Historia Del Tiempo
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HISTORIA DEL TIEMPO STEPHEN W. HAWKING
Estudiantes de Licenciatura en Educación con ÉnfasisEn Ciencias Naturales y Educación AmbientalUniversidad del Tolima-Idead-Cread Kennedy
LUZ MARINA CHACON CÓD. 084600212014LUGI PILAR CASTILLO CÓD. 084600182014NANCY ALBARRAN. CÓD 084600002014SANDRA ARANGUREN COD.084600062014
2
RESUMEN Esta historia pretende que el lector
pueda entender de una manera
significativa como los contenidos de gran
alcance son la visión que proporcionan
los mecanismos de la mente de su autor.
Donde Hawking se embarca de una
búsqueda de respuesta a la pregunta de
Einstein sobre si Dios tuvo alguna
posibilidad de elegir al creador de
universo. Un universo sin borde espacial,
donde no hay principio ni final en el
tiempo pero sin lugar a dudas sin un
lugar para el creador. El libro presenta
datos interesantes además de
numerosos estudios que para la fecha
fueron extraordinarios, no obstante en la
actualidad los datos son más
comprensibles e inclusive debatibles .El
contenido del libro varía desde los inicios
de la astronomía, la teoría de la
relatividad. Esta historia pretende que el
lector pueda entender de una manera
significativa como los contenidos de gran
alcance son la visión que proporcionan
los mecanismos de la mente se su autor.
Donde Hawking se embarca de una
búsqueda de respuesta a la pregunta de
Einstein sobre si Dios tuvo alguna
posibilidad de elegir al creador de
universo. Un universo sin borde espacial,
donde no hay principio ni final en el
tiempo pero sin lugar a dudas sin un
lugar para el creador, también intenta
explicar algo de matemáticas complejas
PALABRAS CLAVES: Espacio, tiempo,
universo, incertidumbre, expansión,
partículas, fuerzas de la naturaleza y
teorías.
SUMMARY
This story is intended that the reader can
understand in a meaningful way as the
contents are powerful vision provided by
the mechanisms of the mind of its author.
Where Hawking embarks on a search for
answer to Einstein's question about
whether God had any choice the creator
of the universe. A universe without
spatial edge, where there is no beginning
or end in time but undoubtedly no place
for the creator. The book presents
interesting facts and numerous studies to
date were extraordinary, though currently
the data is more understandable and
even debatable .The content of the book
ranges from the beginnings of
astronomy, the theory of relativity. This
story is intended that the reader can
understand in a meaningful way as the
contents are powerful vision provided by
the mechanisms of the mind is its author.
Where Hawking embarks on a search for
answer to Einstein's question about
whether God had any choice the creator
of the universe. A universe without
spatial edge, where there is no beginning
or end in time but undoubtedly no place
for the creator, also tries to explain some
complex math
.KEY WORDS: Space, time, universe,
uncertainty, expansion, particles, forces
of nature and theories.
1 .INTRODUCCION
El tema del universo es una
incógnita de toda una vida para el
hombre acerca de su origen
precisamente por saber de dónde
viene el cosmos, quien o que lo creo,
fue una explosión o por el contrario
tiene que ver un ser supremo como
es Dios. Aun así no indagamos, lo
suficiente para saber acerca de la
formación del universo, de la vida, el
porqué la luz, la gravedad y otras
muchas cosas; nos preguntamos si el
mundo tiene un fin o por el contrario,
con el pasar del tiempo se amplía
mas. Se pretende adquirir más
conocimiento acerca de los agujeros
negros, el porqué de la gravedad en
la tierra, que formo el mundo; en
nuestros días aun se comenta acerca
de las creencias religiosas, es la
explicación más rápida que se da
halos niños. Solo los astrónomos,
fiscos, filósofos y científicos; nos
aclaran el porqué del universo y de
su composición. Se busca estudiar si
hay vida extraterrestre, se incluye
aquí la versión de Isaac Newton y de
otros científicos que aportan sus
4
pensamientos y filosofías como
Quepler y Galileo entre otros; que
pretendían hacer entender en sus
estudios el funcionamiento de la
tierra, de los astros, explicando su
teoría acerca del origen del Bin Bang
estas teorías cambiaban apenas se
comprueba la función de cada
cuerpo existe, se habla del principio
de la selección natural y de la
naturaleza de Dios.
2. DESARROLLO:
CAPÍTULO 1 NUESTRA IMAGEN DEL UNIVERSO
Nos enseña la manera en como hemos
visto el universo desde el inicio de su
análisis con los filósofos griegos hasta
los científicos pertenecientes a la Física
Moderna como Albert.
Einstein.Aristóteles en su libro de los
cielos estableció dos argumentos para
creer que la tierra era redonda: la
sombra de la tierra sobre la luna (en los
eclipses lunares) era siempre redonda y
la estrella polar aparecía más baja vista
desde el sur que desde regiones más al
norte. Aristóteles incluso estimó que la
distancia alrededor de la tierra era de
400000 estadios hacia el doble del
Ecuador correcto.
Aristóteles creía que la tierra era
estacionaria. Esta idea fue ampliada por
Ptolomeo en el siglo II d.c. hasta
construir un modelo cosmológico
completo. La tierra permaneció en el
centro rodeada por 8 esferas. La esfera
más externa transportaba a las llamadas
estrellas fijas.
Nicolás Copérnico 1514, propuso un
modelo más simple su idea era que el
sol estaba estacionario en el centro y
que los planetas se movían en órbitas
circulares a su alrededor. Casi un siglo
después Kepler y Galileo empezaron a
apoyar públicamente la teoría Copérnico.
En 1609 Galileo empezó a observar el
cielo nocturno con un telescopio que
acababa de inventar. El planeta Júpiter
estaba acompañado por varios
pequeños satélites o lunas que giraban a
su alrededor. Esto implicaba que no todo
tenía que girar directamente alrededor
de la tierra.
Johanes Kepler había modificado la
teoría de Copérnico sugiriendo que los
planetas no se movían en círculo, sino
en elipses.
Las predicciones se ajustaban
finalmente a las observaciones, las
órbitas elípticas constituían una hipótesis
bastante desagradable. Kepler no pudo
reconciliarlas con su idea de que los
planetas estaban concebidos para girar
alrededor del sol atraídas por fuerzas
magnéticas. Hacía 1687 Isaac Newton,
postuló una ley de la gravitación
universal, según la cual cada cuerpo en
el universo era atraído por cualquier otro
cuerpo con una fuerza que era tanto
mayor, cuanto más masivos fueran los
cuerpos y cuanto más cerca estuvieran
el uno del otro.
Llegó a suponer que las estrellas fijas
eran objetos como nuestro sol pero
mucho más lejanas. Newton comprendió
que las estrellas deberían atraerse unas
a otras; no parecía posible que pudieran
permanecer esencialmente en reposo.
Newton argumentaba que esto
verdaderamente sucedería si solo
hubiera un número finito de estrellas; si
por el contrario hubiera infinito de
estrellas sobre un espacio infinito; ello no
sucedería, por qué no habría ningún
punto central donde aglutinarse.
CAPÍTULO 2ESPACIO Y TIEMPO
Nos habla acerca de cómo los científicos
a lo largo del tiempo han aportado sus
creencias y teorías a la interrogante del
espacio y el tiempo.
Trata de las teorías del movimiento de
Newton, del espacio absoluto, del tiempo
absoluto, de cómo la teoría de la
relatividad acabó con el concepto del
tiempo absoluto, y cómo resulta
inconsistente con la teoría de la
gravitación de Newton y de la teoría de
la relatividad general de Einstein.
Aristóteles decía que el estado natural
de un cuerpo es estar en reposo. De ello
se deducía que un cuerpo pesado debía
caer más rápido que uno ligero, porque
sufría una atracción mayor hacia la
Tierra.
La tradición aristotélica también
mantenía que se podría deducir todas
las leyes que gobiernan el universo por
medio del pensamiento puro: no era
necesario comprobarlas por medio de la
observación.
Un cuerpo que tenga doble peso sufrirá
una fuerza gravitatoria doble, pero al
mismo tiempo tendrá una masa doble.
De acuerdo con
la segunda ley de Newton, estos dos
efectos se cancelarán exactamente y la
aceleración será la misma en ambos
casos.
Tanto Aristóteles como Newton creían
en el tiempo absoluto. Pensaban que se
podía afirmar inequívocamente la
posibilidad de medir el intervalo de
tiempo entre dos sucesos sin
ambigüedad, y que dicho intervalo sería
el mismo para todos los que lo midieran.
El tiempo estaba totalmente separado y
era totalmente independiente del
espacio.
Cuanto mayor sea la velocidad de un
cuerpo, más difícil será aumentar su
velocidad. Este efecto sólo es realmente
significativo para velocidades cercanas a
la de la luz.
6
Sólo la luz, u otras ondas que no posean
masa intrínseca pueden moverse a la
velocidad de la luz.
Debemos aceptar que el tiempo no está
completamente separado e
independiente del espacio, sino que por
el contrario se combina con él para
formar un objeto llamado espacio.
la luz, al expandirse desde un suceso
dado, forma un cono tridimensional en el
espacio-tiempo cuatridimensional. Dicho
cono se conoce como el cono de luz
futuro del suceso. De la misma forma
podemos dibujar otro cono, llamado el
cono de luz pasado, el cual es el
conjunto de sucesos, desde los que un
pulso de luz es capaz de alcanzar el
suceso dado.
Los conos de luz futuro y pasado de un
suceso P dividen al espacio tiempo en
tres regiones:
- El futuro absoluto. Es el conjunto de
todos los sucesos que pueden en
principio ser afectados por lo que sucede
en P. Sucesos fuera del cono de luz de
P no pueden ser alcanzados por señales
provenientes de P.
- El pasado absoluto de P. Conjunto de
todos los sucesos cuyas señales pueden
alcanzar P
- El "resto". Fuera del futuro y del
pasado.
CAPÍTULO 3
EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN
Nos trata de explicar las teorías que
apoyan o contradicen la idea de que el
universo este en expansión.
En 1750 algunos astrónomos empezaron
a sugerir que la Vía Láctea podría ser
explicada por el hecho de que la mayor
parte de las estrellas visibles estuvieran
en una única configuración en forma de
disco, un ejemplo de lo que hoy
llamaríamos una galaxia espiral. Sólo
unas décadas después, William Herschel
confirmó esta idea.
Las estrellas están tan lejos de la Tierra
que nos parecen simples puntos
luminosos. La luz emitida por un objeto
opaco incandescente tiene un aspecto
característico que sólo depende de su
temperatura. Podemos averiguar la
temperatura de una estrella a partir de
su espectro luminoso. Cada elemento
químico absorbe un conjunto
característico de colores muy
específicos. Por ello se puede
determinar exactamente qué elementos
hay en la atmósfera de una estrella
comparando los conjuntos de colores
ausentes de cada elemento con el
espectro de la estrella.
Al estudiar los espectros de estrellas de
otras galaxias, encontramos un hecho
peculiar: son análogos a los de estrellas
cercanas, pero globalmente desplazados
hacia los extremos del espectro
correspondiente al color rojo. Sabemos,
por otro lado, que si una fuente luminosa
se aleja de nosotros, la frecuencia de las
ondas que recibimos será menor que en
el supuesto de una fuente estacionaria.
El universo se expande. Si se estuviera
expandiendo muy lentamente, la fuerza
de la gravedad frenaría finalmente la
expansión y aquél comenzaría entonces
a contraerse. Si se expandiera más
deprisa, continuaría expandiéndose por
siempre.
Dicke y Peebles argumentaron que aún
deberíamos ser capaces de ver el
resplandor de los inicios del universo,
porque la luz proveniente de lugares
muy distantes estaría alcanzándonos
ahora. Sin embargo, la expansión del
universo implicaría que esta luz debería
estar tan tremendamente desplazada
hacia el rojo que nos llegaría hoy en día
como radiación de microondas.El universo está formado en su mayoría
por estrellas las cuales son muy grandes
y tiene brillo propio debido a colisiones
dentro de ellas, donde se fusionan dos o
más núcleos para formar uno solo; La
estrella más cercana a nosotros es el
Sol, en el interior de este se transforma
la masa en energía, esta energía es
radiada en forma de luz, de la cual solo
una parte de ella llega a la tierra y la
demás escapa al Universo, ¿Por qué es
tan intenso el brillo del Sol? Porque el
Sol a comparación de las demás
estrellas está más cerca, ya que su luz
tarda unos 500 segundos en llegar a la
tierra, la siguiente estrella más cercana
al planeta tierra es próxima centauri y se
ve como un puntito solamente por la
gran distancia.
El libro también nos habla de cómo se
forma una estrella y dice que en el
espacio interestelar existen nubes de
gas constituidas fundamentalmente por
átomos libres de Hidrógeno y helio
mezcladas con el gas que conforman
esas nubes, hay también partículas de
polvo opacas a la luz. Este polvo
bloquea la luz de las estrellas que se
hallan detrás de las nubes y debido a
ese efecto se pueden detectar a las
nubes y con el gas libre de estas nubes
se constituyen las nuevas estrellas.
También habla el autor de las posibles
muertes de una estrella, durante su vida
las estrellas producen luz y calor. Es tan
grande la masa que la producción de
energía puede ser mantenida por largo
tiempo. Sin embargo las estrellas
mueren de distinta forma debido a su
peso. También nos habla el libro de la
vía láctea y de las galaxias ¿Qué es una
galaxia? Es un colosal disco de estrellas
y gas que giran alrededor de su centro.
Así como la Luna gira alrededor de la
Tierra, la Tierra gira alrededor del Sol y
este a su vez gira alrededor del centro
de Vía Láctea como la galaxia...
8
CAPÍTULO 4EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE
Muestra teorías de los mejores
científicos además de críticas a estas
teorías hechas por otros científicos.
El principio de incertidumbre tiene
profundas implicaciones sobre el modo
que tenemos de ver el mundo. Marcó el
final del sueño determinista. Parece
mejor, en general, emplear el principio
de economía conocido como
"cuchilla de Occam" y eliminar todos los
elementos de la teoría que no pueden
ser observados. Esta aproximación llevó
en 1920 a Heisenberg,
Erwin Schrodinger y Paul Dirac a
reformular la mecánica con una nueva
teoría llamada mecánica cuántica,
basada en el principio de incertidumbre.
En esta teoría las partículas ya no
poseen posiciones y velocidades
definidas por separado, pues estas no
podrían ser observadas. En vez de ello,
las partículas tienen un estado cuántico,
que es una combinación de posición y
velocidad.
La doctrina del determinismo científico
fue ampliamente criticada por diversos
sectores, que pensaban que infringía la
libertad divina de intervenir en el mundo,
pero, a pesar de ello, constituyó el
paradigma de la ciencia hasta los
primeros años de nuestro siglo. Una de
las primeras indicaciones de que esta
creencia habría de ser abandonada llegó
cuando los cálculos de los científicos
británicos lord Raleigh y
Sir James Jeans sugirieron que un
objeto o cuerpo caliente, tal como una
estrella, debería irradiar energía a un
ritmo infinito. De acuerdo con las leyes
en las que se creía en aquel tiempo, un
cuerpo caliente tendría que emitir ondas
electromagnéticas (tales como ondas de
radio, luz visible o rayos X) con igual
intensidad a todas las frecuencias. Por
ejemplo, un cuerpo caliente debería
irradiar la misma cantidad de
energía, tanto en ondas con frecuencias
comprendidas entre uno y dos billones
de ciclos por segundo, como en ondas
con frecuencias comprendidas entre dos
y tres billones de ciclos por segundo.
Dado que el número de ciclos por
segundo es ilimitado, esto significaría
entonces que la energía total irradiada
sería infinita.
La hipótesis cuántica explicó muy bien la
emisión de radiación por cuerpos
calientes, pero sus aplicaciones acerca
del determinismo no fueron
comprendidas hasta 1926 cuando otro
científico alemán, Werner Heisenberg,
formuló su famoso principio de
incertidumbre. Para poder predecir la
posición y la velocidad futuras de una
partícula, hay que ser capaz de medir
con precisión su posición y velocidad
actuales.
La mecánica cuántica nos permite, en
principio, predecir casi todos los
fenómenos a nuestro alrededor, dentro
de los límites impuestos por el principio
de incertidumbre. (En la práctica los
cálculos son tan complicados que no
pueden realizarse.)
La teoría de la relatividad general de
Einstein parece gobernar la estructura a
gran escala del universo. No tiene en
cuenta el principio de incertidumbre de la
mecánica cuántica. Los campos
gravitatorios que habitualmente
experimentamos son muy débiles. El
campo gravitatorio deberá ser muy
intenso en, como mínimo dos
situaciones: los agujeros negros y el big
bang. En campos así de intensos, los
efectos de la mecánica cuántica tendrán
que ser importantes. Así, en cierto
sentido, la relatividad general clásica, al
predecir puntos de densidad infinita,
predice su propia caída, igual que la
mecánica clásica predijo su caída al
sugerir que los átomos deberían
colapsarse hasta alcanzar una densidad
infinita.
CAPÍTULO 5LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES Y LAS FUERZAS DE LA NATURALEZA
Nos muestra como el estudio de la
partícula "elemental" ha cambiado a
partir del tiempo. Por partícula elemental
se refiere a los ladrillos de la materia, la
partícula indivisible, es decir que no esté
formada por otras más pequeñas.
Aristóteles creía que la materia era
continua, pero Demócrito sostenía que la
materia era inherentemente granular y
que todas las cosas estaban
compuestas por átomos. En 1803 Dalton
dijo que el agrupamiento de átomos
formaba moléculas. En 1911 Rutherford
mostró que los átomos tenían una
estructura interna, estaban compuestos
por un núcleo con cargas neutras y
positivas, y al rededor giraban electrones
con cargas negativas.
Los protones y neutrones son formados
por partículas llamadas quarks.
En el experimento de Rutherford, las
partículas alfa tenían energías de
millones de electrón-voltios. Usando la
dualidad onda-partículas, todo en el
universo, incluyendo la luz y la gravedad,
puede ser descrito en términos de
partículas. Estas partículas tienen una
propiedad llamada espín.
Todas las partículas conocidas del
universo se pueden dividir en dos
grupos: partículas de espín 1/2, las
cuales forman la materia del universo, y
partículas de espín 0,1 y 2, las cuales,
dan lugar a las fuerzas entre las
partículas materiales.
10
Las partículas materiales obedecen el
principio de exclusión de Pauli,
enunciado en 1925. El principio de
exclusión explica por qué las partículas
materiales no colapsan a un estado de
muy alta densidad.
Un entendimiento adecuado del electrón
y de las otras partículas de espín 1/2 no
llegó hasta 1928 gracias a Paul Dirac. La
teoría de Dirac fue la primera que era a
la vez consistente con la mecánica
cuántica y con la teoría de la relatividad
especial. Explicó matemáticamente por
qué el electrón tenía espín 1/2. También
predijo que el electrón debería tener una
pareja: el anti electrón o positrón.
Hoy en día sabemos que cada partícula
tiene su antipartícula, con la que puede
aniquilarse.
El valor de la energía de la gran
unificación no se conoce demasiado
bien, pero probablemente tendría que
ser como mínimo de mil billones de GeV.
Así pues, no es comprobable. A pesar
de ello, existen consecuencias a baja
energía de la teoría que sí pueden ser
comprobadas. La más interesante de
ellas es la predicción de que los
protones pueden decaer
espontáneamente en partículas más
ligeras, tales como antielectrones.
Hasta 1956 se creía que las leyes de la
física poseían tres simetrías
independientes llamadas C, P y T. La
simetría C significa que las leyes son las
mismas para partículas y para
antipartículas. La simetría P implica que
las leyes son las mismas para una
situación cualquiera y para su imagen
especular. La simetría T significa que si
se invierte la dirección del movimiento de
todas las partículas y antipartículas, el
sistema volvería a ser igual a como fue
antes: en otras palabras, las leyes son
las mismas en las direcciones hacia
adelante y hacia atrás del tiempo.
CAPÍTULO 6LOS AGUJEROS NEGROS
El término agujero negro fue acuñado en
1969 por John Wheeler como la
descripción gráfica de una idea que se
remonta hacia atrás un mínimo de
doscientos años, a una época en que
había dos teorías sobre la luz: una,
preferida por Newton, que suponía que
la luz estaba compuesta por partículas, y
la otra que asumía que estaba formada
por ondas. Debido a la dualidad
onda/corpúsculo de la mecánica
cuántica, la luz puede ser considerada
como una onda y como una partícula.
No es realmente consistente tratar la luz
como las balas en la teoría de la
gravedad de Newton, porque la
velocidad de la luz es fija.
Recordemos el ciclo vital de una estrella.
Una estrella se forma cuando una gran
cantidad de gas, principalmente
hidrógeno, comienza a colapsar sobre sí
mismo debido a su atracción gravitatoria.
Conforme se contrae, sus átomos
comienzan a chocar. Con el tiempo el
gas estará tan caliente que cuando los
átomos de hidrógeno choquen ya no
saldrán rebotados, sino que se fundirán
formando helio. El calor resultante
expandirá los átomos equilibrando la
acción gravitatoria en un cierto tamaño,
que permanecerá aproximadamente
constante durante mucho tiempo.
Finalmente la estrella consumirá todo su
hidrógeno y los otros combustibles
nucleares. Paradójicamente, cuanto más
combustible posee una estrella al
principio, más pronto se le acaba, pues
mientras más caliente esté, más
rápidamente utilizará su combustible.
Nuestro Sol tiene probablemente
suficiente combustible para otros cinco
mil millones de años aproximadamente,
pero estrellas más masivas pueden
gastar todo su combustible en tan sólo
cien millones de años. Cuando una
estrella se queda sin combustible
empieza a enfriarse y por lo tanto a
contraerse. Lo que puede sucederle a
partir de ese momento sólo empezó a
entenderse al final de la década de
1920.
Si una estrella posee una masa menor
que el límite de Chandrasekhar, puede
finalmente cesar de contraerse y
estabilizarse en un posible estado final,
como una estrella enana blanca, con un
radio de unos pocos miles de kilómetros
y una densidad de decenas de toneladas
por centímetro cúbico. Landau señaló
que existía otro posible estado final para
una estrella, también con una masa
límite de una o dos veces la masa del
Sol, pero mucho más pequeña incluso
que una enana blanca. Estas estrellas se
mantendrían gracias a la repulsión
debida al principio de exclusión entre
neutrones y protones, en vez de entre
electrones. Se les llamó por eso estrellas
de neutrones. Tendrían un radio de unos
quince kilómetros, y una densidad de
decenas de millones de toneladas por
centímetro cúbico. En la época en que
fueron predichas, no había forma de
poder observarlas.
Existen algunas soluciones de las
ecuaciones de la relatividad general en
las que le es posible a un observador ver
una singularidad desnuda, pero evitar
chocar con ella, y en vez de esto, caer
en un agujero de gusano, para salir en
otra región del universo. Estas
soluciones son altamente inestables,
como para que un observador no las
perturbe. Por lo tanto para tal observador
la singularidad estaría siempre en su
futuro, y nunca en su pasado. La versión
fuerte de la censura cósmica nos dice
que las singularidades siempre estarían,
bien enteramente en el futuro, como las
singularidades de colapsos gravitatorios,
12
o bien enteramente en el pasado, como
el big bang.
El horizonte de sucesos actúa como una
membrana unidireccional. Cualquier
cosa o persona que cae a través del
horizonte de sucesos pronto alcanzará la
región de densidad infinita y el final del
tiempo.
Se podría suponer que la evolución del
agujero, dependerá de su estructura
interna y los complicados movimientos
de gases en su interior. Si los agujeros
negros fueran tan complicados como los
objetos que se colapsaron para
formarlos, podría ser difícil predecir algo
sobre su comportamiento.
En 1967 Werner Israel revolucionó el
panorama demostrando que los agujeros
negros sin rotación deberían ser muy
simples; eran perfectamente esféricos,
su tamaño sólo dependía de su masa, y
dos agujeros negros cualesquiera con la
misma masa serían idénticos.
En 1963 Kerr había encontrado un
conjunto de soluciones a las ecuaciones
de la relatividad general que describían
agujeros negros en rotación. Estos giran
a un ritmo constante, y su tamaño y
forma sólo dependen de su masa y de
su velocidad de rotación (Se achatan
como la tierra).
Hacia 1973 se llegó a demostrar que
después de un colapso gravitatorio, un
agujero negro puede rotar, pero no
puede tener pulsaciones. Todo esto
implicaba que una gran cantidad de
información sobre el cuerpo colapsado
se debe perder cuando se forma el
agujero negro, porque después de ello,
todo lo que se puede medir del cuerpo
es la masa y la velocidad de rotación.
Toda la teoría se desarrolla en gran
detalle como un modelo matemático. La
primera observación que coincide con la
teoría fue Cygnus X-1, una estrella
visible que gira alrededor de un
compañero invisible, con una fuerte
emisión de rayos X, observada con un
enorme corrimiento hacia el rojo en
1975.
Se podría suponer que la evolución del
agujero, dependerá de su estructura
interna y los complicados movimientos
de gases en su interior. Si los agujeros
negros fueran tan complicados como los
objetos que se colapsaron para
formarlos, podría ser difícil predecir algo
sobre su comportamiento.
CAPÍTULO 7LOS AGUJEROS NEGROS NO SON TAN NEGROS
En un agujero negro, el horizonte de
sucesos está formado por los caminos
en el espacio-tiempo de los rayos de luz
que justamente no consiguen escapar
del agujero negro, y que se mueven
eternamente sobre esa frontera. Una
noche comencé a pensar en esto,
mientras me acostaba. Mi enfermedad
convierte esta operación en un proceso
bastante lento. De repente, comprendí
que los caminos de estos rayos nunca
podrían aproximarse entre sí. Si así lo
hicieran, acabarían chocando, y
absorbidos por el agujero. Así, los
caminos de los rayos luminosos en el
horizonte de sucesos tienen que
moverse siempre o paralelos o
alejándose entre sí. Otro modo de ver
esto es imaginando que el horizonte de
sucesos es como el perfil de una sombra
(la sombra de la muerte inminente.) Si la
fuente de luz es muy
lejana, se observará que los rayos de luz
no se están aproximando entre sí.
El comportamiento no decreciente del
área de un agujero negro recordaba el
comportamiento de una cantidad física
llamada entropía, que mide el grado de
desorden de un sistema. Se puede crear
orden a partir del desorden (por ejemplo
uno puede pintar su casa), pero esto
requiere un consumo de esfuerzo o
energía, y por lo tanto disminuye la
cantidad de energía ordenada obtenible.
Un enunciado preciso de esta idea se
conoce como segunda ley de la
termodinámica. Dice que la entropía de
un sistema aislado siempre aumenta, y
que cuando dos sistemas se juntan, la
entropía del sistema combinado es
mayor que la suma de las entropías de
los sistemas individuales.
Siguiendo nuestras teorías actuales un
agujero negro con una masa pocas
veces mayor a la masa de nuestro Sol
tendría una temperatura apenas encima
del cero absoluto que es mucho menos
que la temperatura de radiación por
microondas que llena el universo;
entonces estos tipos de agujeros negros
emitirían menos de lo que absorben.
Existen agujeros negros con masa
mucho más pequeña, que se formaron
debido al colapso de irregularidades en
las etapas iniciales del universo. Estos
tendrían una mayor temperatura y
emitirían radiación a un ritmo mayor y
tendría una vida media
aproximadamente igual a la edad del
universo.
Los agujeros negros con masas iniciales
menores a las mil millones de toneladas
ya se habrían evaporado completamente
para entonces, pero los que tuvieran
masas ligeramente arriba de los mil
millones de toneladas aun estarían
emitiendo radiación en forma de rayos X
y rayos Gamma.
Los rayos X y los rayos Gamma son
como las ondas luminosas, pero con una
longitud de onda más corta. Por eso
estos agujeros apenas merecen el
nombre de "negros", porque realmente
son blancos incandescentes y emiten
energía a un ritmo aproximado de diez
mil megavatios.
14
CAPÍTULO 8EL ORÍGEN Y EL DESTINO DEL UNIVERSO
Se plantea la teoría del Big Bang
caliente, que se ve muy probable
porque explica muchos de hechos
actuales como desde por qué el
hidrógeno es el elemento más
abundante del universo hasta la
naturaleza de los neutrinos. Se supone
que 100 segundos después del Big Bang
la temperatura del universo descendió a
mil millones de grados lo que provocaría
de los protones y neutrones no tendrían
suficiente energía para vencer la
atracción y se empezarían a combinar
para formar los primeros núcleos de
átomos de Hidrógeno pesado que solo
contiene un protón y un neutrón.
Esta idea se propuso por primera vez
por Alpher, Bethe y Gamow en 1948 en
un famoso artículo, que explica que el
universo estará en expansión hasta
cierto momento en el que se revertirá el
proceso debido a la falta de temperatura
originada por el volumen infinito.
Entonces el universo irá en reversa
hasta llegar al big crunch.
La ciencia parece haber descubierto un
conjunto de leyes que, dentro de los
límites establecidos por el principio de la
incertidumbre, nos dicen que es posible
saber cómo evolucionará el universo si
al menos sabemos su estado en un
momento cualquiera.
Parece absurda la posible respuesta de
que dios eligió la configuración inicial del
universo por razones que nosotros ni
comprender podemos. Es absurdo por
qué pensar que todo ha sido creado
incluido el tiempo a partir de un ser
divino sin siquiera intentar averiguar que
ocurrió antes de esto, simplemente fuera
de todo contexto científico, además que
sería un misterio mayor ¿De dónde se
originó el ser divino? Sorprendió la
cantidad de materia estimada en el
universo: “Diez billones de billones de
billones de billones de billones de
billones de billones (un 1 con ochenta y
cinco ceros detrás)" a la vez también
deja más preguntas como la que cita el
autor: "¿De dónde salieron todas las
partículas?" la respuesta la tiene la
teoría cuántica que dice que es posible
crear materia a partir de energía en
forma de partícula/antipartícula. Pero
esto nos deja la pregunta ¿De dónde
salió toda la energía? y la respuesta a
esto es que la energía total del universo
es exactamente cero. La materia del
universo está hecha de materia de
energía positiva, sin embargo toda la
materia está atrayéndose a sí misma por
la gravedad.
Cada historia de las que intervienen en
la suma sobre historias describirá no
solo el espacio-tiempo, sino también
todo lo que hay en él, incluido cualquier
organismo. Esto puede justificar el
princio antrópico. Todo esto podría
sugerir que el llamado tiempo imaginario
es realmente el tiempo real y que el
tiempo real tenga dos caras.
CAPÍTULO 9LA FLECHA DEL TIEMPO
Nos enseña que aunque hay tres flechas
que distinguen al pasado del futuro
(flecha termodinámica, flecha psicológica
y flecha cosmológica) las leyes de la
ciencia no distinguen si la dirección del
tiempo es hacia delante o hacia atrás.
El autor demostró de más de una
manera como la flecha termodinámica y
la psicológica son prácticamente la
misma flecha, por lo tanto siempre
señalaran la misma dirección.
Si el universo no tuviera frontera o
terminara en algún sitio entonces la
flecha termodinámica estría bien definida
porque el universo tuvo que haber
iniciado en un estado suave y ordenado.
Esto sustentaría la ley de Murphy que
dice: "Todo tiende a empeorar", teniendo
en cuenta que nuestro universo está
muy desordenado y peor a como inició.
Pero ¿Que ocurriría si en algún
momento el universo termine su
expansión? ¿Cuándo ocurriría? ¿El
universo empezaría a contraerse en un
tiempo en retroceso? ¿La gente de ese
tiempo vería los vasos que algún día
cayeron recomponerse y saltar a donde
se cayeron?
El autor explica que la humanidad no
existiera si no existiera una flecha
termodinámica clara, porque para
sobrevivir necesitamos consumir
alimentos (forma ordenada de energía) y
convertirlo en calor (forma desordenada
de energía), siguiendo este modelo
entonces la vida inteligente no existiría
con el universo en contracción, puesto
que la flecha termodinámica se invertiría.
CAPÍTULO 10AGUJEROS DEL GUSANO Y VIAJES DEL TIEMPO
Trata de la posibilidad de que se puedan
hacer viajes en el tiempo, nos ponen un
ejemplo que creo que lo explica
claramente. Sabemos que el tiempo va
hacia delante, porque el desorden
aumenta y por qué recordamos el
pasado pero no el futuro. Tratábamos el
tiempo como si fuera una línea de tren
recta por la que solo se puede ir en una
dirección o en la opuesta. Entonces,
¿cuáles son las perspectivas de los
viajes en el tiempo? La primera
indicación que las leyes de la física
podrían permitir realmente los viajes en
el tiempo se produjeron en 1949 cuando
Kurt Gödel descubrió un nuevo espacio-
tiempo permitido por la teoría de la
16
relatividad. Gödel fue un matemático que
se hizo famoso al demostrar que es
imposible probar todas las afirmaciones
verdaderas, incluso si nos limitáramos a
tratar de probar las de una materia tan
aparentemente segura como la
aritmética. Al igual que el principio de
incertidumbre, el teorema de completitud
de Gödel puede ser una limitación
fundamental en nuestra capacidad de
entender y predecir el universo, pero al
menos hasta ahora no parece haber sido
un obstáculo en nuestra búsqueda de
una teoría unificada completa.
"¿Qué sucedería si la línea de tren
tuviera bucles y ramificaciones de forma
que un tren pudiera, yendo siempre
hacia adelante, volver a una estación por
la que ya ha pasado? En otras palabras,
¿sería posible que alguien pudiera viajar
al futuro o al pasado?"
Entonces al ver y analizar el tiempo de la
manera de esta analogía es muy fácil
afirmar que si es posible viajar al pasado
y al futuro, viajando el tiempo siempre en
una dirección (en este caso hacia la
derecha) es posible viajar al futuro
aumentando la velocidad y al pasado
siguiendo líneas alternativas de viaje. La
idea central es que si un objeto x viaja
de A a B siempre en la misma dirección
al llegar a B puede tener la decisión de
tomar la primer ruta e ir al Suceso C o
tomar la ruta alternativa (la curva) y
regresar al suceso A. Siguiendo esta
teoría se puede explicar la quintilla de la
joven de Wight.
El tema habla principalmente en
agujeros de gusano, que se supone son
túneles que se forman en la línea del
tiempo si es que esta está curveada,
Se mantiene la idea de que el tiempo
siempre va en una sola dirección, en
este caso digamos que si un objeto x
quiere ir desde A hasta C tendría que
pasar obligatoriamente por B siguiendo
la línea del tiempo regular, a excepción
de que usara el agujero de gusano como
un atajo y así poder adelantarse hasta el
suceso C, para sustentar un viaje al
pasado solo es necesario imaginar un
objeto en cualquier punto entre B y C
que se encuentre antes del portal del
agujero de gusano, el objeto podrá usar
el agujero de gusano para viajar entre el
punto A y el punto B, pero nunca podrá
usarlo para viajar antes del punto A, para
lograrlo debe encontrar otro agujero de
gusano.
Los agujeros de gusano, según el libro,
serían muy inestables por lo que antes
de viajar por ellos deberíamos aprender
a controlarlos y hacerlos estables. Pero
cuando logremos comprobar la física de
los agujeros de gusanos, su estabilidad
debería ser un problema menor.
CAPÍTULO 11LA UNIFICACIÓN DE LA FÍSICA
La existencia de una posible teoría única
que Einstein trato de descifrar durante
sus últimos años. Esta teoría debe tener
referencias hacia el resto de las teorías
comprobadas para extenderla y explicar
todos los hechos del universo.
Explica como muchas teorías no pueden
aceptadas como "únicas" por los
absurdos infinitos que implica, lo que
quiere decir que una teoría en completa
aceptación no debe mostrar el infinito o
el tiempo como infinitos, mostrándonos
su inicio y su inevitable fin.
Entra mucho en el tema de la teoría de
cuerdas donde se intenta representar la
gravitación como un tubo de cañería en
forma de H donde las líneas verticales
representan a las partículas en la Tierra
y las partículas en el Sol
respectivamente y la línea horizontal el
gravitón por donde se cree que viajan
protones y neutrones lo que provoca una
atracción y repulsión.
No se puede tratar de solo atracción por
que en cierto momento todas las
galaxias se aglutinaran hasta llegar a
una masa que decrecería tanto hasta
llegar a la infinita densidad
contradiciendo la teoría del big bang. Y
por obvias razones tampoco puede ser
solo de repulsión porque entonces no
estuviera escribiendo esto porque
estaría flotando.
3 . APORTECRITICO
Siempre para toda la humanidad, la
pregunta que surge es cómo se creó el
universo, será algo químico o por el
contrario se dio por la mano de Dios, que
es una hipótesis que cada día se va
perdiendo por la intervención en este
tema tan complejo de los filósofos,
físicos, y astrónomos entre otros; el día y
la noche que es el tiempo que nos
ofrecen los astros que componen el
planeta en que habitamos; el día y la
noche tendrán un fin como tuvieron un
comienzo.
La tierra seguirá siendo el único planeta
con vida terrestre, o por el contrario con
el pasar del tiempo se descubrirá si hay
vida en otro planeta;
En cuanto a la gravedad, y el
movimiento de los cuerpos comparto en
esta ultima la idea de Aristóteles que
afirma que el estado natural de un
cuerpo, era estar en reposo y que este
solo se movía si era empujado por una
fuerza o un impulso. Los demás cuerpos
que son atraídos hacia la tierra lo hacen
por la fuerza de gravedad, y así mismo
el hombre. Se habla del universo si
existió antes del big bang o después, es
algo incierto porque es en este momento
es donde intervienen las creencias
religiosas, pero a la vez se excluyen con
las teorías que se dan con los aportes de
científicos, físicos etc, ellos nos dan
mucho para investigar; hoy en día aun
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seguimos anhelando saber porque
estamos aquí o de donde vinimos. Para
esto nos remitimos al libro de Stephan
Hawking, quien es el que nos
desmenuza cada descubrimiento acerca
de la creación del cosmos. . No
obstante, en la actualidad los datos son
más comprensibles inclusive debatibles.
El contenido del libro varía desde los
inicios de la astronomía, la teoría de la
relatividad de Einstein pasando por las
observaciones de la física cuántica y por
supuesto las múltiples especulaciones
de la naturaleza del espacio y tiempo. Es
interesante el inicio del texto porque
expone un tema crucial que inunda la
esencia de todo el argumento del libro.
Se menciona que un científico
(posiblemente el filósofo y matemático
Bertrand Russel) daba una conferencia
sobre astronomía y describía como era
el movimiento giratorio de la
Tierra. Como se sabe hoy en
día, explicaba que la Tierra gira
alrededor del Sol y éste último giraba
alrededor del centro de una colección de
estrellas. Concluyendo la charla, una
señora se levanto de su asiento y refutó
lo descrito en la charla mencionando que
la Tierra en realidad era plataforma
plana apoyada sobre una cantidad
infinita de caparazones de tortugas
gigantes. Pero, ¿Cuál es el verdadero
sentido de mencionar esto? Muy
acertadamente el autor mencionar que
aunque la respuesta de la señora resulte
absurda ¿Cuáles otras fuentes tenemos
nosotros para decir que conocemos
mucho mejor la Tierra? ¿Qué nos
asegura que el universo esta y como lo
describimos? Y aún más importante
¿Cuál es la naturaleza del Tiempo y
espacio? La señora tuvo razón en
debatir la charla hasta cierto punto. A
pesar de todos los estudios todavía hay
muchas respuestas que no pueden
darse por completo y esa es parte del
sentido del libro. El griego Aristóteles fue
uno de los primeros en tener buenos
argumentos con respecto al tema. Dice
que si la tierra hubiera sido un disco
plano, su sombra habría sido alargada y
elíptica luego de analizar un eclipse. Por
otra parte, los griegos en sus viajes por
el mundo sabían que la estrella Polar se
veía más baja en el cielo en localidades
hacia al sur que en regiones hacia el
norte. Inclusive, Aristóteles estimó la
distancia alrededor de la Tierra A
diferencia del pensamiento
contemporáneo, Aristóteles pensaba que
la Tierra era estática y que los demás
cuerpos celestes giraban en órbitas
alrededor de ella. Más adelante,
Ptolomeo en el siglo II d.C amplía esta
idea construyendo un modelo
cosmológico completo donde la Tierra
era el centro y ocho esferas lo rodeaban.
Estos pensamientos atinados para la
época. Hay que admirar las deducciones
y pensamientos de estos sujetos. No es
hasta 1514 que se propone un modelo
más simple (Nótese la diferencia de
años que sigue dando méritos a los
anteriores pensadores) por un cura
polaco y astrónomo, Nicolás Copérnico.
Propone que el Sol estaba estacionario
en el centro y que la Tierra y los demás
planetas se movían en órbitas circulares
a su alrededor. Este hallazgo fue un gran
aporte para la astronomía pero cabe
recalcar que eran épocas difíciles y con
problemas sociales que afectaban
proporcionalmente las investigaciones y
divulgaciones de resultados. Los
agujeros negros se habrían formado
únicamente si el universo inicialmente no
hubiera sido liso y uniforme.
Justo en el big bang se piensa que el
universo tuvo un tamaño nulo y por tanto
estuvo infinitamente caliente; es por esto
que la concepción del universo ha
cambiado mucho.
Nuestros científicos harán posible el
conocimiento y la reacción de los
agujeros negros antes que el hombre
acabe con lo creado, ya sea por la ley de
Dios o por un proceso químico. lo que se
sabe hasta nuestros días como los
aportes a la ciencia moderna como
GALILEO GALILEI .
4. CONCLUSIÓNES
1. El tema gira alrededor de las posibles
teorías, acerca del origen del cosmos,
unas ya comprobadas y otras
inconsistentes.
2. La idea donde se mezcla la teoría
cuántica y relativa para crear una teoría
muy diferente a lo que había leído en
capítulos anteriores parece muy
interesante especialmente por las cuatro
dimensiones que presenta donde
explicaría todos as incógnitas a pequeña
y gran escala, con el único inconveniente
de que el hecho de una sola teoría
unificada estaría muy relacionada con el
asunto de la divinidad.
3. Es muy cierto decir al igual que el
autor del libro que los científicos de
ahora están muy ocupados investigando
el cómo se creó el universo como para
preocuparse por el porque de cada
teoría.
4. Finalmente el autor del libro se
pregunta ¿puede el universo ser un
continuo sin principios ni fronteras?, si
así fuera el universo se dirigiría asi
mismo y no se veria afectado por nada
que estuviera fuera de él, no sería
creado ni destruido, simplemente seria.
BIBLIOGRAFIA
20
Hawking,(1988) Historia del
tiempo .Grijalbo Ltda.Desimosexta
edición marzo de 1999. Santafé de
Bogotá, D.C, Colombia. Pg. 1 – 245