NeoFronteras

Caos primordial no relativo

Área: Física — martes, 14 de septiembre de 2010

Un trabajo teórico sugiere que es posible que el Universo temprano fuera cáotico y que este caos fuera independiente de los observadores, es decir que no fuera relativo, sino absoluto.

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Si miramos hacia cualquier parte del cielo, sobre todo al fondo cósmico de microondas, vemos que su aspecto es el mismo. Es decir, el Cosmos es isótropo. Si escogemos cualquier región del Universo lo suficientemente grande (que incluya cúmulos de galaxias) y la comparamos con otra de tamaño similar vemos que se parecen entre sí. Es decir, el Cosmos es homogéneo. Estas dos características constituyen el principio cosmológico y casi todos los modelos que tratan de describir el origen y evolución del Universo se basan en él.
Pero si nos detenemos en la isotropía vemos que hay un problema si admitimos que hubo un Big Bang. Las distintas partes del fondo cósmico de microondas (FCM) son demasiado iguales. Este fondo es un reflejo más o menos exacto de cómo era el Universo justo en la época de la recombinación (380.000 años después del Big bang), cuando éste se hizo transparente por primera vez. Representa las fluctuaciones en la temperatura con una perfil de cuerpo negro, es decir, en equilibrio térmico. Pero esas fluctuaciones son tan similares en todas las partes del FCM que el tradicional modelo de Big Bang no conseguía explicar. Para que haya un equilibrio térmico el plasma que constituía el Universo antes de la recombinación debía de haber termalizado en su totalidad y cada parte debía de haber entrado en comunicación causal con todas las demás. Esto es imposible para las regiones del FCM que son antípodas unas de otras, porque incluso a la velocidad de la luz nunca habría habido tiempo para ello.
Una posible solución al respecto es asumir que el Universo fue creado así: absolutamente homogéneo e isótropo. Pero este tipo de ajustes ultrafinos no son del agrado de los teóricos porque no explican nada.
Esto constituyó una gran crisis para el modelo de Big Bang hasta que se propuso la inflación. Según esta hipótesis, el Universo sufrió un periodo de inflación una fracción de segundo después del Big Bang y mucho antes de la recombinación. Estaríamos, por tanto, observando sólo una parte minúscula de la totalidad del Cosmos, una parte que sí tuvo tiempo de ponerse de acuerdo y termalizar y que fue ampliada por la inflación. El campo escalar responsable de esta inflación es totalmente hipotético y estaría controlado por una partícula denominada inflatón. No hay ninguna prueba directa de la existencia de la inflación cósmica o de esa campo escalar, pero permite solventar el problema.
La idea de la inflación no gusta a todo el mundo y algunos han propuesto mecanismos alternativos que expliquen la extremada isotropía del FCM. Uno es suponer que la velocidad de la luz era mucho más rápida durante el Big Bang, de tal modo que sí hubo termalización, dando lugar al patrón del FCM que observamos.
Pero que no necesite que las condiciones durante el Big Bang fueran perfectas, puede que incluso fueran caóticas. Quizás el Universo no fue creado absolutamente uniforme, sino todo lo contrario: caótico. Una idea que se introdujo hace ya 50 años. Si así fueran, la concepción que tenemos del Universo primitivo cambiaría radicalmente.
Hace siete años Adilson E. Motter conjeturó que la expansión del Universo durante el Big Bang fue caótica. Ahora él y sus colaboradores han conseguido argumentar mejor esa conjetura con un andamiaje matemático y publicado sus resultados en Communications in Mathematical Physics. Si hubo una fase caótica en el Universo temprano pudo ser absoluta e independiente del observador. Además aportan las herramientas matemáticas para detectar ese caos.
El problema que había era saber si el caos era absoluto (independiente del observador) o relativo (dependiente del observador). La segunda opción, tal y como apuntaban otros estudios, llevaba a un callejón sin salida desde el punto de vista teórico.
Según estos investigadores el caos sería absoluto y puede estudiarse según las reglas de la relatividad. Este caos tendría fuertes implicaciones en los cambios erráticos entre corrimientos al azul y al rojo según distintas direcciones cuando el Universo estaba en la fase caótica.
Según Motter puede que el Universo primitivo pudiera expandirse en dos dimensiones del espacio y contrayéndose en una tercera, lo que daría un corrimiento al rojo en el primer caso y al azul en el segundo. Pero la dirección o dimensión de contracción no fue siempre la misma, sino que cambiaba erráticamente entre x, y y z.
Lo malo es que esto, bajo la Relatividad General, significaría que la evolución del Universo primitivo dependió fuertemente de las condiciones iniciales del Big Bang.
Hace 22 años se consiguió demostrar que podría existir un acuerdo entre los distintos observadores sobre la naturaleza caótica del Universo temprano si se daba una invariante relativista.
Este trabajo ha conseguido establecer las condiciones bajo las cuales los indicadores del caos son invariantes relativistas. Además, proporciona un resultado controvertido: estos indicadores fueron generados por singularidades inducidas por la elección de la coordenada temporal, pero estas singularidades no están presentes para observables físicos admisibles.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3237

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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26 Comentarios

  1. Eduardo Salaverri:

    Hola NeoFronterizos,

    Fantástica web de la cual alimento mi conocimiento científico. Sólo una petición-sugerencia: ¿es factible qe ampliéis las posibilidades de compartir los artículos a Facebook? Personalmente yo los colgaría habitualmente en mi muro!

    Gracias

  2. pvl:

    Como simple aficionado a estos temas, nunca he comprendido cual es la objeción a la isotropía del universo a gran escala que parece no tener solución sin incluir la inflación. Hasta donde alcanzo a entender, la teoría del Big Bang postula “previamente” a dicho momento que toda la materia y la energía del universo estaban concentradas en algo “similar” a un “superagujero negro” con una densidad gigantesca: intuitivamente parece razonable suponer que el resultado de “empaquetar” toda esa materia y energía sea algo extremadamente homogéneo e isótotropo, de tal manera que las únicas diferencias entre sus “partes” sean las derivadas del principio de incertidumbre que nos permite afirmar,si no estoy equivocado” que la similitud no podía ser infinita o total. Pues bien, támbien parece razonable suponer que si un “sistema aislado por definición” que es extremadamente denso, isótropo y homogéneo (auqnue no infinitamente) se pone a evolucionar y expanderse con las mismas leyes de la física por todas partes (que creo es producto del aislamiento), el resultado a gran escala debe conservar ese mismo aspecto isótropo y homogéneo similar al original aunque a pequeña escala presente irregularides producto de la amplificación de las mínimas diferencias iniciales que impone el principio de incertidumbre.

  3. Juan Díaz:

    De partida, no soy fisico, asi que mi comentario es baladí, una simple “doxa” (opinión).
    Leí en una página amiga que las leyes de la fisica no se aplicarian a cualquier rincón del cosmos, medido por electromagnetismo. De modo que concluyen que el universo es
    “infinito”.
    Los filósofos, no se si los físicos, piensan que hay dos grandes energias o tendencias en el cosmos: la entropia por lo cual todo vuelve a cero absoluto, y la sinergia por las cuales las cosas evolucionan.
    Satre, pensaba que la vida es una pasión inútil, y que las cosas por el hombre creadas, estaban “demás para la eternidad”.
    Asi las cosas, todo nace del cero o la nada, a través del caos evoluciona, y todo vuelve a nada.
    Es más parsimonioso, explicativo y humano creer en Dios, con tal que tengamos una idea humana de él.

  4. NeoFronteras:

    Su amiga se refería a esto:
    http://neofronteras.com/?p=3222

    Y eso no “concluye” que el Universo sea infinito.

    En cuanto a la ciencia (esta web no cubre filosofía) existe el concepto de energía, de entropía, pero no de sinergia que está cargado de mucho misticismo.

    Sartre era un tipo interesante, pero de Física sabía poco, aunque de existencialismo mucho.

    Si prefiere colocar a Dios en lugar de a la Física como explicación es elección suya, tiene libertad para hacerlo.

  5. joabbl:

    ” Las leyes de la fisica no se aplicarian a cualquier rincón del cosmos, medido por electromagnetismo. De modo que concluyen que el universo es “infinito” “.

    ¿Quienes afirman esto conocen algún “rincón” concreto del cosmos donde no se apliquen las leyes de la física? Si la respuesta es sí (como habría que suponer de entrada), ¿se refieren a alguna ley en concreto o a todas en general? ¿Conocen alguna otra ley que se aplique en ese rincón del cosmos? Y si las leyes no se aplican, ¿cómo pasamos de ahí a que el universo es “infinito”? Esto simplemente indica algunas diferencias entre “filosofía” y “ciencia”.

    “Los filósofos, no se si los físicos, piensan que hay dos grandes energias o tendencias en el cosmos: la entropia por lo cual todo vuelve a cero absoluto, y la sinergia por las cuales las cosas evolucionan”.

    Me gusta. Borges habla de estas cosas en alguno de sus cuentos. Pero es literatura, no ciencia.

    “Es más parsimonioso, explicativo y humano creer en Dios, con tal que tengamos una idea humana de él”.

    Esto ya no me gusta. Es lo mismo que dicen el papa y los creyentes y a fuerza de humanizar a dios les ha quedado humano, demasiado humano, ya no vale la pena ni ponerlo en mayúsculas. Y no explican absolutamente nada. Solo dogmatizan que dan pena.

    Por supuesto todo esto es solo otra opinión.

    Saludos

  6. Gerardo:

    Admiro a las personas que realmente entienden toda esta informacion

  7. Miky:

    Lo de un Universo bastante homogéneo y un principio caótico me hizo recordar que los números primos que también tienen esa particularidad, a pesar de distribuirse casi aleatoria-mente mantiene un buena distribución entre sí. Ademas en la naturaleza parecen regir,los nros. primos, sobre las distintas estructuras biológicas.

    Tal ves el cosmos no escape a esta curiosidad…

  8. tomás:

    Estimado-a Miky: Me estás dejando K.O. con tus comentarios sobre el caos primigenio, al que tengo menos respeto que al Caos griego. Sobre todo cuando me lo comparas con los primos. Por favor te lo ruego, no me toques los primos que, de ellos, en números redondos, el dos es el primero.

  9. Atanasio:

    ¿Nadie se arriesga a contestar la pregunta del amigo pvl?

  10. lluís:

    Diría que el amigo pvl, más que una pregunta se hace una reflexión razonable.
    En cuanto a Juan Diaz, como tomás no dice nada ya lo diré yo.
    Me parece que el amigo Diaz debe tener algún problema con Dios.O quizás haya recibido del Altísimo la misión de evangelizar a los herejes que corremos por aquí.
    Por cierto hablando de Caos, quizás ya lo haya visto todo el mundo, pero recientemente he visto un extraordinario documental producido por la BBC four y conducido por Jimmy Al-Khalili-físico y divulgador de la ciencia.Se habla del caos y del orden, de Turing, de sus ecuaciones de la vida(ecuaciones para la biología), se habla también del sorprendente experimento de un químico ruso, notable científico, Belusov, o algo así, que le fue rechazada su publicación por contravenir en su asombroso experimento, las leyes de la Termodinámica (recuerda a aquello de la no reversión del café con leche a su estado anterior -separados- una vez se han mezclado:pues en el experimento parece y mucho darse tal reversión). Es apasionante ver todo eso. El título del documental es “The secret life of the chaos”, y hay unos vídeos en YouTube. Si alguien no lo ha visto, quedará muy gratamente sorprendido.

  11. NeoFronteras:

    Estimado Lluis:
    Muchas gracias por la recomendación. Por cierto, además en en YouTube se puede encontrar en las P2P habituales.

  12. Juan Díaz:

    Creo que hay un problema con la “decibilidad” de los fenómenos. Una vez leí que los sistemas de ecuaciones de la fisica, no necesariamente pueden ser visual o linguisticamente expuestos. Lo mas probable es que todo este blablaismo sobre fisica teórica, haga reir a los fisicos experimentales, tanto como me sonrio para mis adentros cuando encuentran irracional a Dios como “idea pura”, como si las “ideas puras” siempre pudieran expresarse en un código como el ADN u otro cualquiera. Y tampoco es cierto que fisica y filosofía sean compartimentos estancos. Si uno habla de “otra dimensión del tiempo” por mucho que fuerce el lenguaje, es filosofía, lo mismo que si me arriesgo a conjeturar que “un propósito de la tecnologia es la salud humana”, también es filosofía, dialecto, dialéctica, lenguaje simplemente.

  13. NeoFronteras:

    Estimado Juan Díaz.
    ¿Qué quiere decir con la frase “sistemas de ecuaciones de la física, no necesariamente pueden ser visual o lingüísticamente expuestos”?
    A veces da la impresión de que quiere efectuar algún tipo de degüello intelectual sobre la Física. Aunque, por otro lado, puede considerarse halagüeño que le preste tanta atención.
    La meta de la Física no es que se averigüe una explicación sobre absolutamente todo, sino tratar de explicar la realidad observable. Hay conceptos metafísicos que la Física no intenta explicar y no por ello hay que tener vergüenza o complejos.
    Ojalá alguien fragüe una buena teoría que explique bien el Big Bang (quizás obtenga pingües beneficios). Qué hagan con ella los filósofos en su lenguaje no matemático ya se verá, pero probablemente mengüe.
    Las matemáticas son el lenguaje de la Física y la Física se expresa en ese lenguaje desde la antigüedad, es más, sólo se expresa bien en ese lenguaje. La limitación está en el lenguaje normal, que tiene mucha ambigüedad, y en eso que usted llama “visualización”, no en las Matemáticas. Es fácil que una teoría Física güera se vaya al final por el desagüe si está escrita en lenguaje normal. Una teoría física sin matemáticas es una teoría exangüe. Pero normalmente no se hace ciencia con tanta exigüidad. Espero que esto apacigüe sus inquietudes.
    Se puede argüir una analogía. Puede que no entendamos alemán (sobre todo si no somos bilingües), pero si es así no hay que asumir que todos los alemanes están equivocados o sean tontos porque no les entendamos o porque no hablan, por ejemplo, español.
    Ya que mencionamos el español, y con contigüidad, se puede decir que cuando está escrito se entiende mejor si se ponen las tildes correspondientes, o se emplean la maravillosa diéresis (que también tiene el alemán). Está en palabras tan bonitas como cigüeña, pingüino o ungüento. Perdón por su abuso en este texto, ha sido irresistible jugar metalingüísticamente con ella, y sobre todo divertido.

  14. Juan Díaz:

    “Un sistema de ecuaciones no tiene traducción en lenguaje normal”
    “Un sistema de ecuaciones de la fisica no necesariamente puede ser expresado en un sistema linguistico habitual” o “un sistema de ecuaciones no necesariamente tiene expresión grafica, o visual”.
    No soy especialista en filosofía del lenguaje, pero, con todo, intentemos “despejar”.
    Existe una correspondencia bastante exacta entre el lenguaje matemático y la música, como consignó Pitágoras.
    Pero si a una correspondencia de este tipo le ponemos verso, tendriamos muchas maneras de “decir” algo parecido.
    Es mi opinión que los sistemas linguisticos distintos son cualitativamente distintos, y no guardan correspondencia entre si. Si uno dice algo en buen inglés, tiene traducción al español, pero me consta que son matices bastante distintos, en la cualidad de los sustantivos, y en la semática.
    Es un problema empirico antropológico si existe una base linguistica común (universal) a las culturas o no, y en qué sentido.
    Uno puede expresar lo que quiere decir en gestos no-verbales, y en palabras tener un equivalente, pero son ámbitos distintos.
    Por eso son “inteligencias múltiples” (espacial, musical, matemática, verbal, etc) que, al ser medidas por test objetivos, tienen poca correlación entre si.
    Por supuesto, me interesa más su opinión que la mía, según el método Socrático.

  15. joabbl:

    “Existe una correspondencia bastante exacta entre el lenguaje matemático y la música, como consignó Pitágoras.”

    No es cierto. Existe, si acaso, una correlación entre los números y la música. Tal vez en la época de Pitágoras “lenguaje matemático” y “números” fuesen la misma cosa, pero todo el mundo debería ser capaz de entender que para dominar un idioma no basta, ni mucho menos, con aprender su alfabeto.

    “Pero si a una correspondencia de este tipo le ponemos verso, tendriamos muchas maneras de “decir” algo parecido.”

    ¿Podemos poner un ejemplo concreto sobre esa correspondencia fantasma dejando de lado el batiburrillo de palabras?

    Por ejemplo : ¿Qué rima con e=hv? ¿Le ponemos alguna banda sonora en especial? ¿Algo de Mozart, tal vez? ¿O mejor Iron Maiden?

    ¡Ya lo tengo! :

    Energía = constante de Planck por frecuencia.
    En verso podría quedar :
    ¡Señor, que no se me termine mi escasa paciencia!

    Saludos poéticos-musicales

  16. joabbl:

    Ya en serio, sobre el comentario de pvl, es cierto que merecería una respuesta que, aunque yo no estoy cualificado para dar, puedo intentar esbozar para que alguien la corrija o complete. Me parece que el hecho de que toda la materia estuviese empaquetada en un punto antes del big bang no implica necesariamente que hubiese una homegeneidad e isotropía que luego continuase con la expansión, debido a las inevitables fluctuaciones cuánticas. Eso sería cierto si el espacio fuese algo preexistente y la materia “explotase” desde un punto central al estilo de una granada y se expandiese uniformemente. Pero el problema es que no sabemos cómo eran las dimensiones espaciales o temporales antes del big bang. Podría ser peor aún : si el punto inicial, por ejemplo, tuviese una dimensión fractal el posterior “alisamiento” por el proceso inflacionario hubiese contribuido a empeorar cualquier homogeneidad inicial. Penrose, en El Camino a la Realidad, habla de estas cosas. El pertenece al grupo que no se toma en serio la idea de la inflación, porque, según él, la idea de la inflación ya da por sentado lo que pretende explicar.

    Saludos

  17. Juan Díaz:

    Estimado Joabbl, la correspondencia entre matemáticas y música, se enseñaba a los niños en la pelicula “Fantasia”, de Walt Disney.
    Parece que el Pato Donald ha cambiado de profesor. Yo no.

  18. NeoFronteras:

    Estimado joabbl:
    Efectivamente la inflación es un poco sospechosa y parece, según algunos expertos como Penrose, dar más problemas que soluciones.
    En cuanto a momento cero, y a falta de una teoría cuántica de la gravedad, no podemos decir nada al haber una singularidad. Bajo la definición estricta de singularidad se puede incluso afirmar que de ella puede salir cualquier cosa.

  19. tomás:

    Estimados Neo y joabbl: Yo, que nada tengo de experto nunca dí crédito al la inflación y poco al Big Bang, aunque estoy a la espera en este.
    Sin embargo siempre me ha resultado razonable “la luz cansada”, que pondría en cuestión la analogía del efecto Doppler; porque es una analogía y eso no puede admitirse en ciencia; solo vale como ejemplo para vulgarizar.
    De una singularidad puede salir cualquier cosa… posiblemente
    ocurra que sea imposible que salga algo.

    Un cordial saludo.

  20. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Independientemente de todo lo demás el corrimiento al rojo cosmológico no es Doppler. El efecto Doppler depende de la velocidad relativa entre el objeto que emite la luz y el que la recibe. El otro caso depende de la expansión del propio espacio en el que la luz está y que “estira” las longitudes de onda.

  21. tomás:

    Muy estimado Neo:
    Gracias por ese amable “independientemente de todo lo demás”. Es que soy un incrédulo incorregible.
    Verás, conozco bien el tema del efecto Doppler -creo no haberlo olvidado- e incluso pienso que puede aplicarse al alejamiento de las galaxias tal como se aplica al sonido; es algo sencillo.
    Pero cuando hablamos de la expansión del espacio, no me parece que pueda aplicarse. P. e.: Si utilizo una regla inmensa, con sus divisiones, localizada en los límites del Universo, no podré medir su expansión porque la otra regla que yo utilice, también se habrá dilatado. Asimismo pasaría con la regla “luz”; no podría medir nada. Por el contrario, en el alejamiento de las galaxias y en su incremento de velocidad proporcional a la distancia -a lo que no debería llamarse “aceleración”, de dimensiones L/T^2, mientras que la del incremento serían 1/T (¡Jolín con el tiempo!. Se me ha quedado solo para explicarlo todo. ¡Terrible!), si admitimos un Universo cual la superficie de un globo, sea cual sea su curvatura, colocada la regla entre ese límite y el observador, resulta que sucede lo mismo, lo que nos lleva a una contradicción, porque el corrimiento hacia el rojo sí que está probado gracias a Hubble.
    En resumen, que estoy esperando no sólo pruebas como el fondo cósmico, que pueden atribuirse al Big Bang o no, sino una teoría que me permita comprender sin tener que admitir sospechas.
    Agradezco tus siempre didácticos mensajes, pero no te preocupes; uno vive inmerso en sus dudas que superan en mucho las certezas. Tu página me permite rememorar conocimientos y preguntas que estudié hace demasiados años, que han evolucionado…
    Un reconocido saludo.

  22. tomás:

    A Juan Díaz por su 17:
    Yo, honradamente, te recomendaría que cambiases de profesores de matemáticas. Sartre y Walt Disney no son de fiar en esta disciplina y Pitágoras, realmente predecesor -aunque no por “su” conocido teorema, demostrado unos 1.500 años antes- y encomiable en muchos aspectos, está muy superado: Su geocentrismo, su irracional aversión por los irracionales y su afición a mistificar las matemáticas, no lo hacen aconsejable.
    Pienso que Pato Donald si, como dices, abandonó a su Creador, tomó una buena decisión.
    Un cordial saludo.

  23. tomás:

    Gracias lluís y Neo por el envío de 10 y 11. Es muy interesante. He tenido la suerte de que mi mente lo asimila con naturalidad junto con mi determinismo.
    La ecuación, para que Z sea real precisa que C<1/4. Resulta curioso. ¿Qué significado podemos dar a esto?

  24. joabbl:

    Vi ese documental ayer y desde luego que es interesante.
    Para más información sobre la curiosísima reacción química ver :
    http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_de_Belo%C3%BAsov-Zhabotinski

    Pensando en este asunto del caos tan interesante recuerdo haber leído hace muchos años el libro Caos, de James Gleick que en su momento fue un best-seller. Trata de forma clara todos estos asuntos.

    Y ahora, pensando en esto que tanto recomiendan últimamente por aquí sobre la multidisciplinariedad, se me ocurre que el hecho del caos (no la “teoría” del caos, que es un nombre estúpido) es la principal razón por la que todas esas “teorías” conspiratorias a gran escala que pululan por internet no pueden ser más que un montón de tonterías (es curioso que todavía no haya asomado el hocico por aquí algún “conspiranoico”, como han aparecido de otros gremios postmodernos). La razón es que la sociedad es un sistema que se realimenta y del que evidentemente no conocemos nada parecido a las “condiciones iniciales”. Es imposible prever las consecuencias de cualquier cambio por mínimo que sea, el famoso “efecto mariposa”. Un hipótetico club de “cerebros en la sombra” lo tendría muy crudo para poder controlar algo que se mueve desde siempre en el borde del caos. No hay más que mirar alrededor para darse cuenta de que “no hay nadie en el timón”. En ningún sitio. En realidad, nunca lo ha habido.

    Saludos

    Post data : Recuerdo un episodio de the X-Files (todos tenemos nuestras perversiones ocultas, ¿no?) en el que Scully decía algo así como : “El Gobierno no es capaz ni de controlar lo que gasta y me quieres hacer creer que es capaz de etc…”

    Más saludos

  25. NeoFronteras:

    Puestos a recomendar documentales hay uno precioso de PBS titulado “The botany of desire”:

    http://www.pbs.org/thebotanyofdesire/

    También es conseguible completo por P2P, al menos en inglés.

  26. tomás:

    Bien, entonces, puestos a dar las gracias, helas ahí para uno y otro. Creo que ese libro de J. G. lo tengo, pero tardaré semanas o meses a poder confirmarlo. Si no fuese así trataré de hacerme con él.

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