NeoFronteras

El Universo parece girar sobre sí mismo

Área: Espacio — lunes, 11 de julio de 2011

Encuentran que las galaxias espirales situadas hasta a 600 millones de años luz tienen un sentido de giro preferente.

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Durante el último siglo un concepto muy importante en Física, sobre todo en Mecánica Cuántica, ha sido y es el de simetría. Uno de los resultados más bonitos de la Física dice que allá donde hay una simetría hay una cantidad conservada. Es lo que se llama teorema de Noether. De este modo, las leyes de la Física pueden ser iguales bajo una u otra simetría y para cada uno de esos casos se conservará algo. Así por ejemplo, la simetría de traslación temporal corresponde a una cantidad conservada: la energía. También ocurre que las leyes de la física son las mismas bajo unas transformaciones de rotación en el espacio tridimensional y eso significa que se conserva el momento angular.
Para describir las simetrías se suele utilizar teoría de grupos (son objetos matemáticos cuya definición está alejada del significado habitual de la palabra). Hay muchos tipos de grupos con nombres curiosos. Así, el grupo SO(3) corresponde a las trasformaciones de giros mencionadas antes, pero hay muchos más que se corresponden a otro tipo de simetrías: SU(2), SU(3), U(1)… Algunos de estos grupos se han usado para describir las partículas e interacciones de las partículas fundamentales en el Modelo Estándar. Las alternativas, como la del físico surfero A. Garrett Lisi que usa el grupo de Lie E8, pretenden explicar mejor ese extraño mundo creando marcos de gran unificación. Esta idea de usar grupos para describir las simetrías se la debemos a Weyl.
Sirva esta pequeña introducción sólo para que nos demos cuenta de lo importantes que son las simetrías en la Naturaleza y de lo que implica que se dé una u otra. Toda la Teoría Cuántica de Campos está basada en esta idea de simetría, pero el concepto de simetría está en otras áreas de la Física.
Hasta ahora se creía que el Universo tenía simetría especular y que no tenía ningún giro propio. El Big Bang habría producido un Universo sin ninguna dirección privilegiada o especial y tampoco se puede pensar en algún mecanismo durante el mismo que produzca algo distinto.
Pero mira tú por donde a Michael Longo, de la Universidad de Michigan, le dio por consultar (con ayuda de unos estudiantes, claro) el catálogo Sloan de galaxias del universo cercano para poner a prueba tal premisa.
Se pusieron a contabilizar si el giro de miles de galaxias espirales a 600 millones de años luz o menos de nosotros (las fotografiadas en el proyecto Sloan) era a favor de las agujas del reloj o al contrario. Si observamos la imagen de una galaxia en un espejo veremos que su imagen gira en sentido contrario, que tiene un quiralidad opuesta. Si se tiene en cuenta muchas galaxias uno esperaría que la mitad tenga una quiralidad y la otra mitad la otra. De este modo, al observarlas todas (o un conjunto de ellas lo suficientemente grande) en un espejo se conservaría esta simetría en promedio. Lo contrario sería una violación de la simetría especular, o paridad, a escala cósmica.
Pues bien, los resultados que obtuvieron vienen a decir que las galaxias tienden a girar en un sentido preferente, en concreto en sentido contrario a las agujas del reloj si como dirección para comparar usamos la dirección norte del eje de nuestra propia galaxia.
El exceso es muy pequeño, de sólo un 7% a favor de esa dirección de giro, pero es muy difícil que ocurra por casualidad o por fluctuación estadística. La probabilidad de que se dé algo así es una posibilidad en un millón.
Según Longo este resultado es muy importante porque parece contradecir una noción universalmente aceptada de que el Universo es isótropo a escalas lo suficientemente grandes y que no tiene direcciones privilegiadas.
Esto sugeriría que el Big Bang probablemente fue más complicado de lo que creemos y que el Universo nació con un eje de giro. Un Universo isótropo debe de empezar con una explosión simétrica esféricamente. Si el Universo ya apareció rotando entonces esto introduciría un eje preferente y las galaxias al formarse habrían heredado de algún modo esa característica. Según este investigador el Universo todavía estaría rotando.
Como el observatorio a partir del cual se creo el catalogo Sloan usado en este estudio está en el hemisferio norte, las galaxias estudiadas pertenecen en su mayoría a ese hemisferio. Un test importante será realizar el mismo tipo de estudio con galaxias del hemisferio sur para ver si coinciden los resultados. Este estudio ya se está realizando.
Recordemos que la paridad se conserva en electromagnetismo, interacción fuerte y gravitación, pero se viola en la interacción débil. Así que no sería la primera vez que se observa la violación de esta simetría, pero en este caso desaparecería uno de los postulados del principio cosmológico que dice que el Universo es isótropo.
Si se confirma este resultado la conclusión sería asombrosa: el Universo gira.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3550

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo en ArXiv.

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

  1. hector04:

    Excelente articulo, y la cita a Noether viene como anillo al dedo,me recuerda la preferencia también respecto a un eje de la constante de estructura fina, espero que los autores se lean.
    Entonces son varias las pruebas que se suman a que el universo no es isótropo y muchas mas a que no es homogéneo, quedamos como el triangulo euclidiano ante un mundo geodésico, una aproximación útil para hacerse una idea.
    Con todo somos testigos de la ruptura de la mayor de las simetrias, la de nuestros propios paradigmas, eso de que debe ser como nuestra intuición dice que debe ser.

  2. petrus:

    Si conservamos la cantidad de movimiento angular, la velocidad angular del universo primigenio debió ser inimaginable… Menos mal que tenemos la materia oscura para estabilizar la propuesta y llevarla a ese estado clásico de indefinición que tanto parece gustar al universo, de acuerdo con la siguiente ley: ” Cualquiera que sea el descubrimiento realizado , la cantidad de indefinición permanece constante “.

  3. Nemo:

    Pareciera que un giro global del universo (de la materia respecto al espacio? si no, de qué respecto a qué?) que favorezca un sentido de rotación en la agregación gravitatoria debería producir una anisotropía en el “color” de la radiación de fondo. Pero no recuerdo nada de eso.

  4. lluís:

    Si el universo gira (¿con respecto a qué?)debería suponerse que tiene un centro alrededor del cual gira todo.Sí así fuera, las leyes de la física deberían ser distintas según la posición o la región del universo en la que uno estuviera.Además,sigo suponiendo que giraría como un todo, como un tiovivo, lo cual debería implicar que diferentes zonas o regiones del universo giraran a distintas velocidades, puesto que la parte exterior de un tiovivo posee una mayor velocidad angular que cerca del eje de giro-de lo contrario se descuajeringaría el tiovivo-.Todo esto podría implicar distintas velocidad de propagación de la luz y por ende un “megaverso” dentro del propio universo considerado como un todo.Desde luego el principio cosmológico, en un universo girando, no podría sostenerse.Y si resulta que ocupamos una posición privilegiada igual no necesitamos la energía oscura.No sé me parece que con un universo que gire, las leyes de la física serían tan diferentes que quizás aún no nos demos cuenta del alcance de un unviverso rotando.
    Saludos.

  5. tomás:

    Estimados Nemo y lluís: Estoy con el mismo problema que vosotros. Por cierto, lluís, creo que has tenido una confusión: en el tiovivo, la velocidad que aumenta conforme nos alejamos del eje de giro es la tangencial; la angular es la misma para todo el artilugio.
    Sólo imagino que el giro se dé arrastrando el espacio, con lo cual, en realidad no gira y pienso que en tal caso no habrá ni momento de giro, ni fuerza centrífuga ni, supongo, medición posible de ese giro, por lo que me pregunto ¿qué es lo que se ha medido en realidad?
    Saludos.

  6. joabbl:

    Imagino que la conclusión de que el universo estaría girando se sacaría de “restar” el momento angular de las galaxias que giran en el sentido del reloj del de las galaxias que giran en el sentido contrario y que esa diferencia sería el momento angular inicial del universo, que debería conservarse. Pero si antes del big-bang no había espacio-tiempo, ¿cómo podía estar girando el universo? ¿No implicaría eso la existencia de un universo previo al nuestro? ¿Y como puede estar girando ahora mismo nuestro universo si fuera de él no hay nada por definición? ¿Podría estar girando alrededor de otras dimensiones que no vemos y que ya existían antes del big-bang? ¿Y por qué se tendría que conservar el momento angular de “antes” del big-bang “después” del big-bang? ¿Cómo definimos el momento angular de antes del big-bang? Al final van a tener razón los “cuerderos” y van a existir otras dimensiones, pero en lugar de “enrolladas” microscópicamente van a ser inmensamente grandes y van a estar delante de nuestras narices…

    Saludos tridimensionales.

  7. joabbl:

    Se me ocurre otra posibilidad: galaxias de materia oscura que no vemos que giran de manera que anulan el “superavit” de momento angular.

    Saludos

  8. NeoFronteras:

    Puede que este resultado se quede en nada, pero merece la pena aclarar un poco el concepto de espacio. Desde el punto de vista newtoniano (algo que está en la mente de todos por ser intuitivo) el espacio es un marco de referencia. Bajo la RG el espacio es un campo que no necesita contenedor de ningún tipo. Se pueden definir curvaturas intrínseca y, ¡cómo no!, giros del propio espacio sin necesidad de nada exterior. El espacio puede fluir.
    Aunque ésta no tiene que ser la explicación para este resultado.

    La idea de que la materia oscura gire del otro lado parece interesante.

  9. Nemo:

    Creo que Gödel calculó una solución RG de un universo en rotación. Tenía extrañas propiedades; se podía volver al pasado.

  10. tomás:

    Estimado Nemo:
    Si, según ella, se puede volver al pasado no hay que hacerle mucho caso. “Los números, a veces, hacen concebir extrañas ilusiones”. Es de un poema sobre contabilidad, pero puede aplicarse a la solución de las ecuaciones. ¡Claro que Godel no fue un cualquiera!, pero podemos -quizá- aplicarle, bien o mal, sus propios teoremas y decidir que las consecuencias de esa solución son indecidibles; así cerramos el círculo ilógico-temporal.
    Saludos.

  11. lluís:

    Respecto al comentario de Neo,efectivamente con Newton el espacio es una “marco fijo” en el que se desenvuelven los sucesos cosmológicos, pero con Einstein ese “marco fijo” desaparece;aunque las estructuras cósmicas que vemos están ahí, y ese ahí, es como un tejido espacio-tiempo que fluye.Si esto es así, “el contenedor”(que contiene esas estructuras cósmicas)¿se puede interpretar como un “contenedor” que fluye y gira?.
    En cuanto a Gödel, su idea era que el Universo podría estar lleno de agujeros como un queso de Gruyere.
    Saludos.

  12. tomás:

    Estimado lluís:
    El Universo de Godel, precisamente es muy isótropo y pulveruleno, con líneas cerradas como circunferencias que permitirían no sé si contemplar o trasladarse al pasado y al futuro, conclusión que -para mí- lo invalida por inevidente.
    En mi concepción de la realidad, más que a un queso gruyer o la espuma de la cerveza, con sus burbujas aisladas entre sí, lo concibo como una esponja, donde las celdas están comunicadas. Y el espacio, no es un marco, pero sí algo permeable, (como un gas), pero afectado por un montón de campos que hacen que la gravedad lo curve y la luz siga trayectorias que no son rectas, pero si el campo es sólo magnético, también lo curva, aunque a mucha menor escala y por ello las partículas magnéticas siguen las líneas de campo. Dentro del átomo ha de pasar algo parecido con campos de dimensión diminuta donde las curvaturas han de ser fortísimas para explicar las fuerzas intra-atómicas.
    Imagino que ese Universo que gira, debe hacerlo como un todo, espacio incluido, aunque en él las masas tengan movimientos entre ellas por lo que he de entender que el espacio ha de fluir para ocupar el espacio anterior que la masa ocupaba. Por eso digo que no sé qué se ha medido.
    Ya ves que todo esto es muy intuitivo y personal y no sé hasta qué punto puede coincidir con la realidad. Sólo me consuela que el resto de los humanos tampoco sabe hasta qué punto su modelo de la realidad coincide con esta.
    Recibe mi más cordial saludo.

  13. NeoFronteras:

    Sobre el modelo de Gödel y otros se podría aclarar primero en qué consiste una teoría física tradicional como la RG.
    La Relatividad General es básicamente un conjunto de ecuaciones diferenciales (ecuaciones de Einstein). Sus infinitas soluciones describen el comportamiento del espacio en presencia de energía, materia y cantidad de movimiento.
    Para poder solucionar analíticamente (numéricamente siempre tendremos más posibilidades de éxito) una ecuación diferencial (éstas o cualquier otra) hay que fijar las condiciones iniciales y de contorno. Si la simetría es lo suficientemente alta y nuestra habilidad muy buena podemos entonces encontrar las soluciones para ese caso en forma de funciones (en este caso o en otros).
    Es lo mismo para la ecuación del calor, las ecuaciones de Navier-Stokes, etc.
    En este caso, podemos imaginar una multitud de condiciones de contorno e iniciales, pero eso no significa que sean razonables, que las podamos provocar en el mundo real o que el Universo las haya elegido.
    Puede ser una buena cosa explorar ese tipo de soluciones, pero no tienen por qué ser realistas.
    Quizás haya otros universos que respondan al modelo de Gödel, pero seguro que no permiten la vida y consciencia y, sobre todo, al no tener acceso a ellos, no podemos usar el método científico para explorarlos, quedándose en mera especulación.

  14. tomás:

    Estimado Neo: Explicas la situación con inmejorable acierto. Personalmente sólo me interesan las soluciones que permitan el Universo que percibimos, en el que es posible nuestra palpable realidad. Los multiversos y todo eso nada me dicen pues están fuera de toda posible experiencia.
    Un cordial saludo.

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