones, es una constante cosmológica clave que está relacionada con la naturaleza del espacio y el tiempo. La relatividad especial nos muestra que cualquier objeto con masa en reposo no puede viajar a la velocidad de la luz.

Velocidad de la luz, C

La velocidad a la que los fotones, o de hecho cualquier partícula con masa en reposo cero (como la energía y la masa son equivalentes como se muestra en la ecuación E = mc 2, una partícula que está viajando tendrá energía cinética y, por lo tanto, más masa que una partícula en reposo), viajará en el vacío. Su valor es de 299.792.458 metros por segundo (ms -1). Como se explica en la teoría de la relatividad especial, la velocidad de la luz es la más rápida que puede viajar cualquier forma de energía o información en el Universo.

Una propiedad cuántica intrínseca de las partículas que se define por un número de espín que puede ser un entero entero (1, 2, 3, etc.) o un medio entero (1/2, 3 / 2,5 / 2, etc.), y puede ser positivo o negativo. Es una propiedad que exhiben todas las partículas, siendo la única excepción conocida el bosón de Higgs, aunque se han hipotetizado otras partículas con spin cero, como el inflatón. Hasta cierto punto, es fácil hacer una analogía del giro cuántico con el giro rotacional clásico que encontramos en la vida cotidiana, por ejemplo, con una peonza.

Las partículas que están cargadas eléctricamente, como los electrones o los positrones, generarán un campo magnético a través de su giro, ya que el movimiento de una carga eléctrica generará automáticamente campos magnéticos. Esta analogía, sin embargo, solo nos lleva hasta cierto punto.

Diferentes números cuánticos de espín pueden darnos ideas sobre la simetría de estas partículas. Una partícula con giro cero se ve exactamente igual desde todos los lados. Una partícula con giro se verá diferente si se gira, pero recuperará su simetría si se gira un cierto número de veces. En este caso, resulta útil una analogía de una baraja de cartas. Considere cualquier carta de figura, estas son simétricas cada vez que las gira a la mitad, o 180 grados. Considere ahora el As de los espacios. Esta tarjeta, si se coloca con la punta del espacio hacia arriba mientras la mira, requerirá una rotación completa de 360 ​​grados hasta que vuelva a tener el mismo aspecto. Una partícula con giro 1 actuará como un As de espacios, requiriendo una rotación completa, mientras que una partícula de giro 2 será simétrica mediante rotaciones de 180 grados. Una partícula de medio giro requerirá dos rotaciones para ser simétrica. Este tipo de simetría rotacional no tiene análogo en el mundo macroscópico.

Fundamentalmente, el hecho de que una partícula tenga la mitad o un espín entero entero nos dice cómo reacciona. Las partículas con espín medio entero, o Fermiones, obedecen a un conjunto de estadísticas conocidas como estadísticas de Fermi-Dirac. Las partículas con espín entero entero, o bosones, obedecen a un conjunto llamado estadísticas de Bose-Einstein. Una de las diferencias clave entre estos dos conjuntos de estadísticas es que las partículas que obedecen a las estadísticas de Fermi-Dirac están sujetas al principio de exclusión de Pauli. Esto establece que las partículas pueden no ocupar el mismo estado cuántico que las demás. Fundamentalmente, esto significa que no se puede hacer que los fermiones del mismo estado cuántico ocupen el mismo espacio. Es por eso que los fermiones son las partículas que componen la materia del Universo. Incluyen quarks, que se combinan para formar protones y neutrones, y leptones, un conjunto de partículas que incluyen electrones. Los bosones, que no obedecen a las estadísticas de Fermi-Dirac y, en consecuencia, no están sujetos al principio de exclusión de Pauli, cumplen otros roles, algunos median las fuerzas fundamentales de la naturaleza, estos son los bosones gauge y el bosón de Higgs da lugar a masa en otras partículas. .

La cronología de nuestro Universo, tal como la describe la cosmología estándar. Haga clic para una imagen más grande

Cosmología estándar

También conocido como modelo ΛCDM o Lambda-CDM, este es el mejor y más utilizado modelo para explicar la expansión del Universo, los orígenes del fondo cósmico de microondas, la nucleosíntesis de elementos ligeros y la formación de galaxias y estructuras a gran escala.

Mecánica estadística

Se trata de un conjunto de herramientas matemáticas que nos permiten estudiar las propiedades termodinámicas, como el trabajo, el calor y la entropía, de una gran cantidad de partículas, lo que nos permite mirar tanto a nivel atómico como a nivel macroscópico en detalle del sistema. Esto nos permite explicar la termodinámica de formas que se aplican tanto a la física clásica como a la cuántica, y nos permite extrapolar predicciones macroscópicas a partir de propiedades microscópicas.

El panorama de la teoría de cuerdas: los universos estables existen como valles en este diagrama de energía, pero hay muchas posibilidades para nuestro Universo

Teoria de las cuerdas

En el modelo estándar de física de partículas, las partículas se consideran puntos que se mueven a través del espacio, trazando una línea llamada World Line. Para tener en cuenta las diferentes interacciones observadas en la naturaleza, es necesario proporcionar a las partículas más grados de libertad que solo su posición y velocidad. Estos incluyen masa, carga eléctrica, color (que es la "carga" asociada con la interacción fuerte) y el giro. Este modelo fue diseñado dentro de un marco conocido como Teoría Cuántica de Campos (QFT), que nos permite construir teorías consistentes tanto con la mecánica cuántica como con la teoría especial de la relatividad.Estas teorías describen con gran éxito tres de las cuatro interacciones conocidas en la naturaleza: electromagnetismo, las fuerzas nucleares fuerte y débil. Desafortunadamente, la gravedad, como la describe la Relatividad General de Einstein & rsquos, no encaja en este esquema.

La teoría de cuerdas reemplaza estos diferentes tipos de partículas con un solo bloque de construcción fundamental: a & ldquostring & rdquo. Estos pueden estar cerrados, como bucles, o abiertos, como un cabello. A medida que la cuerda se mueve en el tiempo, traza un tubo o una hoja (dependiendo de si está cerrada o abierta). Esta cuerda puede vibrar libremente, y los diferentes modos de vibración de la cuerda representan los diferentes tipos de partículas, ya que los modos de diferencia se ven como masas o giros diferentes.

Un modo de vibración, o & lsquonote & rsquo, hace que la cuerda aparezca como un electrón y otro como un fotón. Incluso hay un modo que describe el gravitón, la partícula que lleva la fuerza de la gravedad. Esto significa que podemos dar sentido a la interacción de los gravitones de una manera que no podríamos en QFT. Es esta capacidad de la teoría de cuerdas para crear un modelo válido que incluye las cuatro interacciones fundamentales lo que la ha denominado como una & lsquoTheory of Everything & rsquo.

El problema es que hay cinco versiones diferentes de la teoría de cuerdas. Es por eso que ahora miramos a la Teoría M, que tiene lugar para las cinco teorías, como la mejor solución a nuestra & lsquoTheory of Everything & rsquo. Como punto a destacar, la teoría de cuerdas predice que el espacio-tiempo tiene diez dimensiones. Aunque solo tenemos tres dimensiones de espacio y una de tiempo, podemos asumir que seis de estas dimensiones están enrolladas muy apretadas, por lo que es posible que nunca seamos conscientes de su existencia. Tener estas denominadas dimensiones compactas es muy beneficioso, ya que podemos sugerir que los grados de libertad, como la carga eléctrica de un electrón, pueden surgir simplemente como movimiento en las dimensiones extracompactas.

Fuerzas fuertes y electrodébiles

Hay cuatro fuerzas fundamentales en la naturaleza. Son el electromagnetismo, la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y la gravitación. La fuerza nuclear débil está asociada con la radiactividad en núcleos inestables, específicamente la desintegración de un neutrón en un protón. Cuando la temperatura es lo suficientemente alta, como la del Universo poco después del Big Bang, el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil se fusionarán para formar la fuerza electrodébil.

La Fuerza Nuclear Fuerte une neutrones y protones dentro de los núcleos. La teoría matemática que describe las partículas elementales en esta teoría, quarks y gluones, se conoce como cromodinámica cuántica (QCD).

Las teorías que unifican la fuerza nuclear fuerte con la teoría electrodébil se conocen como grandes teorías unificadas, de GUT.

Supercúmulo

Un supercúmulo es un vasto grupo (son algunas de las estructuras más grandes del Universo) de cúmulos y grupos de galaxias más pequeños. Pueden abarcar entre varios cientos de millones de años luz y más de mil millones de años luz. Los supercúmulos pueden contener burbujas, láminas, huecos y filamentos de galaxias, que son estructuras más pequeñas dentro del supercúmulo. Casi todas las galaxias se encuentran dentro de supercúmulos, y entre los supercúmulos normalmente hay grandes vacíos. Nuestro propio supercúmulo, llamado Supercúmulo de Virgo, contiene el Grupo Local, el cúmulo de Virgo y otros 100 grupos y cúmulos galácticos. Su diámetro es de aproximadamente 100 millones de años luz.

Supergravedad

La supergravedad es una teoría que se deriva de la supersimetría. Se teoriza que de la misma manera que los fotones median el electromagnetismo, los gluones la fuerza nuclear fuerte y los bosones W y Z la fuerza nuclear débil, también lo hace el gravitón aún no descubierto la fuerza gravitacional. En supergravedad, el gravitón tiene una supercompañera más pesada cuyo giro difiere en 1/2. Hasta ahora, como ocurre con la supersimetría, no ha habido evidencia observacional de supergravedad.

Figura 1. (izquierda): Cassiopeia A comenzando a ser una supernova (NASA / JPL-Caltech / E. Dwek y R. Arendt)

Figura 2. (derecha): Imagen compuesta del remanente de la supernova Tycho. Esta supernova fue vista por el astrónomo danés Tycho Brahe hace cuatro siglos (MPIA / NASA / Observatorio de Calar Alto)

Supernova

Esta es una explosión estelar muy poderosa que a menudo puede eclipsar a las galaxias. Una estrella sufre una supernova cuando una estrella masiva muy antigua sufre un colapso gravitacional repentino, liberando grandes cantidades de energía gravitacional, o por el reencendido de la reacción de fusión nuclear en el núcleo de una estrella degenerada (como una enana blanca o una estrella de neutrones). La explosión libera enormes cantidades de materia de la estrella, lo que resulta en un remanente de supernova. Ciertos tipos de supernovas tienen luminosidades de cantidad conocida, de modo que pueden usarse como 'velas estándar', lo que significa que podemos detectar qué tan lejos está el objeto comparando su luminosidad conocida con nuestro brillo observado.

Teoría de supercuerdas

La teoría de cuerdas establece que todas las partículas son representaciones de diferentes vibraciones en un bloque de construcción fundamental: una cuerda. Como teoría, es capaz de describir las interacciones de la partícula que media la gravitación: el gravitón. De esta manera, y al poder describir todas las demás partículas e interacciones de las mismas, es capaz de unir las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza y, por lo tanto, es una & lsquoTheory of Everything & rsquo.

La teoría de cuerdas original solo describía partículas con espines enteros, llamadas bosones. Estas son las partículas que median las fuerzas fundamentales e incluyen el fotón, el electrón, el gluón y el gravitón. La otra clase de partículas, que tienen espín medio entero, llamadas fermiones, no se describieron. Se trata de partículas que constituyen la materia tal como la conocemos, como los quarks y los electrones.

Al introducir la supersimetría en la teoría de cuerdas bosónicas, obtenemos una nueva teoría que describe tanto las fuerzas como la materia que componen el Universo. Esta es la teoría de supercuerdas. Hay tres teorías de supercuerdas diferentes que no tienen inconsistencias matemáticas. En dos de ellos, el objeto fundamental es una cuerda cerrada, mientras que en el tercero, la cuerda está abierta.

Al mezclar los mejores aspectos de la teoría de cuerdas bosónica y la teoría de supercuerdas, podemos crear otras dos teorías consistentes de cuerdas, las teorías de cuerdas heteróticas

Las lecturas de un evento hipotético & quotsupersymmetry & quot - una colisión de partículas de tal energía que se crean partículas supersimétricas - en ATLAS, uno de los experimentos dentro del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN (Experimento ATLAS © 2012 CERN)

Supersimetría

La supersimetría es una teoría que postula que para cada partícula elemental, hay un & quotsuperpartner & quot más masivo cuyo giro es diferente en 1/2. La teoría surge para resolver dificultades matemáticas relacionadas con la teoría cuántica de campos y la conciliación de la relatividad general y la teoría cuántica de campos. Estas inconsistencias surgen porque el bosón de Higgs, un bosón gauge cuya interacción con otras partículas les da masa, parece ganar grandes cantidades de masa a través de interacciones consigo mismo. Resolver estas inconsistencias les daría a los físicos una forma de casar la mecánica cuántica y la gravedad en las escalas más pequeñas.

Estos supercompañeros son un posible candidato para la materia oscura. Aún no se han detectado supercompañeras y aún no existe evidencia que respalde la supersimetría. Esto se debe a que para observar partículas de esta masa necesitamos utilizar cantidades increíbles de energía, que hasta ahora no hemos podido generar. Se espera que el Gran Colisionador de Hadrones del CERN pueda detectar evidencia de partículas supersimétricas.

Superficie de la última dispersión

Este es el conjunto de puntos en el espacio donde ocurrió el desacoplamiento, aproximadamente 380,000 años después del Big Bang, a la distancia correcta, de modo que ahora estamos viendo que estos fotones nos alcanzan como parte de la radiación de la reliquia del Fondo Cósmico de Microondas.

Ruptura de simetría

Esto ocurre cuando un sistema en algún estado de simetría se mueve a una configuración diferente, lo que resulta en la pérdida de esa simetría. Considere una pelota en una colina. La bola es simétrica. Las colinas también son simétricas. Si la bola está en la cima de la colina, la bola y la colina en el sistema son simétricas. Si la bola rueda cuesta abajo, la bola y la colina siguen siendo simétricas individualmente, pero el sistema de la bola y la colina ahora es asimétrica. Esto es romper la simetría.

En un contexto cosmológico, esto sucedió cuando el Universo se enfrió después del Big Bang. Cuando esto ocurrió, las partículas elementales cambiaron de estado en lo que se conoce como transición de fase. Cuando esto ocurrió, se rompió la simetría que anteriormente mostraban estas partículas. Estas simetrías están asociadas con diferentes fuerzas fundamentales. Ésta es la razón por la que estas fuerzas actúan sobre algunas partículas y otras no. Sin embargo, estas simetrías se restauran a temperaturas más altas.

Texturas

Se trata de un tipo de defecto topológico que se supone que se forma cuando se rompen grandes simetrías. Son inestables y propensos a colapsar. A diferencia de otros defectos topológicos, como los monopolos magnéticos, estos están deslocalizados y ocurren en grandes áreas. Aún no se ha encontrado evidencia de ellos.

Galaxias en el Cúmulo Norma moviéndose hacia el centro del Gran Atractor. Se desconoce la naturaleza de esta anomalía gravitacional (2P2 Team / WFI / MPG / ESO)

El gran atractor

Esta es una anomalía gravitacional ubicada en el supercúmulo Centaurus. Es una concentración localizada de masa de origen desconocido que equivale a decenas de miles de galaxias. Su masa es tan grande que (como su nombre indica) su atracción gravitacional está alterando el movimiento de las galaxias y los cúmulos de galaxias en una región de cientos de millones de años luz de diámetro.

Teoría del todo

Después del Big Bang, el Universo estaba extremadamente caliente y extremadamente denso. Con estas energías, las leyes de la naturaleza que conocemos cambiaron. Las fuerzas fundamentales que vemos en la naturaleza se unificaron; solo cuando el Universo se expandió y enfrió que la Gravitación, el Electromagnetismo y las fuerzas nucleares Fuerte y Débil dejaron de ser una sola. La teoría electrodébil describe la unificación de la fuerza nuclear débil y el electromagnetismo. Una Teoría del Todo unirá todas las fuerzas fundamentales.

El problema con esto es que, si bien la cronodinámica cuántica y la teoría electrodébil describen las fuerzas nucleares fuertes y débiles y el electromagnetismo sobre una base cuántica bien entendida, no existe una teoría consistente para describir la gravedad sobre esa base. M-Theory y las teorías de cuerdas asociadas detrás de ella se están explorando como posibles candidatos.

Los defectos topológicos incluyen monopolos magnéticos, que están representados por el diagrama A aquí

Defectos topológicos

Estas son configuraciones de materia que se forman durante las transiciones de fase de la materia y las rupturas de simetría, como ocurrió durante el Universo temprano. Son configuraciones de materia en la antigua fase simétrica que permanecen estables en la nueva fase donde la simetría que antes se mantenía ahora se rompe. Ejemplos de estos defectos incluyen monopolos, cuerdas cósmicas, paredes de dominio y texturas.

Colector de vacío

Dentro de la teoría cuántica de campos, las partículas pueden moverse de estados de energía más altos a más bajos, como ocurrió en el Universo muy temprano cuando el Universo se expandía y, por lo tanto, se enfriaba. Estos estados de menor energía, o estados de vacío, pueden ser diferentes aunque posean la misma cantidad de energía. Esto significa que estos estados están degenerados. La partícula, por lo tanto, tiene la posibilidad de caer en cualquiera de estos estados de vacío degenerados, a menos que haya algo fuera del sistema descrito aquí que hará que un estado sea preferido sobre el otro. Este conjunto de estados de vacío se denomina colector de vacío.

Línea mundial

La línea del mundo de un objeto es el camino que traza a medida que viaja a través del espacio-tiempo. Se diferencia de la trayectoria u órbita debido a la inclusión del tiempo como dimensión además de las tres dimensiones del espacio.

Teoría de Yang-Mills

Una teoría de Yang-Mills es cualquier teoría cuántica que es simétrica bajo un grupo de gauge no abeliano. Un grupo de calibre es abeliano dependiendo de si las transformaciones de calibre son conmutativas, es decir, no importa en qué orden aplique las transformaciones, obtendrá los mismos resultados (una analogía simple es 1x2 2, no importa en qué orden realiza las operaciones, el resultado siempre será 4). Un ejemplo de este tipo de teoría sería la cromodinámica cuántica, que se ocupa de la fuerza nuclear fuerte.


Tema: ¿La edad del universo es de 46.500 millones de años?

Perdón, ¿la edad del Universo no es de 13,5 mil millones de años? Si es así, ¿cómo puede la luz tardar más que eso en viajar a cualquier punto dentro de ella?
¿Y dónde está el borde? O, si el Universo se está expandiendo, la luz del borde nunca puede llegar a ninguna parte, ya que no hay fin ni borde de nada.

Pero, ¿quizás se tarda 3,5 veces más en llegar de un lado del universo al otro? Pero, de nuevo, si el universo se está expandiendo, eso no puede suceder.

Estoy confundido por esta página.

& quot desde la Tierra hasta el borde del universo observable
46,5 mil millones de años & quot

Perdón, ¿la edad del Universo no es de 13,5 mil millones de años? Si es así, ¿cómo puede la luz tardar más que eso en viajar a cualquier punto dentro de ella?
¿Y dónde está el borde? O, si el Universo se está expandiendo, la luz del borde nunca puede llegar a ninguna parte, ya que no hay un final ni un borde de nada.

Pero, ¿quizás se tarda 3,5 veces más en llegar de un lado del universo al otro? Pero, de nuevo, si el universo se está expandiendo, eso no puede suceder.

El & citado del universo observable & quot en la tabla de la
página vinculada en la publicación original es una distancia que solo tiene
un significado conceptual. Es una distancia que podemos pensar
sobre pero nadie pudo medir.

El Big Bang fue hace 13,7 mil millones de años. Luz desde muy
poco después de que el Big Bang nos llegue hoy después de viajar
a través del espacio a la velocidad de la luz durante 13,7 mil millones de años.
Entonces, la distancia que viajó es de 13,7 mil millones de años luz. Que
la luz se observa ahora como el fondo cósmico de microondas
radiación o CMBR. Es la luz que ha viajado
más lejos para alcanzarnos. Luz de cada galaxia que podemos ver
ha viajado menos distancia para llegar hasta nosotros.

La luz de las galaxias proviene principalmente de estrellas, que son
gas caliente e incandescente. El CMBR proviene del calor, resplandeciente
gas que llenó todo el Universo después del Big Bang. Como
ese gas se enfrió, se volvió transparente, permitiendo que la luz
para viajar libremente en todas direcciones sin ser absorbido.

Debido a que el Universo se está expandiendo, la distancia que la luz tiene
viajado para llegar a nosotros no es lo mismo que la distancia desde
el gas incandescente a nuestra ubicación. Esa es la causa de
la diferencia en las cifras de distancia.

El gas caliente y brillante que emitió la luz que vemos
ahora que el CMBR estaba a solo 42 millones de años luz de distancia
desde nuestra ubicación actual cuando emitió la luz. Desde
Se cree que el Universo se ha expandido muy rápidamente.
cuando era joven, la luz que se dirigía directamente hacia
se cree que nuestra ubicación actual se ha llevado más lejos
lejos de nuestra ubicación actual por el espacio en expansión.

Puedes imaginar una hormiga caminando sobre la superficie de una goma.
globo mientras se infla el globo. Al principio el globo
está explotando muy rápidamente, por lo que cuando la hormiga comienza a caminar
del punto A al punto B, la hormiga y el punto B en realidad obtienen
cada vez más alejados. Pero la velocidad a la que el globo
se expande disminuye con el tiempo, lo que permite que la hormiga produzca
progresar cada vez mejor hacia el punto B, hasta que se detenga
alejándose del punto B y comienza a acercarse.
Finalmente, la hormiga puede caminar hasta el punto B.
La distancia que tuvo que caminar es mucho, mucho mayor que la
distancia entre el punto A y el punto B cuando comenzó.
Pero la distancia entre el punto A y el punto B cuando
finalmente llega al punto B es mucho, mucho mayor que el
distancia que tuvo que caminar.

El tiempo de viaje de la señal luminosa que se indica en la tabla & quot desde la Tierra
al borde del universo observable & quot es el concepto conceptual
tiempo que tardaría la luz en recorrer la distancia desde el
ubicación actual del punto B (Tierra) a la ubicación actual
del punto A (la materia que emitió el CMBR que nosotros
ver actualmente). 46,5 mil millones de años. O una distancia de 46,5
mil millones de años luz. Que el tiempo y la distancia no tienen fisico
es decir, ya que la luz no puede viajar entre esos
ubicaciones en esa cantidad de tiempo, debido a la expansión.
Pero representan lo que se cree que es la corriente
distancia y tiempo de viaje de la luz entre los puntos A y B.
Es un concepto matemático y geométrico que es útil
por describir la evolución del Universo, pero irónicamente
no describe algo que se pueda observar, incluso
aunque es el radio del Universo observable.


Pregúntele a Ethan: ¿Existen diferentes tipos de tiempo y espacio?

Una ilustración del espacio-tiempo muy curvado. Crédito de la imagen: foto de dominio público del usuario de Pixabay. [+] JohnsonMartin.

Una de las lecciones más contradictorias de la relatividad de Einstein es que no existe el espacio absoluto o el tiempo absoluto. Si te pregunto cuándo y dónde estás, puedes decirme, pero si tú y yo vamos a lugares distantes y te pregunto cuándo y dónde percibes que estoy, lo que respondes y lo que yo respondo no necesariamente coincidirá. Resulta que no existe una manera universalmente buena de definir el tiempo y el espacio (o distancias) para cualquier lugar que no sea el suyo en la relatividad general. Como resultado, tenemos varias formas de definir estas cosas, y eso es lo que el partidario de Patreon, Thomas Sola, quiere saber:

Me encantaría ver su explicación sobre el tiempo conforme y la distancia comovolvente. qué son y cuándo y cómo se utilizan en comparación con el tiempo y la distancia coloquiales.

Cuando usamos conceptos como "tiempo" y "distancia" en nuestro lenguaje cotidiano, hay una serie de suposiciones en las que rara vez pensamos.

Galaxy cluster SDSS J1004 + 4112. Definir una distancia a este objeto no es tan simple. Credito de imagen: . [+] ESA, NASA, K. Sharon (Universidad de Tel Aviv) y E. Ofek (Caltech).

Si crees que puedes decirme que son las 10:05 a.m. donde estoy y que estoy a 750 metros de ti, es posible que no te des cuenta. por qué crees que puedes decirme eso.Usted asume que su reloj y el mío funcionan a la misma velocidad, que se originaron en un punto común en el que acordamos lo que significa el tiempo, y que cuando volvamos a juntar esos dos relojes, volverán a estar de acuerdo. Bastante simple, ¿verdad?

Excepto esto solo sucede si dos cosas importantes son ciertas:

    Nada se mueve en relación con cualquier otra cosa. Si dos cosas obtienen una velocidad relativa entre sí, experimentan el paso del tiempo (y su percepción de la distancia) de manera diferente entre sí. Las partículas inestables que se mueven cerca de la velocidad de la luz parecen vivir más tiempo debido a la dilatación del tiempo, y los astronautas a bordo de la ISS, en movimiento rápido alrededor de la Tierra, envejecen a un ritmo ligeramente (pero perceptiblemente) diferente al de los humanos estacionarios en la Tierra. Y.

La curvatura del espacio significa que los relojes que están más profundamente en un pozo gravitacional, y por lo tanto, en. [+] espacio con curvas más severas: se ejecutan a un ritmo diferente al de las que se encuentran en una parte del espacio menos curvada y menos profunda. Crédito de la imagen: NASA.

Para las distancias, esas mismas restricciones son ciertas: el movimiento y la curvatura del espacio hacen que sea intrínsecamente imposible que los observadores en diferentes ubicaciones estén necesariamente de acuerdo en un estándar universal de distancia. Pero hay algo extra que entra en juego si empezamos a mirar De Verdad grandes distancias: el hecho de que la estructura del propio Universo, el espacio, se está expandiendo a una escala cósmica. Ya no podemos hablar de la distancia entre galaxias como cosas que podemos medir con una regla acordada, porque el espacio entre esas galaxias se expande con el tiempo. Esto nos mete en problemas cuando hablamos, por ejemplo, de medir la galaxia más distante del Universo.

El Hubble confirma espectroscópicamente la galaxia más lejana hasta la fecha, con un corrimiento al rojo de 11,1. Créditos de imagen:. [+] NASA, ESA y A. Feild (STScI).

El poseedor del récord cósmico actual se encuentra en un corrimiento al rojo de 11.1, lo que significa que, en nuestros 13.8 mil millones de años desde el Big Bang, su luz solo nos llega ahora después de viajar durante 13.4 mil millones de esos años. Pero, ¿qué tan lejos está esa galaxia? Podría pensar, basado en el tiempo de viaje de la luz, que está a 13,4 mil millones de años luz de distancia, pero eso no es justo. En el momento en que la luz nos alcanza ahora mismo fue emitida, esa galaxia era menos de dos mil millones de años luz de nosotros. Gracias a la expansión del Universo, utilizando nuestros estándares de medición convencionales, esa galaxia está a unos 32 mil millones de años luz de distancia. Un estándar universal de distancia es difícil de definir en un Universo en expansión, donde las distancias cambian con el tiempo.

Las velas estándar y las reglas estándar son dos formas complementarias, pero fundamentalmente diferentes. [+] miden distancias en el Universo. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech.

Entonces, una de las cosas que presentamos, para abordar la pregunta de Thomas, es el concepto de diferentes tipos de distancias. El sobre el que pregunta en particular, la distancia comoving, es uno de mis favoritos: simplemente reconoce que las distancias en el Universo están cambiando debido a la expansión de Hubble, por lo que escala la expansión. Esto es increíblemente útil cuando hacemos simulaciones de cómo se forman estructuras como estrellas, galaxias y cúmulos y filamentos en el Universo. Claro, la gravitación está funcionando, pero el Universo también se está expandiendo todo el tiempo. Al saber cómo escalar las distancias a la expansión (es decir, utilizando distancias comanditarias), podemos ver cómo evoluciona la estructura a gran escala del Universo. Visualmente, esto nos da una forma mucho más interesante de ver las cosas que ver cómo se expande el Universo y tratar de distinguir la formación de estructuras en medio de un Universo en expansión.

Y debido a que el espacio y el tiempo están inextricablemente vinculados en un concepto unificado, el espacio-tiempo, es necesariamente cierto que necesitamos un nuevo concepto de tiempo que corresponda a cada concepto individual de distancia que se nos ocurra. La contraparte temporal de la distancia comoviva es, de hecho, el tiempo conforme. Si mágicamente (y sería un acto de magia) "congelaras" la expansión del Universo, en todas partes, instantáneamente, el tiempo conforme corresponde al tiempo que le tomaría a un rayo de luz viajar desde un lugar directamente a ti.

Para la galaxia más distante del Universo, eso corresponde a un tiempo conforme de 32 mil millones de años. Para la ubicación percibida del Big Bang caliente, eso corresponde a un tiempo conforme de 46 mil millones de años. Esto es cierto, aunque solo Pasaron 400 millones de años entre el Big Bang y la emisión de luz de esa galaxia distante que la expansión del espacio fue tan rápida al principio, y esas diferencias se propagan hasta el día de hoy, de modo que una diferencia de 14 mil millones de años en el tiempo conforme corresponde a un " tiempo adecuado "(que es lo que normalmente asignamos el significado de" tiempo ") diferencia de sólo 400 millones de años.

La historia del Universo en expansión, incluido de qué está compuesto en la actualidad. Crédito de la imagen: ESA. [+] y la colaboración de Planck (principal), con modificaciones de E. Siegel NASA / wikimedia commons user 老陳 (recuadro).

Si estás hablando de cosas aquí en la Tierra y nada se acerca a la velocidad de la luz o cambia mucho en su campo gravitacional, todos los diferentes tipos de "distancia" y "tiempo" que puedes usar son prácticamente iguales. Pero si estás hablando del Universo en expansión en una escala cósmica grande, la distancia adecuada y el tiempo adecuado podrían no ser tan útiles (o interesantes) como para pensar en la distancia comoviva y el tiempo conforme. La próxima vez que vea una simulación del Universo, y observe que no parece expandirse, tenga en cuenta que eso se debe a que la simulación está usando la distancia comoving, aunque también puede estar usando adecuado hora.

Y cuando escuche hablar de un objeto súper distante al que se le asigna una distancia de menos de 14 mil millones de años luz, tenga en cuenta que es probable que también sea un uso de la distancia comoviva. Según nuestro convencional, adecuado gobernantes, es probable que esté mucho más lejos que eso.


Introducción

Los datos de Planck publicados recientemente del estudio de cielo completo 2.7 [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7] han mostrado una serie de características intrigantes, cuya explicación ciertamente requerirá un cambio profundo en nuestra visión estándar del Universo. Las observaciones actuales han medido las propiedades de la radiación de fondo de microondas cósmica (CMB) con una precisión sin precedentes. Uno de los resultados más sustanciales de la misión nominal es que la constante de Hubble de mejor ajuste tiene el valor (H_0 = 67.4 pm 1.2 ) km s (^ <-1> ) Mpc (^ <-1> ), con un parámetro de densidad de energía oscura ( Omega _ < Lambda> = 0.686 pm 0.020 ), y un parámetro de densidad de materia ( Omega _M = 0.307 pm 0.019 ).

Generalmente, los datos de Planck confirman los fundamentos del modelo ( Lambda ) CDM ( ( Lambda ) Cold Dark Matter). Según este modelo, la composición material principal del Universo se puede reducir a dos componentes: energía oscura y materia oscura, respectivamente, [8, 9]. La aceleración cósmica observada en el tiempo tardío del Universo [10,11,12,13] se puede explicar con éxito introduciendo una constante cosmológica fundamental ( Lambda ) [14], que representaría una curvatura intrínseca del espacio-tiempo, o una energía oscura, un hipotético componente fluido en forma de energía de punto cero que impregna todo el Universo, que imitaría una constante cosmológica (al menos durante la última etapa de la evolución cosmológica) [8, 9, 15,16 , 17, 18, 19]. Actualmente uno de los principales escenarios de energía oscura se basa en el llamado quintaesencia [20,21,22,23,24], donde la energía oscura corresponde a una partícula escalar ( phi ). Para otras propuestas de energía oscura, en las que la ecuación dinámica de estado se realiza mediante un campo escalar, uno puede referirse a k-esencia [25,26,27], taquión [28, 29, 175], fantasma [30,31 , 32], quintom [33,34,35], camaleón [36,37,38,39,40,41] y modelos de gas Chaplygin [42, 43], que también han sido investigados. Modificar la gravedad a escalas galácticas o astrofísicas, o considerar modelos cosmológicos extradimensionales, también puede conducir a una explicación de la aceleración tardía del Universo [44,45,46,47,48,49,50,51]. Los campos escalares u otros campos coherentes de largo alcance acoplados a la gravedad también se han considerado como candidatos potenciales a materia oscura [52,53,54,55].

El paradigma básico de la cosmología actual sobre el Universo muy temprano está representado por la teoría inflacionaria, iniciada en [56]. La idea básica de la inflación es la presencia en el Universo temprano de un campo escalar ( phi ), con un potencial de auto-interacción (V ( phi) ), y con una densidad de energía correspondiente ( rho _ < phi> ) y presión (p_ <| phi> ), respectivamente [57]. Los primeros modelos inflacionarios se basaron en el supuesto de que el potencial de campo escalar alcanza un mínimo local en ( phi = 0 ), debido al sobreenfriamiento después de una transición de fase. Posteriormente, el Universo entra en una fase de tipo De Sitter en expansión exponencial. Sin embargo, en este modelo teórico inicial, el llamado viejo escenario inflacionario, no hay una salida elegante de la fase inflacionaria acelerada de De Sitter. Se han propuesto varios modelos inflacionarios, con el objetivo explícito de resolver el problema de la salida elegante, incluidos los nuevos y caóticos modelos inflacionarios [58, 59, 60, 61]. Tenga en cuenta que cada una de estas teorías tiene sus propios problemas teóricos específicos. En [62, 63] se han presentado revisiones recientes de diferentes aspectos de lo inflacionario y de la cosmología.

Durante la inflación, el crecimiento exponencial del factor de escala del Universo conduce a un Universo homogéneo, isotrópico pero sin materia, en el que todos los componentes iniciales han disminuido hasta casi cero. Por tanto, para explicar la composición actual del Universo es necesario que la radiación y las partículas elementales básicas se creen al final de la inflación, en una época cosmológica conocida como recalentamiento. Durante este período, la materia (principalmente en forma de radiación) se creó mediante la transferencia de energía del campo escalar inflacionario a las partículas elementales. El modelo de recalentamiento se desarrolló inicialmente en el marco del nuevo escenario inflacionario [58], y posteriormente se amplió en [64,65,66]. La idea básica de recalentamiento se puede formular de la siguiente manera. Después de la expansión acelerada del Universo tipo De Sitter, el campo escalar que impulsa la inflación alcanza su valor mínimo. Luego comienza a oscilar alrededor del mínimo del potencial y posteriormente se desintegra en materia, en forma de gas de radiación (fotón) y de algunas partículas elementales del Modelo Estándar. Debido a la interacción de estos componentes, el Universo temprano finalmente alcanza un estado de equilibrio térmico caracterizado por una temperatura T.

Uno de los enfoques más utilizados para investigar el recalentamiento es el modelo fenomenológico introducido en [59]. La idea básica de este formalismo es la introducción de un término de desintegración particular en la ecuación de Klein-Gordon que describe la evolución del campo escalar. Este término también se incluye como un término de crecimiento en la ecuación de equilibrio para la densidad de energía de las partículas recién creadas. Si se elige razonablemente, el término de pérdida / ganancia puede describir el proceso de recalentamiento que siguió al sobreenfriamiento adiabático durante la era inflacionaria. Por lo tanto, en este modelo de recalentamiento, un fluido de dos componentes que interactúa, que representa una mezcla entre el campo escalar y la materia ordinaria, puede explicar la composición química del Universo. Por lo tanto, todo el proceso de transición entre el campo escalar y el componente de materia ordinaria se puede describir fenomenológicamente una vez que se da la forma funcional del término de fricción, que describe la desintegración del campo de inflatón escalar. El mismo término también representa el término fuente para el fluido de materia recién creado. Para las investigaciones de los diversos aspectos cosmológicos y físicos de la dinámica de recalentamiento posinflacionario, consulte [67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78]. Para revisiones detalladas sobre la fase de recalentamiento post inflacionario, véanse [79] y [80], respectivamente.

A pesar de su notable éxito teórico, el modelo de recalentamiento estándar está plagado de varios problemas. Una cuestión importante está relacionada con la descripción perturbadora del ancho de desintegración del campo escalar, que puede describir la desintegración solo cerca del mínimo del potencial. Tal descripción no es válida durante el inflado lento. Otro problema es que los efectos de la temperatura finita también pueden aumentar significativamente la velocidad a la que el campo escalar disipa su energía en las partículas recién creadas [79, 80].

Por otro lado, es natural suponer que el campo escalar que impulsa la inflación podría haberse acoplado de manera no mínima a los otros componentes de la materia presentes en el Universo temprano. Por lo tanto, el campo escalar podría haber disipado su energía durante la expansión acelerada, calentando así el Universo sin necesidad de una fase de recalentamiento. Esta interpretación cosmológica de la inflación se denomina inflación cálida y se propuso inicialmente en [81, 82]. Por lo tanto, de acuerdo con el escenario inflacionario cálido, los efectos disipativos y los procesos de creación de partículas pueden crear un baño térmico (fluido de radiación) durante la fase de expansión acelerada. En uno de los primeros modelos de inflación cálida [83] se sugirió que en los escenarios inflacionarios los parámetros físicos podrían distribuirse aleatoriamente. Esta hipótesis condujo al desarrollo de modelos de masa distribuida [84,85,86,87,88], desarrollados en relación con la teoría de cuerdas. La inflación cálida representa actualmente un campo de estudio muy activo y ciertamente representa una alternativa atractiva a los escenarios de inflación fría / recalentamiento. La evolución cosmológica en los modelos inflacionarios cálidos se ha investigado en detalle en [89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120,121,122,123,124,125,126,127,131,132,133].

Los datos de observación de Planck también indican la posible existencia de cierta tensión entre el principio fundamental del modelo ( Lambda ) CDM y las observaciones. Por ejemplo, después de combinar los datos de Planck con los datos de polarización de WMAP, se encuentra que el índice del espectro de potencia es (n_s = 0.9603 pm 0.0073 ) [2, 3], en la escala de pivote (k_0 = 0.05 ) Mpc (^ <-1> ). Este valor descarta la invariancia de escala exacta ( (n_s = 1 )) en más de (5 sigma ). Además, las restricciones conjuntas sobre la relación tensor-escalar r y (n_s ) pueden restringir significativamente los modelos de inflación. Por ejemplo, se debe tener en cuenta que los modelos inflacionarios con un potencial de ley de potencia de la forma ( phi ^ 4 ) no pueden proporcionar un número legítimo de mi-pliegues (entre 50 y 60) en el espacio restringido de r- (n_s ) alrededor de un nivel (2 sigma ). Por lo tanto, las observaciones precisas de la radiación de fondo de microondas cósmica permiten probar algunas predicciones fundamentales de inflación en fluctuaciones primordiales, como la Gaussianidad y la independencia de escala [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7].

Más interesante aún, la búsqueda de la topología y la geometría de fondo del Universo revela que un patrón de Bianchi, correspondiente a una geometría homogénea pero anisotrópica del Universo, puede explicar, de una manera bastante eficiente, algunas anomalías a gran escala observadas en los datos de Planck. [5]. Una búsqueda bayesiana de un Bianchi anisotrópico ( mathrm ) la geometría se realizó utilizando los datos de Planck en [5]. En un entorno no físico, con los parámetros de Bianchi desacoplados de la cosmología estándar, los datos de observación favorecen un componente de Bianchi con un factor de Bayes de al menos 1,5 unidades de evidencia logarítmica. Por otro lado, en el entorno motivado físicamente donde los parámetros de Bianchi se ajustan simultáneamente con los parámetros cosmológicos estándar, no hay indicación de un Bianchi ( mathrm ) se detectó cosmología [5].

La isotropía estadística que caracteriza la estructura a gran escala del Universo es una predicción importante de la cosmología, también apoyada por la conjetura cósmica sin pelo según la cual la inflación elimina la anisotropía clásica (o incluso cuántica). Sin embargo, varias observaciones recientes de la estructura a gran escala del Universo han cuestionado los principios de homogeneidad e isotropía [139, 140]. Algunas de las observaciones recientes, no relacionadas con el estudio del CMB, y que apuntan a posibles anisotropías en el Universo se obtienen a partir de las investigaciones de las Supernovas Tipo Ia, del fondo de rayos X, la distribución de las galaxias ópticas e infrarrojas, y la observación de algunas velocidades peculiares de los cúmulos de galaxias [140] puede plantear algunas preocupaciones sobre la validez absoluta del principio de isotropía. En [140] el comportamiento direccional de la relación luminosidad-temperatura de los rayos X (L_X ) -T de los cúmulos de galaxias. La medición de la luminosidad depende del modelo cosmológico considerado a través de la distancia de luminosidad (D_L ). Por otro lado, la temperatura se puede determinar astrofísicamente sin ningún supuesto cosmológico. Se encontró que el comportamiento de (L_X ) -T La relación depende fuertemente de la dirección del cielo, resultado consistente con investigaciones previas. Se detectaron anisotropías fuertes a un nivel ( ge 4 sigma ). A partir del estudio de una muestra de 142.661 cuásares, con datos que se extienden más allá de las escalas de causalidad postinflacionarias, se encontraron efectos sistemáticos espacialmente correlacionados significativos que pueden emular la anisotropía cosmológica en [141]. Cuando se combinan con los resultados recientes de Planck, estos poderosos resultados de observación indican que la presencia de una anisotropía intrínseca a gran escala en el Universo, de origen cosmológico, no puede ignorarse a priori.

La intrigante posibilidad de que la geometría del Universo no sea de la forma estándar de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) fue investigada, desde diferentes puntos de vista, en [142,143,144,145,146,147,148,149,150,151,152,153].

En particular, los llamados modelos FLRW extendidos, que representan un modelo cosmológico con una geometría de Bianchi anisotrópica subyacente que se expande isotrópicamente, y que puede mapearse en un modelo FLRW estándar con el mismo historial de expansión, se investigaron en [153]. Se encontró que la materia y las anisotropías geométricas tienden a anularse entre sí de forma dinámica y que, en condiciones bastante generales, la expansión es asintóticamente isotrópica.

Por lo tanto, resulta que existe una evidencia teórica y empírica significativa de la existencia de anisotropías cosmológicas a gran escala. Sin embargo, el origen físico de la anisotropía aún se desconoce, con las explicaciones más favorecidas relacionadas con las desviaciones de las fluctuaciones primordiales de la isotropía [1]. Sin embargo, hasta ahora no se ha propuesto ningún mecanismo físico convincente que pueda conducir a tales desviaciones.

En [154] se propuso un posible mecanismo físico para la generación de anisotropías en el Universo, y se basa en la idea de que los dos componentes fluidos principales del Universo, la energía oscura y la materia oscura, fluyen con cuatro velocidades distintas. Esta configuración cosmológica es equivalente a un solo fluido anisotrópico [155,156,157,158], expandiéndose con una velocidad de cuatro que representa una combinación de las dos velocidades de fluido de cuatro. Por lo tanto, si hay una ligera diferencia entre las cuatro velocidades de la energía oscura y la materia oscura, el Universo adquiriría algunas características anisotrópicas y su geometría se desviaría de la FLRW estándar, una conclusión que es apoyada por una serie de datos actuales. observaciones diarias. En la misma línea de pensamiento en [159] se señaló que no existe una razón a priori para imponer al componente oscuro del Universo un marco de referencia que conviva con la materia ordinaria. Las consecuencias de relajar esta suposición se investigaron a través del estudio de la cosmología de los fluidos no comodos. Entre los efectos observables, se encontraron modificaciones observables en los espectros de correlación cruzada potencial de densidad-velocidad y densidad-velocidad y potencial de lentes de densidad. Las correcciones del movimiento no comovivo de los componentes del Universo dan lugar a desviaciones de la isotropía estadística con una estructura dipolar. Un modelo de materia oscura de dos fluidos, en el que la materia oscura se representa como un sistema termodinámico de fluidos de dos componentes, sin interacción entre las partículas constituyentes de diferentes especies, y con cada componente distinto con una velocidad de cuatro diferente, se consideró en [160 ]. Las propiedades de dicho sistema se investigaron más a fondo en [161], asumiendo que los dos componentes de materia oscura son fluidos sin presión y sin combates. Para esta elección particular de las ecuaciones de estado, la distribución de la materia oscura se puede describir como un único fluido anisotrópico, con presión tangencial que desaparece y presión radial distinta de cero. La interesante posibilidad de que puedan existir diferentes marcos de reposo para la materia oscura y la energía oscura también se ha estudiado en [162,163,164,165]. La existencia de flujos masivos a gran escala puede representar alguna evidencia de la presencia de energía oscura en movimiento en la era cosmológica cuando los fotones se desacoplaron de la materia.

El propósito del presente artículo es extender los estudios previos sobre la posibilidad del movimiento no comovivo de los componentes cosmológicos al Universo muy temprano y, más exactamente, a la era inflacionaria. Más específicamente, consideraremos el escenario inflacionario cálido, en el que el Universo temprano se modela como un fluido de dos componentes en interacción. En el escenario inflacionario cálido estándar, la suposición de que todos los componentes del Universo temprano se mueven en el mismo marco de reposo y con la misma velocidad de cuatro, es una hipótesis básica (pero no exactamente justificable). Sin embargo, permite adoptar un marco que convive tanto con el campo escalar como con los constituyentes de la materia (radiación), lo que permite elegir todos los componentes de las cuatro velocidades (u ^ < mu> ) como ( u ^ < mu> = (1,0,0,0) ). Una consecuencia importante de esta suposición es que los parámetros termodinámicos globales del Universo inflacionario son solo la suma de los parámetros termodinámicos individuales. Por lo tanto, en el modelo inflacionario cálido estándar, la densidad de energía del Universo temprano ( rho ) está dada por ( rho = sum _^< rho _i> ), donde ( rho _i ), (i = 1,2, ldots, n ) son las densidades de energía de los componentes individuales (generalmente campo escalar y radiación, respectivamente).

Sin embargo, no existe un principio fundamental de observación o físico que requiera que todos los constituyentes de materia y energía en el Universo temprano deben tener la misma cuatro velocidades. Por tanto, no existe una razón a priori para describir la dinámica del Universo inflacionario en un solo marco, como conviviendo tanto con el campo escalar como con los constituyentes de la materia. A continuación, investigaremos el modelo inflacionario cálido asumiendo que el Universo muy temprano puede describirse como una mezcla de dos fluidos perfectos que interactúan, a saber, el campo escalar y la radiación, respectivamente, que poseen cuatro velocidades diferentes. Por lo tanto, los dos componentes no comanditarios del Universo temprano se vuelven formalmente equivalentes a un solo fluido anisotrópico, como ya se señaló en [154,155,156,157,158,160,161]. Por lo tanto, si hay una ligera diferencia entre las cuatro velocidades del campo escalar y la radiación, el Universo muy temprano alcanzaría algunas características anisotrópicas, y su geometría y su evolución expansiva ya no será la FLRW estándar.

En nuestro presente estudio asumimos que el campo escalar y la radiación tienen cuatro velocidades distintas. Mediante el uso de una rotación en el espacio de velocidades, podemos transformar el tensor de energía-momento del sistema de dos fluidos no comodos en la forma estándar de fluidos anisotrópicos. Debido a este procedimiento, los parámetros termodinámicos (densidades de energía y presiones del campo escalar y de la radiación) del Universo que se infla cálidamente se representan en términos de un solo fluido, descrito por un tensor anisotrópico de energía-momento. La densidad de energía del fluido cosmológico individual es mayor que la suma de las densidades de energía del campo escalar y de la radiación, respectivamente, y contiene un término suplementario debido a la anisotropía inducida por el movimiento no comovivo. Para el Universo muy temprano, asumimos el caso más simple de una geometría de Bianchi Tipo I, que es una consecuencia de la expansión no comoviva del campo escalar y el fluido de radiación, respectivamente. Para este sistema obtenemos las ecuaciones de campo gravitacional anisotrópico y la ecuación de Klein-Gordon generalizada para el campo escalar.

Una vez que se desarrolla el formalismo general, implementamos la idea de la inflación cálida introduciendo los términos de desintegración para el campo escalar y la radiación. Tal división de la ecuación de conservación de energía para el campo escalar y la radiación da las ecuaciones de desintegración para el campo escalar y para la creación de radiación. A diferencia del escenario inflacionario cálido estándar, los términos fuente para la desintegración del campo escalar y la creación de radiación no son iguales, y la ecuación de balance de radiación contiene un término anisotrópico proporcional al factor de Hubble a lo largo del z dirección. Investigamos en detalle la aproximación de giro lento del modelo, así como su consistencia con las observaciones, en los dos límites estándar generalmente considerados en la literatura, el límite de disipación débil y el límite de disipación fuerte, respectivamente. A continuación, se comparan en detalle las predicciones teóricas del escenario inflacionario cálido con campo escalar no comovivo y fluido de radiación con los datos de observación obtenidos por el satélite de Planck, y se obtienen las restricciones sobre los parámetros libres del modelo. Las formas funcionales de los potenciales de campo escalar, compatibles con la naturaleza no comoviva de la inflación cálida, también se obtienen al considerar algunas opciones distintas para los factores de escala.

El presente documento está organizado de la siguiente manera. La reformulación del tensor de energía-momento del sistema de dos componentes campo escalar-fluido de radiación a un solo tensor de energía-momento de fluido anisotrópico efectivo se presenta en la sección. 2. El modelo inflacionario cálido con radiación y campo escalar no comovivo se introduce en la secc. 3, donde se obtienen las ecuaciones de equilibrio para el campo escalar y la radiación para una geometría Bianchi Tipo I. La aproximación de giro lento se considera en la secc. 4. Discutimos y concluimos nuestros resultados en la Secta. 5.


Un diccionario etimológico de astronomía y astrofísicaInglés-francés-persa

La pérdida de energía a lo largo del tiempo por un → sistema dinámico, típicamente debido a la acción de → fricción o → turbulencia. La energía perdida se convierte en calor, elevando la temperatura del sistema. Ver también: → Disipación óhmica. → disipación viscosa.

A → sistema dinámico que sufre energía → disipación. Tal sistema da lugar a → proceso irreversiblees, asociado con una evolución asimétrica en el tiempo de cantidades observables.

General: Separarse de la asociación de cualquier tipo.

General: Un acto o instancia de disociar el estado de disociación.
Química: Separación de una molécula en dos o más fragmentos (átomos, iones, radicales) por absorción de radiación electromagnética o por acción de fenómenos de colisión.

Desde → dis- + (asociación, → asociación.

Energía necesaria para disociar una molécula. → disociar.

De, relacionado con, o tendiente a producir → disociación.

Un proceso en el que un ion molecular positivo se recombina con un electrón y, como resultado, se disocia en dos productos neutros. Por ejemplo, AB + + e - → A + B, donde e - es un electrón, AB + es un ion molecular diatómico o poliatómico, y A y B son los productos de fragmentación neutros. La recombinación disociativa es el proceso de recombinación dominante en las ionosferas planetarias y las nubes interestelares.

Química: El proceso por el cual un sólido, gas o líquido se dispersa homogéneamente en un gas, sólido o líquido.

Para hacer una solución de, como mezclando con un líquido, pase a la solución.

De L. disolver "soltarse, separarse", de → dis- "aparte" + resolver "soltar, soltar, desatar", de PIE * se-lu-, del pronombre reflexivo * swe- + base * leu- "desatar, dividir, cortar" (cf. Gr. lyein "soltar, soltar, desatar", sct. lunati "corta, corta" lavitram "hoz", O.E. leosan "perder," leas "suelto."

Vâluyidan, infinitivo de raíz vâlu (y) -, de Virginia-Delaware- + lu, variante de Mod.Pers. las "suelto," la "raja, corta" luš "rasgado," mira "desgarrado, pedazo" laca "abierto, bien abierto" (→ análisis), de PIE * leu- "aflojar, dividir, cortar".

Ausencia o falta de simetría

Nâhmâmuni, de n / A- "no, un-", → a- + hmâmunisimetría.

Geología: Eyecta de impacto encontrada a distancias de más de 5 radios de cráter desde el borde del cráter fuente.

Distal, de distante), → distancia + → -Alabamaeyecta.

Ešânâk, → eyecta dur, → distancia.

1) La separación / duración en el espacio / tiempo entre dos cosas / eventos.
2) El estado de estar separados en el espacio o en el tiempo.
3) En cosmología se utilizan cuatro definiciones de distancia principales: → distancia de luminosidad, → distancia de diámetro angular, → distancia comoving, y → distancia de viaje ligero. En un → Universo plano estos cuatro enfoques dan el mismo resultado para la época actual para distancias por debajo de 100 Mpc. En un Universo no plano con el → Métrica de Robertson-Walker dan valores diferentes pero relacionados.
Ver también:
distancia aparente, → escala de distancia cósmica, → distancia cosmológica, → función de distancia, → módulo de distancia, → distancia al horizonte, → distancia focal, → Distancia de Hubble, → distancia del perihelio, → distancia polar, → distancia adecuada, → Relación desplazamiento al rojo-distancia, → relación velocidad-distancia, → distancia cenital.

M.E., de O.Fr., de L. distante "una posición aparte", de distantem (nominativo distans) "apartados, separados, distantes", pr.p. de distare "apartarse", de → dis- "aparte, apagado" + mirar fijamente "estar de pie" (cf. Mod.Pers. istâdan "estar de pie", O.Pers./Av. sta- "estar de pie, estar quieto", sct. sthâ- "estar de pie", Gk. histemi "poner, colocar, pesar", estasis "estar quieto").

Una plaga, literalmente "separándose" de apa- prefijo que denota "separación, lejos, apagado", → dis-, + est variante de es, presente tallo de istâdan, estar de pie, "como arriba" cf. Coresmiano bst "apartarse", de * apa- + S t- "estar de pie", → pararse.
Durâ, duri, sustantivo de dur "lejos, distante, remoto", Mid.Pers. dur, O.Pers. dūra- "lejos (en tiempo o espacio)", Av. dūra-, de dav- "alejarse", cf. Skt. dūrá- "distante, lejos".

La diferencia entre el → magnitud aparente (metro) de una estrella o galaxia y su → magnitud absoluta (METRO). Es dado por m - M = 5 log d - 5, dónde D es la distancia en → parsecs. Para un objeto que está a 10 pc de distancia, el módulo de distancia es cero.

La distancia que separa a un observador y el → horizonte aparente del lugar. Descuidando el → refracción atmosférica, viene dado por: D = (2Rh) 1/2, donde R es el radio de la Tierra y h es la altura del observador. Esto se puede aproximar a: D (km) = 3,57 (h) 1/2 para un valor típico de R = 6378 km. La refracción atmosférica, sin embargo, hace que la cosa sea más compleja, dependiendo de las variaciones de temperatura y densidad a lo largo de la línea de visión. Generalmente, la refracción empuja el horizonte aparente aproximadamente un 10% más lejos.

1) Fácilmente distinguible de todos los demás.
2) Incuestionable claramente definido (TheFreeDictionary.com).

Adjetivo de participio pasado de obsoleto distinguir "distinguir una cosa de otra hacer distinta", de O.Fr. distintivo, de L. distinctus, p.p. de distinguere "separar entre, marcar".

Bažnâ, literalmente "alto", del kurdo. bažn "altura, estatura", variantes baž, baš "altura," bašn, → estatura, faš, baš "la crin de un caballo".


Ver el vídeo: Calcular la distancia hasta el horizonte (Febrero 2023).