Durante el siglo XX, las observaciones astronómicas de un tipo de supernova —la supernova de tipo Ia que explota cuando una enana blanca alcanza la masa de 1.4 veces la masa del Sol— han aportado candelas cósmicas estándar a través de las cuales se pueden conocer las distancias cósmicas con precisión; porque este tipo de enanas blancas, cuando explotan y se transforman en supernovas, todas tienen el mismo resplandor y se apagan con el mismo ritmo, puesto que tienen casi la misma composición. Así mismo, todas explotan cuando alcanzan la misma masa, 1.4 veces la masa del Sol, dado que ésta representa la masa máxima de las enanas blancas. En efecto, ésta atrae los gases ricos en hidrógeno de la estrella vieja correspondiente y de este modo aumentan la densidad y la temperatura continuamente hasta alcanzar una temperatura de más de diez millones de grados dando lugar a la fusión nuclear de la enana blanca entera. La estrella se inflama y produce una gran explosión que desgarra a la estrella produciendo una supernova del tipo Ia.

Con respecto a lo que lleva al aumento o  disminución de su brillo, es la distancia entre ellas y el observador, o el alejamiento o proximidad de la supernova al observador. Esto es lo que las convierte —como se mencionó anteriormente— en candelas estándar para determinar las distancias cósmicas con precisión, así por ejemplo: si conocemos la distancia que nos separa de una supernova y queremos medir la distancia entre nosotros y una segunda supernova que tiene un cuarto del brillo de la primera supernova, la distancia que nos separa de la segunda supernova es el doble de la distancia que nos separa de la primera supernova; porque el brillo es proporcional al cuadrado de la distancia. Esto significa también que si nosotros conocemos la distancia entre nosotros y una supernova, podemos calcular el brillo de la supernova. Dado que las supernovas explotan continuamente en el universo que nos rodea, ya han aportado información de las distancias cósmicas con precisión y asimismo, observarlas ha aclarado la velocidad de expansión del universo (la materia y la energía).

A fines del siglo XX, un equipo de investigadores que observaba supernovas determinó que una de las supernovas lejanas a nosotros era menos brillante de lo que se suponía que debía ser. Esto significa que el universo se expande a una velocidad mayor a la esperada, lo cual a su vez significa que hay una energía desconocida enorme y creciente que resiste a la gravedad de la masa de la materia cósmica y que empuja hacia la expansión con una aceleración.

Después de que se dispusiera de una herramienta para medir distancias cósmicas precisas, hubo mediciones de distancias a galaxias y medición de sus velocidades de alejamiento que dieron a conocer a los astrónomos que hay una gran energía desconocida que lucha contra la fuerza de gravedad de la materia en el universo y participa eficazmente en la expansión contínua del universo y con la aceleración. Esta energía fue llamada energía oscura.

Con respecto al cálculo matemático, que depende de lo anterior y del resultado de la observaciones disponibles, los astrónomos pudieron conocer el valor de la diferencia ΩΛ – ΩM = 0.46 con un aumento o una disminución de 0.03.

ΩΛ: representa la proporción de densidad que la energía oscura aporta a la densidad crítica.

ΩM: representa la proporción promedio de la densidad de toda la materia existente en el universo con respecto a la densidad crítica.

La densidad crítica: es la densidad en la que la curvatura del universo es cero según las ecuaciones de Einstein.

En el universo visible, según las observaciones astronómicas, la proporción promedio de la densidad de toda la materia existente en el universo incluyendo la materia oscura —calculada a partir de la gravedad— con respecto a la densidad crítica es igual a aproximadamente 0.25, es decir, que ΩM = 0.25 aproximadamente.

De la ecuación de más arriba podemos conocer que el valor de ΩΛ es:

ΩΛ = ΩM + 0.46

ΩΛ = 0.46 (± 0.03) + 0.25 = 0.71 aproximadamente

Es decir, que ΩΛ + ΩM = 0.96 ~ 0.99 y este número para algunos físicos y astrónomos es prácticamente igual a uno, lo cual significa que la curvatura del universo es cero.

Por las ecuaciones de la relatividad de Einstein sobre la forma del universo y su expansión o su inmovilidad, se puede conocer el valor de la densidad crítica de la materia del universo. La densidad crítica es la densidad de la materia del universo en la que la curvatura del espacio es cero. En cuanto a la densidad del universo medida realmente incluyendo la energía cósmica convertida en su equivalente de materia según la ecuación de Einstein E = mc2 se llama densidad real.

Así pues, si la densidad real es mayor que la densidad crítica, esto significa que el universo es de curvatura positiva como la superficie de una esfera, y también significa que si nuestro universo está en expansión, terminará finalmente contrayéndose y su expansión no continuará para siempre.

En cuanto a si la densidad real es menor que la densidad crítica, esto significa que el universo es de curvatura negativa como la superficie de un paraboloide hiperbólico o como la montura de un caballo y su expansión continuará para siempre.

En cuanto a si el valor de la densidad real es igual al valor de la densidad crítica, esto significa que el universo es de curvatura cero, o digamos plano, y su expansión continuará, pero el ritmo de su expansión se irá frenando acercándose al cero pero sin llegar a cero nunca.

Según los resultados anteriores, la proporción es de aproximadamente uno. O sea que la densidad real es igual a la densidad crítica, es decir, que el universo es de curvatura cero y es plano.

wheeler
Modelos de Friedmann
Fuente: (A Journey Into Gravity and Spacetime – Wheeler, A.J.)

Además de lo aportado por la supernovas como se mencionó anteriormente, la observación de la radiación cósmica de fondo y el diseño de un mapa preciso de los puntos de heterogeneidad dentro de éste mediante equipo avanzado transportado en globos y satélites a finales del siglo XX y a comienzos del siglo XXI, permitió a los científicos conocer el total de ΩΛ y ΩM cuyo valor es de 1.02 aproximadamente, con más o menos una diferencia de 0.02. Si revisamos el resultado que aportan las supernovas el valor de la diferencia entre ambas llega al mismo resultado aproximadamente, que en total es casi uno, lo cual significa:

Que la constante cosmológica en la ecuación de Einstein no es cero como se esperaba en el pasado, y hay una energía desconocida, o como se llama, “oscura”, que representa a la inmensa mayoría de la energía que afecta al universo. Si se convirtiera en masa sería el mayor aportante de la masa del universo.

Otra cuestión: es que el universo es de curvatura cero, es decir, plano.

«Los datos del WMAP ponen de manifiesto que las mayores desviaciones de la homogeneidad en la CBR abarcan un ángulo de aproximadamente un grado, lo que supone que ΩM + ΩΛ tiene un valor de 1.02 más/menos 0.02. Así pues, dentro de los límites de la precisión experimental, podemos llegar a la conclusión de que

ΩM + ΩΛ = 1, y que el espacio es plano.

El resultado de las observaciones de supernovas Ia lejanas se puede expresar como

ΩΛ – ΩM = 0.46.

Si combinamos este resultado con la conclusión de que ΩM + ΩΛ = 1, vemos que

ΩM = 0.27 y ΩΛ = 0.73, con un margen de error porcentual pequeño en cada número. Como ya se ha señalado, se trata de las mejores estimaciones actuales de los astrofísicos para los valores de estos dos parámetros cósmicos clave, según los cuales la materia —tanto la corriente como la oscura— proporciona el 27% de la densidad total de energía del universo, y la energía oscura, el 73%. (Si preferimos pensar en el equivalente energético de la masa, E/c2, entonces la energía oscura suministra el 73% de toda la masa)».[1]

Con respecto a la respuesta a la pregunta de dónde ha venido y viene la energía oscura, algunos físicos esperan que la mecánica cuántica sea garante de una explicación de esta cuestión; puesto que en el espacio completamente vacío es donde aparecen y desaparecen constantemente partículas hipotéticas, ya que hay fluctuaciones cuánticas en el vacío según el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica como explicamos anteriormente.

El espacio en particular, con la materia y la energía, crece con la expansión extendiendo la materia y la energía, ya sea una porción mayor del espacio donde las galaxias con su movimiento distante y acelerado ocupan una porción mayor a medida que pasa el tiempo, o ya sea todo el espacio cósmico que en el pasado fue minúsculo y comenzó su expansión con el Big Bang.

Suponiendo que la energía oscura viene de las fluctuaciones cuánticas del espacio vacío el resultado sería que, con la expansión del espacio, aumente la energía oscura en el espacio vacío entre la materia, y la acompañe un aumento de la fragmentación de la materia y su dispersión en el universo. Como resultado de ello es de esperar que en un universo plano que tiene una constante cosmológica distinta de cero en la ecuación de la relatividad de Einstein, tienda a un aumento contínuo de ΩΛ a expensas de ΩM, puesto que ambas mantienen una suma total de uno. Es acertado esperar que ΩM alcance un número lo más cercano posible a cero, y que ΩΛ alcance un número lo más cercano posible a uno, pero ello requeriría un abismal período de tiempo.

Teóricamente, la constante cosmológica puede ser muy grande. Ahora, sí volvemos al comienzo de la formación del universo y suponemos que la constante cosmológica es mucho mayor de lo que es ahora —como teóricamente se espera— la densidad de la energía oscura será enorme, y esto significa que el valor de ΩΛ no necesitará todo este tiempo para superar el valor de ΩM, sino que el valor de ΩΛ será mucho mayor que el valor de ΩM en un período breve de la edad del universo, talvez en algunos millones de años. Esto significa que el efecto creciente de la enorme cantidad de energía oscura, hará que la expansión del universo ocurra con una gran aceleración y lleve a la dispersión de la materia esparciéndola por el espacio de modo que no permitirá que se formen estrellas, planetas y galaxias y no habrá ninguna vida en el universo. Esto significa que la constante cosmológica con su valor actual adecuada para la aparición de la vida en el universo, es una evidencia de que el universo está regulado para que la vida aparezca en él, porque las probabilidades de la constante cosmológica son demasiadas. Es inconcebible que casualmente y sin un propósito previo la constante cosmológica sea, según las observaciones cósmicas, mucho más pequeña de lo que se esperaría teóricamente y que por consiguiente, sea apropiada para formar galaxias, estrellas, planetas y para que aparezca la vida.

«La aplicación simple de la teoría cuántica a lo que llamamos “vacío” predice que las fluctuaciones cuánticas crearán energía oscura. Si contamos la historia desde esta perspectiva, la gran pregunta sobre la energía oscura parece ser la siguiente: ¿por qué tardaron tanto los cosmólogos en reconocer que esta energía ha de existir? Por desgracia, los detalles de la situación real convierten esa pregunta en otra: ¿cómo es que los físicos de las partículas se equivocaron tanto? Los cálculos de la cantidad de energía oscura que acecha en cada centímetro cúbico dan un valor aproximadamente 10120 veces superior al hallado por los cosmólogos en observaciones de supernovas y en la radiación cósmica de fondo. En situaciones astronómicas fuera de lo común, los cálculos que se revelan correctos con un margen de error de 10 se suelen considerar al menos temporalmente aceptables, pero nadie puede esconder un factor de 10120 bajo la alfombra, ni siquiera una Pollyanna física. Si el espacio vacío real contuviese energía oscura en cantidades mínimamente parecidas a las propuestas por la física de las partículas, desde entonces el universo se habría hinchado hasta tener tanto volumen que nuestra cabeza jamás habría empezado a girar, pues una minúscula fracción de segundo habría bastado para extender la materia hasta una rarefacción inimaginable».[2]

En un intento por explicar la exactitud de la constante cosmológica, algunos físicos y astrónomos plantearon aquí los universos múltiples, con más de una forma, ya que hay hipótesis que dicen: que vivimos en un universo de una serie de universos múltiples —sin conexión entre ellos pues cada uno de ellos tiene su propio espacio en particular— que se han formado por las muchas posibilidades y explosiones dentro de una entidad de dimensiones superiores. Aquí se puede imaginar que nuestro universo es el resultado de una de estas muchas posibilidades y explosiones, cuya mayoría se forma con una constante cosmológica que no permite la aparición de la vida, por lo tanto no se sostiene el argumento presentado.

Pero esto sigue siendo una mera hipótesis, pues podemos decir de los múltiples universos que cada uno de ellos se origina en un universo superior, así que sus orígenes no son el mismo y esta imagen no sirve para resolver el problema de la probabilidad de la exactitud de la constante cosmológica. Además de que la misma hipótesis de los universos múltiples conduce a otras preguntas acerca de estos universos múltiples, acerca de la posibilidad de que se afecten entre sí y de que las fluctuaciones cuánticas en el espacio sean un resultado de estos efectos.

En general, es una hipótesis hasta ahora que representa una respuesta débil a lo demostrado en base a observaciones cósmicas reales, de que la constante cosmológica actual con esta valor, es adecuada para la aparición de la vida, y por ende, para la aparición de nuestros cuerpos. Y si no tuviera esta valor, sino uno mucho mayor como supuestamente es, según los principios teóricos, no habría aparecido la vida en este universo, y esto es una indicación de que hay una intención, de que la vida es intencional y que tiene un propósito. Esto demuestra la existencia de Dios.

«Como en el concepto «multiverso» la situación global se incrusta en dimensiones superiores, el espacio de nuestro universo sigue siendo totalmente inaccesible a cualquier otro, y viceversa. Esta falta de interacciones —ni siquiera teóricamente posibles— sitúa la teoría del multiverso en la categoría de hipótesis aparentemente no comprobables, y por tanto no verificables, al menos hasta que mentes más sabias descubran la manera de poner a prueba el modelo. En el multiverso, nacen universos nuevos en momentos completamente aleatorios, capaces de hincharse mediante inflación hasta constituir enormes volúmenes de espacio, y de hacerlo sin que ello afecte en lo más mínimo al infinito número de otros universos».[3]

Hay astrónomos que responden que este argumento se sostiene porque nosotros existimos aquí, es decir, que la cuestión está relacionada con el observador o el ser humano. O sea, que nuestra existencia restringe el valor de la constante cosmológica, pues, como nosotros existimos aquí y hemos realizado observaciones de la constante cosmológica, su valor actual ha cobrado importancia. Esta solución a la cuestión de la constante cosmológica se denomina principio antrópico o enfoque antrópico, pero en realidad, otorga a la existencia del hombre —que ha observado la constante cosmológica— una importancia en la medida por ser una solución al problema de la constante cosmológica, pues ahora, según el principio antrópico o enfoque antrópico, la constante cosmológica y el universo han quedado sin valor sin la existencia del ser humano que la observa —como hemos explicado anteriormente en la mecánica cuántica— y con esto el ser humano y su existencia se han vuelto de importancia mayor, ya que no hay valor cognitivo o científico para el universo sin la existencia del observador (el ser humano). Así que el universo no tiene existencia como la conocemos ahora sin el ser humano, y esto significa que el ser humano es el primer propósito universal y mientras haya un propósito, habrá alguien detrás, una fuerza superior con un propósito o dios.

«Sin embargo, supongamos que sólo en las regiones lisas se hubiesen formado galaxias y estrellas, y hubiese las condiciones apropiadas para el desarrollo de complicados organismos autorreproductores, como nosotros mismos, que fuesen capaces de hacerse la pregunta: ¿por qué es el universo tan liso? Esto constituye un ejemplo de aplicación de lo que se conoce como el principio antrópico, que puede parafrasearse en la forma “vemos el universo en la forma que es porque nosotros existimos”».[4]

Existe también otro modelo de los universos múltiples para resolver la problemática mencionada de la constante cosmológica que se llama modelo ecpirótico, el cual depende de la teoría de supercuerdas o teoría M. Este modelo supone la existencia de universos múltiples en forma de láminas extendidas entre las cuales ocurren colisiones y que de cada colisión que ocurre, se produce un Big Bang en cada una de las láminas que chocan, y por consiguiente, un universo nuevo en cada una de ellas. Naturalmente, con la multiplicidad de universos que hay, algunos son productores de vida, aparte de lo mayoría de universos, que no son productores.

«Paul Steinhardt, de la Universidad de Princeton, que podría tomar algunas clases particulares sobre creación de nombres con gancho, ha elaborado un teórico «modelo ecpirótico» del cosmos en colaboración con Neil Turok, de la Universidad de Cambridge. Motivado por la sección de la física de las partículas denominada «teoría de cuerdas», Steinhardt imagina un universo con once dimensiones, la mayoría de las cuales están «compactadas» —más o menos dobladas como un calcetín—, de modo que ocupan sólo cantidades de espacio infinitesimales. Algunas de las dimensiones adicionales tienen un tamaño y una importancia reales, pero no podemos percibirlas porque permanecemos encerrados en las cuatro conocidas. Si suponemos que todo el espacio del universo llena una lámina fina e infinita (este modelo reduce las tres dimensiones espaciales a dos), podemos imaginar otra lámina, paralela, y luego figurarnos las dos acercándose y chocando. El choque produce el Big Bang, y cuando las láminas rebotan entre sí, la historia de cada una procede según pautas familiares, lo que da origen a las galaxias y las estrellas. A la larga, las dos láminas dejan de separarse y empiezan a acercarse de nuevo, lo que provoca otra colisión y otro Big Bang en cada lámina. Así pues, el universo tiene una historia cíclica, se repite a sí mismo —al menos en sus rasgos más generales— a intervalos de cientos de miles de millones de años. Como ecpirosis significa en griego ‘conflagración’ (recordemos la más conocida palabra pirómano), el «universo ecpirótico» recuerda a cualquiera que tenga el griego en la punta de la lengua el gran incendio que dio lugar al cosmos conocido.

Este modelo ecpirótico del universo tiene atractivo emocional e intelectual, aunque no el suficiente para conquistar el corazón y la mente de muchos compañeros cosmólogos de Steinhardt. En todo caso, todavía no. Algo vagamente parecido al modelo ecpirótico, si no el modelo mismo, acaso ofrezca algún día el avance que los cosmólogos esperan actualmente en sus intentos de explicar la energía oscura. Incluso quienes apoyan el enfoque antrópico difícilmente se cerrarían en banda a una nueva teoría que les brindase una buena explicación para la constante cosmológica sin recurrir a un número infinito de universos, de los cuales el nuestro resulta ser uno de los afortunados».[5]

[1] Fuente: “Tyson & Goldsmith – Orígenes”, pág. 95.

[2] Fuente: “Tyson & Goldsmith – Orígenes”, págs. 54-55.

[3] Fuente: “Tyson & Goldsmith – Orígenes”, pág. 57.

[4] Fuente: “Hawking – Breve historia del tiempo”, pág. 114.

[5] Fuente: “Tyson & Goldsmith – Orígenes”, pág. 58-59.

 


Extracto del libro “La Ilusión del Ateísmo” de Ahmed Alhasan (a)

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