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Principio y fin del universo
Luna Guerrero Alcántara
Carmen Esteban Artero
Conchita López Gálvez
Miguel Fernández Escalante
1º BACH A
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ÍNDICE DE CONTENIDOS (Conchita)
PRÓLOGO (Miguel)…………………………………………..…Pág 4
DESARROLLO DEL CONTENIDO:
1. Teorías del origen del Universo1.1 Teoría del Big Bang (Luna)…………………………………………………………………………………………Pág 5-‐7
1.2 Teoría del Universo Inflacionario (Miguel)…………..………………………….………………………Pág 8-‐10
1.3 Teoría del Universo Oscilatorio (Carmen)………………………………………………………………Pág 11-‐13
1.4 Teoría del Estado Estacionario (Conchita)…………………………………………………………………..Pág 14
1.5 Dimensiones del Universo (Conchita)……………………………………………………………………Pág 15-‐16
1.6 Mecánica cuánNca (Carmen)……………………………………………………………………….………..Pág 17-‐21
2. Teorías del fin del Universo2.1 Teoría del Big Crunch (Luna)………………………………………………………………………………….Pág 22-‐23
2.2 Muerte térmica (Carmen)………………………………………………………………………………………..…Pág 24
2.3 Teoría de expansión descontrolada (Miguel)………………………………………..……………….Pág 25-‐27
2.4 Teoría del Big Rip (Conchita)…………………………………………………………………………….…..Pág 28-‐29
2.5 Agujeros negros (Miguel)………………………………………………………………………………………Pág 30-‐32
2.6 Materia oscura (Luna)…………………………………………………………………………………………..Pág 33-‐36
CONCLUSIONES (Miguel)……………………………………………..……….Pág 37
BIBLIOGRAFÍAS (Luna, Carmen, Miguel y Conchita)……………………………...Pág 39-‐44
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PRÓLOGO El propósito de este trabajo es conocer mejor el universo que nos rodea invesNgando sobre su origen y su posible final.
Para ello vamos a tener en cuenta diversas teorías que dan una solución al misterio del nacimiento del gran hogar que comparNmos todos los seres vivos. Y mediante otras teorías o predicciones conformar una idea del desNno final del cosmos.
Para conseguir dicho objeNvo necesitamos informarnos sobre importantes fenóme-‐nos y cuerpos que tuvieron un importante papel en el inicio y que probablemente lo tendrán en el fin.
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1. TEORÍAS DEL ORIGEN DEL UNIVERSO
1.1. Teoría del Big Bang La teoría del Big Bang (traducido literalmente como “gran estallido”) es un modelo cien_fico que aspira a explicar el origen del universo y cómo se desarrolló posteriormente a parNr de una singularidad espaciotemporal (zona del espacio-‐Nempo en la que no se puede definir alguna magnitud asica relacionada con los campos gravitatorios). Es la teoría más conocida sobre esta cuesNón, y procede de la observación del alejamiento a gran velocidad de otras galaxias respecto a la nuestra en todas direcciones, como si hubieran sido repelidas por una anNgua fuerza explosiva.
Según los cien_ficos, antes del Big Bang, la expansión observable del Universo, con toda su materia y radiación, estaba comprimida en una masa compacta y caliente a pocos milímetros de distancia. Este estado se piensa que tuvo lugar durante sólo una fracción del primer segundo de Nempo.
La teoría manNene que, en una trillonésima parte de un segundo después del Big Bang (el cual se cree que tuvo lugar hace unos 12000 y 15000 millones de años), el Universo se expandió con una velocidad increíblemente rápida desde su origen del tamaño de un guisante a un alcance astronómico. La materia salió despedida con una energía descomunal en todas direcciones, y los impactos y desorden hicieron que la materia se uniera y se concentrase más en ciertos lugares del espacio, y se crearon las primeras estrellas y las primeras galaxias. La expansión del Universo conNnúa, pero mucho más lentamente.
Desarrollo de la teoría
El desarrollo de la teoría del Big Bang ha sido fruto de estudios de muchos cien_ficos.
En 1917, el asico Albert Einstein comenzó a elaborar esta teoría. Se parNó de la hipótesis de que en el Universo, la materia se distribuía de manera uniforme (universo homogéneo e isótropo) y que su forma no variaba con el Nempo (universo en equilibrio). Einstein introdujo en su modelo una fuerza igual para compensar el efecto de la gravedad, pero de senNdo contrario, llamada constante cosmológica.
En 1924, el matemáNco Alexander Friedmann demostró que el modelo de universo que propuso Einstein no era posible, ya que con el paso del Nempo se haría más grande o más pequeño, por lo que la constante cosmológica era prescindible. Einstein aceptó su corrección.
En 1927, el astrónomo Georges Lamaître planteó la teoría de que las galaxias derivan de la explosión de un núcleo inicial, llamado huevo cósmico o átomo primiNvo.
En 1929, el astrónomo Edwin Hubble, analizó el espectro de la luz que llega a nuestro planeta de las galaxias. A parNr de ahí, demostró que todas las galaxias se alejan de la Tierra, por lo que el universo está en expansión.
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Entre 1948 y 1952, el asico George Gamow (quien propuso el nombre de “Big Bang”) coincidió con la hipótesis del origen de las galaxias de Lamaître, pero no estaba de acuerdo con la idea de que los primeros átomos que se formaron fueran los más pesados. Gamow estableció que el huevo cósmico estaba formado por neutrones, que generaban protones y electrones al descomponerse, los cuales se agruparon y crearon átomos de hidrógeno y de helio, a parNr los cuales se crearon los demás elementos.
Evidencias del Big Bang
• Ley de Hubble: las galaxias parecen estar alejándose de nosotros a velocidades proporcionales a su distancia. A esto se le llama “Ley de Hubble” (llamada así por haber sido creada por Edwin Hubble, quien descubrió este fenómeno en 1929). Esta observación defiende la expansión del universo, y sugiere que el universo estuvo alguna vez compactado.
Siendo v su velocidad, H0 la constante de Hubble (71 ± 4 km/s/Mpc.) y D la distancia.
• Radiación cósmica de fondo: si el universo estuvo inicialmente a unas temperaturas muy elevadas según sugiere la teoría del Big Bang, deberíamos poder encontrar algún resto de ese calor. En 1965, los radioastrónomos Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron la radiación cósmica de fondo. En los Laboratorios Bell, mientras hacían observaciones de diagnósNco con un receptor de microondas, hallaron 2.725 K de radiación de fondo de microondas (CMB). Esto proporcionó una confirmación con peso de las predicciones generales y proporcionó más credibilidad a la teoría del Big Bang. Penzias y Wilson ganaron el Premio Nobel de Física en 1978 por su descubrimiento.
• Abundancia de elementos primordiales: aplicando la teoría del Big Bang podemos calcular la concentración de helio-‐3, helio-‐4, deuterio y liNo-‐7 que hay en el universo como proporciones según la canNdad de hidrógeno normal, H. Las abundancias dependen de la razón entre fotones y bariones. Las proporciones son de 0,25 para la razón 4He/H, de 10-‐3 para 2He/H, y de 10-‐4 para 3He/H (aproximadamente).
Estas abundancias coinciden con las predichas a parNr de un valor de la razón de bariones a fotones, y apoya la teoría del Big Bang, ya que es la única explicación que se conoce para la abundancia de elementos primordiales.
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Problemas comunes de la teoría
• El problema del horizonte: la información no puede viajar más rápido que la luz, por lo que dos regiones del espacio que estén separadas por una distancia más grande que la velocidad de la luz, mulNplicada por la edad del universo, no pueden estar conectadas por casualidad. De este modo, la isotropía estudiada en la MCB genera problemas, ya que el tamaño del horizonte de par_culas en ese Nempo son casi dos grados en el cielo. Si el universo hubiera tenido la misma historia desde su origen, no habría mecanismo alguno que fuera capaz de hacer que estas regiones tuvieran la misma temperatura. Sin embargo, la realidad es que el universo Nene la misma temperatura en cualquier dirección.
• El problema de la geometría del universo: la teoría del Big Bang está basada en la teoría de la relaNvidad de Einstein. Ésta sosNene que la geometría del universo puede ser plana o esférica. El problema de la geometría radica en que el universo observable presenta una geometría plana, lo cual es cuesNonable, ya que de no serlo, con el Nempo evolucionaría hacia una geometría altamente esférica, lo cual habría conducido al universo hacia una muerte térmica o un Big Crunch.
• El problema de la materia oscura del universo: para solucionar los anteriores problemas, se ha propuesto el modelo inflacionario, que propone una etapa de rápido crecimiento del universo en sus primeros momentos. Para que tenga senNdo, el universo debe tener muchísima más materia de lo que observamos directamente. Se trata de la materia oscura, la cual aún no se ha encontrado y se desconoce su naturaleza.
• El problema de la edad del universo (resuelto): cuando Hubble estudió el movimiento de recesión de las galaxias, se preguntó si el universo se expande porque en algún momento las galaxias estaban en el mismo lugar. Si viajáramos atrás en el Nempo, ¿cuánto Nempo tardaría el universo en llegar a ese estado?
Si respondiéramos esta pregunta, obtendríamos como respuesta una edad aproximada del universo. Gracias a las mediciones hechas por el satélite Hipparcos, y por el Telescopio Espacial Hubble, este problema ha podido resolverse, y hoy sabemos que la edad del universo es de 13 700 millones de años.
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1.2. Teoría del Universo Inflacionario
Según la teoría del Big Bang, también llamada teoría de la Gran Explosión, el Universo se originó a causa de una gran explosión inicial que produjo que la materia se expandiese desde un estado de condensación extrema (paso de gas a líquido). Sin embargo, esta teoría deja muchos frentes abiertos que no podía explicar. El estado de la materia durante la explosión era tan parNcular que no se podía aplicar las leyes asicas normales. El grado de uniformidad del Universo (debida a los campos gravitacionales que poseen los astros que los alinean y forman un Universo mayoritariamente estable) era también complicado de explicar porque según esta teoría el Universo se expandió con demasiada rapidez como para que pudiese desarrollarla. El Big Bang solo consigue explicar lo que sucede cuando acaba el suceso de inflación cósmica.
La teoría inflacionaria en cambio consigue mostrar como en una minúscula fracción de segundo se duplicó el tamaño del Universo 100 veces o más, provocando que una bola de energía unas 1020 veces más pequeña que un protón aumentase a una zona de 10 cm de extensión en tan sólo 15x10 elevado a -‐33 segundos. El empuje hacia fuera se produjo de una forma tan violenta que a pesar de que la gravedad frene las galaxias desde entonces, la expansión del Universo conNnúa en la actualidad.
Expansión del Universo
Se afirma en la teoría del Big Bang que la expansión del Universo pierde velocidad (por lo que esta Nende a disminuir). En cambio, según la teoría Inflacionaria, esta aumenta al ser su velocidad cada vez más acelerada. Esta velocidad de separación entre la materia del Universo llega a ser superior a la de la luz, sin violar un fundamento de la teoría de la relaNvidad que prohíbe que cualquier cuerpo de masa finita se desplace más rápido que la luz. ¿Cómo es que no lo viola si precisamente esta expansión es más veloz que el viaje de la luz? En esta situación ningún Npo de materia se desplaza a tal velocidad, de hecho permanece en reposo. Lo que aumenta la separación de la materia no es el movimiento de esta, es el incremento del espacio entre un objeto y otro. Esta impresionante velocidad en la expansión inicial es la causa de que el universo visible sea uniforme. Las partes que lo conformaban estaban a tan poca distancia que tenían una densidad y temperatura comunes
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Superenfriamiento
La teoría Inflacionaria fue propuesta en 1981 por el asico y cosmólogo Alan H. Gut profesor del InsNtuto Tecnológico de Massachussets (M.I.T). Sugirió en 1981 que el universo caliente en un estado intermedio, podría expandirse a gran velocidad. Su idea propugnaba que este proceso de inflación o incremento se desarrollaba cuando el universo primordial se encontraba en estado de superenfriamiento o sobrefusión inestable que permiNó que se pudiese liberar tanta energía. Esto suponía suprimir la propuesta de que la energía se obtuvo por la generación de monopolos magnéNcos dad por la teoría de las Tres Fuerzas.
El superenfriamiento es el alcance de un líquido de su temperatura de congelación sin pasar a estado sólido, es decir, sin llegar a congelarse. Por ejemplo se ha llegado ha conseguir que el agua alcance en estado líquido los -‐41ºC de temperatura. Finalmente el agua superenfriada acabará congelándose; pero esto no ocurrirá hata llegar al final del período inflacionario.
Nueva hipótesis del universo inflacionario Esta fue introducida en 1982 por el cosmólogo Andrei Linde. Este se percató de que la inflación es un proceso que se origina de manera natural en las teorías de numerosas par_culas elementales, incluso en los modelos más sencillos de campos escalares. Si el universo nació de una sola vez, era muy caliente y su campo escalar contaba con una energía potencial mínima, la inflación ocurre por ser necesaria de manera natural y sin ninguna necesidad de producirse ningún fenómeno exóNco. Por lo que esta hipótesis desecha la necesidad que se produjesen efectos gravitatorios, transiciones de fase, superenfiamiento o supercalentamiento al principio.
Un campo escalar es una propiedad o magnitud que Nene un valor en cualquier punto del espacio y que está determinada simplemente por un número y su unidad. Al considerar todos los Npos de campos escalares y valores que pueden tomar, Linde lo llamó inflación caóNca. Pero la inflación depende también de una par_cula con una propiedad llamada spin cuyo valor en un campo escalar sería 0. Y todavía no se ha encontrado ninguna par_cula de spin inferior a 0,5.
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Alan H. Gut
Por lo que en la actualidad, los cien_ficos que estudian la teoría inflacionaria proponen otro Npo de campo que es el campo vectorial. En este la par_cula que produjese la inflación tendría spin 1, y sí existen par_culas con esa propiedad. Sin embargo un sistema vectorial implica que los valores de la magnitud tengan dirección. Entonces habrá una dirección privilegiada en la que las cosas ocurrirán de manera disNnta. Para que esto no ocurra se sosNene que ante la inmensidad de valores, el campo vectorial se orienta a todas las direcciones posibles anulándose entre ellas y consiguiendo la estabilidad del campo.
MulNverso inflacionario Es otra teoría que parNó de la teoría inflacionaria. Argumenta que el universo se expande llegar a un fin creando así nuevos universos denominados “universos burbuja” (por la comparación muy poco fidedigna con un gas lleno de burbujas) o “dominios inflacionarios” separados entre sí.
Podríamos comparar el universo con un balón de fútbol con hexágonos de disNntos colores. La inflación se produce de manera tan rápida que no se da ningún Npo de relación entre los hexágonos y ninguno influye sobre otro. Al final disponemos de disNntos hexágonos (universos). Si viviésemos en cualquiera de ellos creeríamos que el universo es de un solo color. De forma parecida, esto también sucede en la realidad. Los colores representarían los parámetros de las leyes asicas que serían disNntos entre sí.
Así pues, esta teoría afirmaría que de un universo inicial con “un solo color” se iría expandiendo hasta formar varios universos “de disNntos y diversos colores” separados entre sí gracias a la acción de fluctuaciones cuánNcas (cambios temporales en la energía en puntos determinados del espacio) que provocan transiciones de fase en disNntos puntos del falso vacío. Otro ejemplo que explica esto aún mejor es la imagen de la derecha. Las franjas de color están dispuestas en una estructura fractal tal y como sería el mulNverso en el que cada color volvería a representar a un universo disNnto. Como en la imagen, cada universo crecería de manera exponencial y en cada punta se alcanza una densidad cercana a la de Planck (equivalente a masas solares comprimidas en un núcleo atómico). Cada uno por tanto se originaría con un Big Bang y le seguiría un Big Crunch o una expansión eterna de lo que dependería que su vida fuese finita o infinita. Los que se siguiesen expandiendo generarían otros universos burbujas acompañados de falso vacío y así eternamente.
El Universo es plano
La teoría inflacionaria por tanto propone que el Universo es plano a pesar de haberse formado a parNr de una expansión esférica. De manera similar a la explosión de una burbuja de jabón el la expansión acabó consolidando un universo sin curvatura en el que las galaxias se alejan indefinidamente sin regresar sobre sí mismas.
De la mano de la teoría del Big Bang
Esta teoría es una suma suposición basadas en estudios que proponen fenómenos sin respaldó empírico en el que poder basarse. Aún así la ciencia la toma en cuenta ya que se considera la mejor teoría que explica las incógnitas que generaba la teoría del Big Bang y contribuye completarla, fundamentarla y reforzarla.
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1.3. Teoría del Universo Oscilatorio
El universo oscilante se define como una hipótesis (propuesta por Richard Tolman) que esta-‐blece que el universo sufre una serie de oscilaciones infinitas, es decir, movimientos constantes que se repiten en torno a un punto central. Cada una de estas oscilaciones Nenen su comienzo con un Big Bang, teoría explicada anteriormente , y su final con un Big Crunch, teoría la cual afirma que la ex-‐pansión del universo comenzará a frenarse hasta el punto en el que empiecen a acercarse todos los ele-‐mentos que forman el universo comprimiendo la mate-‐ria en una “singularidad espacio-‐temporal”. Desde el punto de vista de la asica, esto hace referencia a una zona del espacio donde no hay ninguna magnitud asica relacionada con los campos gravitatorios, es decir, un punto con volumen cero y densidad infinita. Todo esto nos viene a explicar que nuestro actual universo es el úlNmo de muchos ya existentes en el pasado que ha tomado lugar tras numerosas explosiones y contraccio-‐nes, es decir, que realmente nunca tuvo un origen sino que ha estado creándose y destruyén-‐dose conNnuamente hasta llegar a nuestro actual universo.
Esta hipótesis fue muy aceptada durante un largo periodo de Nempo por cosmólogos ya que pensaban que debería exisNr alguna fuerza que impidiera que se formasen singularidades gra-‐vitacionales. A pesar de ello, en los años 60, Stephen Hawking, Roger Penrose y George Ellis demostraron que estas singularidades son caracterísNcas en el ámbito de la cosmología y, por ello, en el Big Bang lo cual hace evidente que no pueden ser evitadas con ningún elemento de la relaNvidad general.
Según el asico Alexander Friedman, actualmente nos encontramos en una fase de expansión dentro de estas oscilaciones a la cual le seguirá una evolu-‐ción de contracción. Éste y otros asicos han deter-‐minado que si la canNdad de hidrógeno de los es-‐pacios intergalácNcos (espacio asico entre las gala-‐xias) fuese siete veces mayor a la materia total de las galaxias, la velocidad de fuga de estas se frena-‐ría de repente. Debido a ello, las galaxias comenza-‐rían a chocar, lo cual explica la teoría del Big Crunch, hasta volver al estado inicial del universo. Por ello, se deduce que le universo tendría 82.000 millones de años y cada una de sus fases duraría 20.000 años.
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Karma y ciencia
De acuerdo a la teoría del universo oscilante, en un momento cero tomó lugar el Big Bang lo que dio lugar a una expansión constante de materia, es decir, al univer-‐so. Pero, tras ello, en un momento indeterminado del Nempo se lleva a cabo el Big Crunch donde el universo inicia un retroceso hasta volver a su estado inicial. En conclusión, esto nos viene a decir que el universo se contrae y exNende de forma infinita.
Si observamos esta teoría desde un punto más filosófi-‐co, podríamos llegar a plantearnos que esta hipótesis provoca que vivamos nuestra vida una y otra vez indefi-‐nidamente. Esta es la explicación que dan muchos se-‐guidores a creencias como la reencarnación, el karma, el paraíso… . En el caso del karma, esta creencia budista defiende que el karma es una ley de causa y efecto pro-‐vocado por nuestras acciones asicas, verbales y menta-‐les (causas) y, tras ellas, vivimos una serie de experien-‐cias a parNr de ellas (efectos). Con otras palabras, esto nos explicas que existe una energía que provoca que depende como vivamos nuestro día a día, seremos así recompensados infinitamente.
Ley de la termodinámica y universo oscilatorio
La teoría del universo oscilatorio presenta una serie de problemas, entre ellos encontramos que la segunda ley de la termodinámica no se compagina teóricamente con esta hipótesis de-‐bido a que la entropía aumentaría en cada oscilación de manera que no se regresaría a las condiciones anteriores.
En primer lugar, la termodinámica es una rama de la asica que estudia fenómenos relacionados con el cambio de energía en forma de calor, sobre todo de las propiedades macroscópicas, es decir de aquellas par_culas que a simple vista no se pueden ver pero que, en este ámbito, son muy relevantes.
Dentro de la termodinámica encontramos disNntas leyes que enunciaremos a conNnuación haciendo hincapié en la segunda, ya que es aquella que presenta problemas frente a la teoría del universo nombrada anteriormente. Para entender bien dichas leyes se debe tener claro el concepto de “sistema” dentro del campo de la asica. Denominamos sistema a toda aquella par-‐te del universo que es objeto de estudio, en termodinámica, un sistema puede ser algo desde una célula o una persona hasta la mezcla de gasolina o la atmósfera terrestre.
• Ley Cero de la Termodinámica: esta ley enuncia: "Si dos sistemas A y B están a la misma temperatura, y B está a la misma temperatura que un tercer sistema C, enton-‐ces A y C están a la misma temperatura". También es conocida como la ley de “equili-‐brio térmico”, es decir, el estado donde los sistemas equilibrados Nenen igual tempera-‐tura. Por otra parte, el hecho de que se denomine “Ley Cero” es debido a que se creó cuando las otras tres leyes ya estaban creadas. Un claro ejemplo de esta ley son los termómetros de mercurio, sustancia que varía con la temperatura, puesto que el con-‐tacto entre los dos sistemas (cuerpo y termómetro) produce un equilibrio térmico en-‐
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tre ellos y, al cabo del Nempo, el termómetro alcanza la temperatura del cuerpo, teniendo así ambos siste-‐mas la misma temperatura. Finalmente el mercurio se dilata y señala la temperatura exacta del cuerpo en ese momento.
•Primera ley de la termodinámica: esta ley enuncia: "La energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede transformarse de un Npo de energía en otro”. También es conocida como “principio de conservación de la energía”. Esto afirma que la energía no se crea ni
se destruye sino que se conserva , lo cual establece que cuando un sistema es someNdo a un ciclo termo-‐dinámico (serie de procesos termodinámicos que con el transcurro de ellos, el sistema vuelve a su estado inicial lo cual provoca que la variación de las magnitu-‐des termodinámicas del sistema sea nula), el calor ce-‐dido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo y lo mismo pasará al contrario. Esta ley afirma que: Q = W ; donde Q es el calor sumi-‐nistrado por el sistema al medio ambiente y W es el trabajo realizado por el medio ambiente al sistema durante el ciclo.
• Segunda ley de la termodinámica: esta ley enuncia: “El rendimiento de la transformación de una forma de energía en otra es siempre inferior a uno”. También es conocida como “principio de Entropía”. La entropía es una magnitud asica que hace posible el calculo de energía que no puede ser uNlizada para producir tra-‐bajo. Esto quiere decir que, en los procesos naturales, el calor siempre se transmite de aquel cuerpo que tenga mayor temperatura a el de menor puesto que para que esto pueda suceder al contrario se harían necesarios procesos arNficiales. Esta ley provocó que los cosmólogos abandonasen sus creencias acerca del universo oscilatorio puesto que la entropía aumentaría en cada oscilación y esto no permiNría que se volviese a las condiciones primarias que es en lo que principalmente se basa la teoría del universo oscilatorio.
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1.4. Teoría del Estado Estacionario Es una teoría cosmológica propuesta en 1948 por Hermann Bondi y Thomas Gold, y ampliada por Fred Hoyle, la cual enuncia que el Universo siempre ha exisNdo y siempre va a exisNr.
Hay personas que no aceptan que el Universo tuvo un principio, pero en la teoría del estado estacionario pueden encontrar una opción que los convenza. Dicha teoría dice que el Universo es uniforme en el espacio y en el Nempo; de manera, a gran escala, que una zona del Uni-‐verso es similar a otra, de igual manera su as-‐pecto ha sido siempre el mismo ya que éste existe desde Nempo inmemorial.
El infinito Universo, aunque haya estado en expansión siempre se ha mantenido igual. Esto ocurría porque conNnuamente se estaba formando nueva materia y esta ocupaba el lugar que habían dejado las galaxias que se encontraban en expansión. Dicha propuesta obtuvo el nom-‐bre de “Teoría del Estado Estacionario” la cual cerNfica que hay un Universo homogéneo, en resumen, que Nene la misma apariencia independientemente de desde donde lo miremos y el Nempo en el que lo realicemos. Como la materia se está creando conNnuamente, esta com-‐pensa la disminución de densidad fabricada por el Universo a medida que se expande, ya que no se necesita mucha materia para nivelar la densidad aunque dicha teoría no se puede de-‐mostrar directamente. Dicha teoría aparece de la aplicación del cosmológico perfecto, el cual apoya que cualquier persona Nene que ver el mismo Universo desde cualquier parte del espacio. El Universo pre-‐senta la misma fachada desde cualquier punto y en cualquier instante de Nempo, con lo cual sus propiedades se manNenen siempre iguales en el espacio y Nempo.
Esta teoría niega que haya habido radiación cósmica de fondo, (la energía que quedó del Big Bang la cual dio comienzo al Universo), ya que dicen que no hubo explosión inicial, con lo cual esta teoría se vería compromeNda si se descubriese dicha radiación.
Pero sin embargo, a finales de los 60 empezaron a aparecer problemas con esta teoría, cuando evidencias afirmaban que el Universo estaba cambiando. Pero la prueba definiNva fue el des-‐cubrimiento de la radiación cósmica de fondo, con lo cual esta teoría perdió popularidad y se considera desde entonces como cosmología alternaNva.
A pesar del fracaso de la teoría en explicar la estructura del Universo sus proponentes uNliza-‐ron aspectos de esta para profundizar en el origen de la materia y los elementos realizando importantes descubrimientos.
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1.5. Dimensiones del Universo
¿Cuántas dimensiones existen?
En primer lugar podríamos dar la definición de di-‐mensión, cosa que es poco probable decir la correc-‐ta ya que existen varias sobre ellas. Algunas de ellas son estas: Podríamos decir que las dimensiones son niveles de conciencia, son frecuencias dentro de la cual vibramos, son los diferentes estados de la exis-‐tencia que experimentamos durante el camino hacia el Ser Único, es decir, son los paso evoluNvos que el Ser decidió experimentar para regresar a la Fuente Divina. Aquí podemos ver las diferentes definiciones sobre ella, aunque no podríamos decir cual es la to-‐talmente correcta.
Sobre las dimensiones también podríamos resaltar que cuando cambiamos de dimensión aumentamos nuestra conciencia.
La Galaxia de la Vía Láctea es un sistema de diez di-‐mensiones de inteligencia cósmica.
Nosotros somos seres mulNdimensionales y nos en-‐contramos simultáneamente en todas las dimensio-‐nes, sin tener conciencia de ello; aunque nos encontremos viviendo en la tercera dimensión ya que podemos percibir el ancho, largo y alto.
Si empezamos a hablar de la primera dimensión la cual podemos representar como una línea que nos lleve desde el punto A al punto B, el cual podríamos denominarlo largo. Desde nuestro punto de vista, el núcleo de la Tierra es la primera dimensión (1D), la fuente de la armonía, feli-‐cidad.
En cuanto a la segunda dimensión podemos representarla dibujando otra línea en la primera dimensión y por consecuencia a esta segunda línea se forma el ancho. Podemos llamar plano al conjunto de la primera y segunda dimensión, es decir, con el largo y con el ancho.
Y por úlNmo en cuanto a las dimensiones en las que vivimos hablamos sobre la tercera dimen-‐sión, la cual representamos añadiendo al plano otra línea llamada alto y ya tenemos las llama-‐das tres dimensiones.
Pasamos a la cuarta dimensión también conocida como el Wempo, es una colección de sucesos que han tenido lugar en la tercera dimensión. En cuanto a su representación lo podemos hacer mediante una línea que va desde la creación del Universo hasta su posible final, en la cual cada punto es un suceso en la tercera dimensión. Esta dimensión es una zona no-‐asica, donde se experimentan los senNmientos, los sueños, y todas las conexiones con Gaia (es la expresión de las 3D de la Tierra) y dimensiones más altas.
Al añadir una nueva línea temporal al plano que ya teníamos se forma una plano temporal, algo así, como la segunda dimensión pero del Nempo; lo que nos permite elegir nuestro futuro. Cada uno tenemos un futuro en la cuarta dimensión, pero si nos liberásemos de esa línea recta
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podríamos movernos libremente por el plano temporal y elegir un futuro diferente, y a esta la llamamos quinta dimensión.
Para pasar a la sexta dimensión, añadimos otra línea con la que gracias a ella vamos a obtener lo que podríamos llamar espacio temporal en 3D, en el cual podríamos tener dos futuros dife-‐rentes a la vez.
Para obtener la sépNma dimensión lo que tenemos que hacer es disminuir la sexta dimensión hasta que llegue a converNrse en un punto, y unir dos de ellos mediante una línea que vaya de A a B; en conclusión, la sépNma dimensión es una sucesión de todas las posibles combinacio-‐nes temporales donde cada punto es un Universo diferente, lo que podríamos formular que un punto en la sépNma dimensión define todo un Universo.
En cuanto a la octava dimensión, añadimos otra línea a la sépNma dimensión con la cual crea-‐remos un plano con otro punto en la sépNma dimensión.
Volvemos a añadir otra línea al plano para así obtener un espacio en 3D con puntos de la sép-‐Wma dimensión la cual llamaríamos novena dimensión que nos permiNría saltar instantánea-‐mente de un punto a otro pudiendo llegar a juntar dos Universos con todas sus combinaciones temporales a la vez.
Por úlNmo converNremos esta especie de espacio en 3D en un punto, la cual denominaremos décima dimensión donde podremos encontrar en ella todas las combinaciones temporales de diferentes Universos a la vez, es decir, en ella existe todo. Con todo nos referimos a todo lo que pueda pasar en este mundo, o en otros diferentes, está y existe en esta dimensión.
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1.6. Mecánica cuánWca
La mecánica cuánNca es la parte de la asica que se encarga de estudiar fenómenos a nivel ató-‐mico y nuclear lo cual hace posible la explicación y el estudio del átomo y, por consiguiente, de sus estructura, es decir, de los protones, neutrones y electrones. Esta rama de la asica se originó a principios del siglo XX considerándose una de las ulNmas par-‐tes de la asica pero, a su vez, una de las más importantes. Surgió cuando dos teorías las cuales trataban de explicar determinados fenómenos (ley de gravitación universal y teoría electro-‐magnéNca clásica) no eran suficiente para resolver dichos fenómenos.
Esta importante rama de la asica Nene numerosas teorías, las cuales explicaremos a conNnua-‐ción, como que una par_cula puede estar en un lugar y en todos los lugares al mismo Nempo o que existen universos paralelos.
Posición de las par_culas
De acuerdo a los estudios de la asica cuánNca, se establece que una par_cula puede estar en un lugar y en todos al mismo Nempo, aunque esto sea algo que parezca imposible la primera vez que se plantea. A conNnuación observaremos que esto sí es posible con unos ejemplos.
Para afirmar la veracidad de esta hipótesis, compararemos dos situaciones similares. En ambas encontraremos dos paredes paralelas pero una de ellas tendrá dos aperturas por donde pue-‐dan pasar objetos y el experimento simplemente consisNrá en lanzar objetos por los dos aguje-‐ros.
1. En primer lugar nos encontramos en la situación descrita y procederemos a lanzar contra esas paredes canicas, que a simple vista son objetos pequeños pero que a nivel cuánNco son cosas enormes. En este caso veremos que una canica no puede estar en varios siNos a la vez, de hecho, solo podemos encontrarnos tres situaciones: que la canica pase por la primera apertura, que la canica pase por la segunda apertura o que rebote contra alguna de las paredes, aunque este úlNmo caso no es relevante para nuestro experimento. Si es-‐tablecemos un número determinado de canicas para lanzar, por ejemplo 1000, y todas
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pasan por los agujeros, finalmente tendremos una 500 canicas aproximadamente en cada lado de la otra pared. Esto es debido a que las canicas son objetos demasiado grandes como para poder comportarse de manera cuánNca.
2. En segundo lugar, procedemos a lanzar electrones. A diferencia de las canicas, esto es algo que no se puede realizar tan fácilmente pues sería necesario hacerlo en un laboratorio con un material especializado. A pesar de ello, se conoce el comportamiento de ellos en este experimento. Por una parte, debemos saber que cuando se lanza un electrón solo se co-‐noce su posición inicial (desde donde se lanza) y su posición final (donde llega) ya que deja una pequeña marca pero no conocemos su trayectoria. Cuando comenzamos a realizar el experimento propuesto, se comienzan a lanzar electrones desde cualquier siNo y obser-‐vamos que cada electrón toma una posición final disNnta. Con el paso del Nempo, si lleva-‐mos a cabo este proceso, obtendremos zonas donde haya muchos electrones y zonas en las que no haya ninguno. Esto nos lleva a preguntarnos: ¿qué está pasando?
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2.1. “La sorpresa cuánNca”: este fenómeno no es un proceso muy complicado de probar pero, desafortunadamente, no hay ninguna explicación matemáNca para demostrar la acumulación de electrones en algunas zonas de la segunda pared y la ausencia de éstos en otras. Por ello, solo se puede deducir que cada electrón, al ser lanzado, pasa al mismo Nempo por ambas aperturas de la primera pared. Se debe tener claro que esto no quiere decir que el electrón se divide en dos mitades para pasar a la vez por ambos agujeros de la pared y posteriormente se unan, esto quiere decir que el elec-‐trón en su totalidad se encuentra al mismo Nempo arriba y abajo. Este ejemplo es el principal para explicar el principio de superposición, el cual afirma que una par_cula cuánNca se encuentra en todos los estados posibles a la vez. En este ejemplo solo en-‐contramos dos estados posibles (los dos agujeros) y los electrones se encuentran en los dos a la
2.2. “El poder de la naturaleza”: otra forma de llevar a cabo este experimento es colocan-‐do dos detectores, al lado de los agujeros de la primera pared, de manera que si pasa un electrón por el agujero de arriba se encenderá la bombilla correspondiente a dicho agujero y si lo hace por el de abajo sucederá lo mismo. De acuerdo a la hipótesis es-‐tablecida, se deberían encender ambas bombillas puesto que un mismo electrón pasa por ambos agujeros a la vez, pero esto no es lo que realmente pasa. Realmente solo se enciende una bombilla, de modo que, si seguimos lanzando electrones, estos solo se acumularán en la zona correspondiente del agujero en la segunda pared. Esto nos explica otro de los principios más importantes de la mecánica cuánNca: “El Principio
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de la Medida” que Nene una cercana relación con “El Principio de incerNdumbre”. En este caso, estamos obligando a la naturaleza a decirnos por donde pasa el electrón y, además, lo estamos observando, la naturaleza nos trata de decir que ahora ya los electrones no pasan por los dos siNos a la vez. Es decir, que de acuerdo con el princi-‐pio de la medida, cuando medimos algo, solo podemos obtener unos de los valores posibles pero, mientras no miremos (caso 2.1), van a tomar todos los valores posibles y sabemos que esto es así porque si no el primer patrón no se formaría.
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Universos paralelos
Se consideran “universos paralelos” a la existencia de varios universos además del nuestro que son independientes y los cuales comparten con el nuestro el espacio y el Nempo. Estos forma-‐rían un mulNverso.
Sobre el mulNverso encontramos numerosas teorías y versiones para afirmar su existencia pero una de las más conocidas y curiosas es la IMM (Interpretación de los Mundos MúlNples), crea-‐da por Hugh Evere}. Dicha teoría pertenece al campo de la mecánica cuánNca solucionando el problema de la medida, mencionado anteriormente. Esta suposición fue considerada más bien una metateoría, es decir, una teoría que estudia otra teoría creada antes. En ella se han pro-‐puesto universos adyacentes al nuestro los cuales pueden dejar huella en la radiación de fondo de microondas, es decir, la radiación electromagnéNca que llena el universo por completo y que es el eco que viene de la gran explosión que dio origen al universo, lo que nos lleva a la aprobación de esta teoría.
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2. TEORÍAS DEL FIN DEL UNIVERSO
2.1. Teoría del Big Crunch El Big Crunch (“gran colapso” o “gran implosión”) es una de las teorías que se consideran posibles sobre el fin del universo desde el siglo XX. Básicamente se trata de la teoría totalmente opuesta al Big Bang.
Esta teoría sugiere un universo cerrado, de masa finita. Si el universo alcanza una densidad críNca (superior a 3 átomos por metro cúbico), éste iría frenando su expansión poco a poco hasta que comenzara de nuevo a aproximarse toda la materia del universo, volviendo a comprimirse en una singularidad espacio-‐temporal, y así regresando al punto original, tal y como se encontraba en el momento justo antes del Big Bang. Dicho de otra manera, la gravedad frenaría la expansión del cosmos, y éste comenzaría a contraerse hasta quedar concentrado en un punto.
Esta fase de contracción conNnuaría inevitablemente, junto con el aumento de la temperatura de la radiación y la materia. En un momento dado, todas las galaxias se fundirían en una. Mientras tanto, la temperatura del fondo de radiación seguiría aumentando, y se empezarían a poner en peligro los seres vivos que exisNeran en ese momento en planetas terrestres. Llegaría un momento en el que la temperatura alcanzaría los 300 K, haciendo imposible para los planetas terrestres vencer semejante calor, y acabarían siendo inhabitables. El universo terminaría siendo un lugar infernal, con temperaturas al_simas de miles de grados.
La mayoría de estrellas quedarían destruidas no por colisionar entre ellas, sino por el aumento de la temperatura en el universo. Las estrellas no podrían deshacerse de ese calor, acumulado en su interior, y empezarían a absorberlo del exterior, y acabarían estallando. A conNnuación, tan sólo quedarían agujeros negros y un plasma cada vez más caliente, donde el aumento de la temperatura acabaría con los átomos y con las par_culas elementales, a la vez que los agujeros negros comenzarían a fusionarse entre ellos y a atraer materia, dando lugar a un solo agujero negro de grandes dimensiones.
Esta teoría se suele completar con otra, la llamada Big Bounce o universo oscilatorio. Esta otra teoría sosNene que después del Big Crunch podría haber otro Big Bang, y así sucesivamente. Por lo tanto, se podría pensar que el universo actual proviene de uno previo, el cual también podría haber sufrido un Big Crunch.
En todo caso, estas teorías no están totalmente confirmadas en la actualidad. Además, existen otras como el Big Freeze o el Big Rip que estudian también el catastrófico fin del universo.
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Cómo predecir el Big Crunch
Para tratar de averiguar qué ocurrirá en el fin del universo, habrá que determinar sus propiedades, como su densidad. Si se llegara a la “densidad críNca”, el universo comenzará a contraerse. Esto ocurriría debido a que cuanta más densidad haya, mayor será la fuerza de la gravedad y, por lo tanto, más posibilidades habrá de que ocurra el Big Crunch.
La observación de supernovas lejanas como candelas estándares y el mapeo completo de la radiación de fondo de microondas ha llevado a los cien_ficos a pensar que el universo no está frenando a causa de la gravedad, sino que se está acelerando. Esta aceleración se cree que se debe a la energía oscura, que hace que las galaxias se vayan separando entre ellas cada vez más, haciendo que el universo crezca con rapidez. Por lo tanto, se reducirían las posibilidades de que se produjera un Big Crunch, y la teoría se desecharía. De hecho, en la actualidad hay algunos cien_ficos los cuales consideran obsoleta esta teoría, ya que la NASA consiguió datos que podrían defender la teoría de la expansión conNnuada del Universo.
No obstante, al ser aún desconocida la naturaleza de la energía oscura, puede que el universo dé marcha atrás y se produzca un colapso.
La fuerza de la energía oscura en el universo es constante, pero si creciera demasiado, el fin del universo sería disNnto: el Big Rip, en el que todos los elementos que consNtuyen el universo se romperían.
Vida tras el Big Crunch
Muchos cien_ficos creen que tras un Big Crunch todo el universo quedaría contenido en una singularidad espacio-‐temporal. Así, el universo se encontraría en el mismo estado que estaba en el momento previo al Big Bang, por lo que se daría el escenario perfecto para que comenzara un nuevo universo.
Con otras palabras: si esto sucediera, sería muy similar a cuando rebobinamos un case}e; todo lo que se había construido en un principio se iría deshaciendo poco a poco, hasta volver al punto original.
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2.2. Muerte térmica La muerte térmica es una de las posibles teoría acerca del fin del universo la cual supone que éste se expandirá infinitamente. En asica se dice que el universo ha alcanzado la máxima en-‐tropía y un equilibrio termodinámico. Fue James Jeans quien estableció dicha teoría basándose en la segunda ley de la termodinámica, explicada anteriormente, y éste citó: “Sólo puede ha-‐ber un final para el universo, una muerte térmica, en la que la temperatura es tan baja que hace la vida imposible”. Cabe mencionar que esto solo sería posible si nos encontramos en un universo abierto lo cual aún no se ha resuelto y, por consiguiente, esta teoría no se puede aprobar del todo.
Esto establece que toda la energía existente en el universo acabará de la forma más degradada, calor, lo cual nos llevará a una entropía máxima. Con ello se conseguirá un equilibrio entre todas las tempe-‐raturas existentes en el universo, de acuerdo a la segunda ley de la termodinámica y, por tanto, cesa-‐rán todas las transformaciones y el universo morirá.
Plazos para la muerte térmica
Desde la creación de la teoría del Big Bang se piensa que el universo no se encuentra en equili-‐brio termodinámico y, por tanto, los objetos no pueden realizar trabajo asico puesto que se encuentra alterado el estado de movimiento de los cuerpos. El Nempo de decaimiento de un agujero negro de más o menos 1 galaxia de masa debido a la radiación de Hawking es de aproximadamente 10.100 años lo cual nos lleva a calcular que la mencionada entropía no podría producirse hasta entonces. Cuando esto suceda, se cree que el universo será un lugar oscuro y frío en el que solo haya un gas diluido de fotones y leptones.
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2.3. Teoría de expansión descontrolada ¿Qué propone esta teoría?
Si el universo fuese una inmensa pelota que se lanzase al aire hace 14.000 millones de años durante su nacimiento después del Big Bang, debería alcanzar una altura máxima y volver a bajar debido al efecto de la gravedad. Pero en vez de regresar a su punto de origen se aleja cada vez más deprisa, de manera que la distancia entre galaxias es cada vez más grande. Es decir, cuanto más lejos están, más veloces se mueven. La fuerza que impulsa este fenómeno, hasta hace poco desconocida, es la materia oscura. Crece a medida que el universo se ensancha y actualmente consNtuye un 75% de este, aunque todavía nadie sabe bien de qué se trata ni qué leyes obedece.
¿Cómo se descubrió?
Esta teoría es relaNvamente reciente. Se concretó para su proposición en 1998 por dos grupos independientes de invesNgadores que realizaron sus estudios por separado, aunque ambos llegaron a la misma conclusión: el universo se expande de manera acelerada, esta expansión durará eternamente.
Gracias a los estudios de sendos grupos de cien_ficos obtuvieron en 2011 el Premio Nobel de Física. Fueron los estadounidenses Saul Perlmu}er y Adam Riess y el australiano Brian Schmidt los que consiguieron llegar a esta conclusión después de haber medido la intensidad lumínica de un Npo especial de supernovas (estrellas en explosión, ya que han completado su ciclo de vida, que liberan una gran canNdad de energía). Las de Npo Ia, que resultan al explotar una enana blanca y que poseen una masa similar a la del Sol pero un tamaño similar al de la Tierra.
Lo previsto para los invesNgadores era comprobar que su luz era brillante ya que concordaba con la extendida idea en la comunidad cien_fica de que la expansión del Universo se ralenNzaba. Pero sin embargo descubrieron que la luz que emi_an las explosiones era muy tenue, por lo que implicaba una abismal distancia entre ellas.
Este descubrimiento plantea que el Universo tuviese un fin disNnto al que se había planteado. Al expandirse cada vez más rápido, la materia se diluirá en un espacio mucho más grande donde cada vez hará más frío (fin en forma de hielo). En cambio otras teorías como el Big Crunch proponen que el fin del universo se debería a una contracción en la que la fuerza gravitacional se deNene y se revierte la expasión hasta el punto donde el Universo se originó (fin en forma de calor)
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El Universo no actuaría como una pelota que tras el lanzamiento vuelve a su punto de origen
Según esta teoría, ¿cómo se produciría el fin del Universo?
Si como Perlmu}er, Riess y Schmidt afirmaron el Universo se seguirá expandiendo indefinidamente ocurrirá lo siguiente.
Coincidiendo con otras teorías, en 2.000 millones de años la Tierra ya no podrá albergar vida. El Sol cada vez producirá un mayor Efecto Invernadero, y la situación se descontrolará. Se evaporarán los océnos, la atmósfera desaparecerá y no habrá ni rastro de cualquier forma de vida asica en nuestro planeta. El fin de la Tierra se esNma cuando dentro de 5.000 millones de años, el Sol aumente a tal tamaño que engulla a todos los planetas del Sistema Solar, incluido la Tierra. Esto se producirá debido a que para que el Sol consiga un brillo estable necesita hidrógeno (elemento predominante) para transformarlo en helio y par_culas de alta energía. El hidrógeno comenzará a escasear y el Sol comenzará a fusionar el helio con elementos de más peso produciendo así más calor. El Sol aumentará de tamaño hasta ser 200 veces más grande de lo que es ahora y 2.000 veces más caliente imposibilitando así la subsistencia de los planetas.
Alrededor de estos años, La Vía Láctea colisionará con su galaxia gemela, la galaxia Andrómeda (actualmente a 2,5 millones de años luz, acercándose rápidamente soltando a su paso estrellas, gas y planetas al espacio intergalácNco). Esto se descubrió gracias a las mediciones de gran precisión, realizadas por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA del movimiento de la galaxia de Andrómeda (o movimiento M31). La galaxia actualmente se acerca a la Vía Láctea por la atracción gravitatoria mutua entre ambas y la materia oscura invisible que se encuentra alrededor. Podemos compararnos a nosotros con un jugador de béisbol que observa como una pelota se acerca hacia él en dirección recta.
La galaxia Andrómeda se aproxima igualmente unas 2.000 veces más rápido pero mientras la pelota sólo tardará unos segundos en colisionar con el jugador, la galaxia Andrómeda tardará
4.000 millones de años debido a la gran distancia ya mencionada que nos separa de ella. Ambas se fusionarán en un proceso de 2.000 millones de años en una sola galaxia elípNca. Aunque estas choquen, no lo harán las estrellas que estas albergan en su interior. Sin embargo, las estrellas se desplazarán hacia diferentes órbitas alrededor del nuevo centro galácNco formado. El Sistema Solar será lanzado mucho más lejos de este.
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El tamaño del Sol cuando este llegue a la órbita de Mercurio visto desde la Tierra.
La desaparición del universo sería un proceso más gradual. Cuanto más rápido se separe una galaxia de la nuestra (ya sea la Vía Láctea sola o fusionada con Andrómeda) más tenue parecerá. Según Abraham Loeb, astrónomo de la Universidad de Harvard, cuando la galaxia alcance la velocidad de la luz, parecerá que se haya congelado. Es decir, será imposible observar como esa galaxia envejece, como así lo afirma teoría de la relaNvidad de Einstein.
Galaxia vista desde el infrarrojo de Spitzer (NASA)
En 150.000 millones de años aproximadamente, todas las galaxias del universo serán ya invisibles desde la Vía Láctea debido a su rápido alejamiento por la expansión del universo. Exceptuando a las galaxias ligadas por la gravedad a la nube de galaxias (Grupo Local) al que pertenece la Vía Láctea. Dentro de la nube la vida no cambiaría en exceso. Incluso se podrían observar galaxias en el cielo según afirma el doctor en asica teórica Lawrence M. Krauss. 'Para el astrónomo que quiera ver más allá, el cielo estará tristemente vacío. A los amantes no les molestará, pero a los cien_ficos sí'-‐ bromea.
Sin embargo, si nos remontamos a 100 billones de años adelante, cuando se hayan consumido el gas y el polvo interestelares que permiten la condensación de nuevas estrellas, estas dejarán de nacer de nacer. En el instante en que esto suceda, el cielo empezará a oscurecerse. Según cien_ficos y astrónomos, las mismas galaxias se hundirán en agujeros negros en aproximadamente 10 elevado a 30 años.
Pero es que, ni siquiera los agujeros negros durarán toda la eternidad según las demostraciones del gran conocido Stephen Hawking. Gracias a la aplicación de los principios de la mecánica cuánNca a estos, el
célebre cien_fico británico descubrió que la superficie de un agujero (a la quellamó horizonte de sucesos), oscilaría y expulsaría energía en forma de estallidos de par_culas y radiación provocando su aumento de temperatura hasta explotar y desvanecerse.
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2.4. Teoría del Big Rip
El Big Rip es una hipótesis (la cual no hay nada 100% comprobada) cosmológica sobre como será el desNno final del Universo, en la cual tras el “Big Bang” el universo sigue en expansión, debido a la energía que libera, y llegará un momento en que se expandirá hasta el máximo y se desgarrará de tal manera que todo en él será desintegrado debido a la Energía Oscura (forma de materia o energía que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión que Nende a acelerar la expansión del Universo). Aunque también hay que tener en cuenta que todo depende de la canNdad de energía oscura que se halle en el Universo.
Por tanto, aunque el Universo empezó con una Gran Explosión (o Big Bang) , los úlNmos análisis en medidas cosmológicas nos dan la posibilidad de que termine con un Gran Desgarramiento (o Big Rip).
¿Qué pasaría en el Big Rip?
Las úlNmas suposiciones hablan de un campo creciente y dominante de energía fantasma mis-‐teriosa y repulsiva que desgarrará virtualmente todo.
En primer lugar, las galaxias se separarían entre sí. Más tarde la gravedad sería demasiado débil para mantener cada galaxia, y 60 millones de años antes del fin, sólo habría estrellas aisladas. Tres meses antes del fin, aproximadamente, los sistemas solares perderían su cohesión gravi-‐tatoria. En los úlNmos minutos, se desorganizaran estrellas y planetas. Por lo tanto el Universo
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quedaría consNtuido por átomos, pero aún no se habría acabado todo. Los átomos serían des-‐truidos en una fracción de segundo antes del fin del Nempo y sólo quedaría radiación. El Uni-‐verso sería como el Big Bang pero mucho menos denso.
A diferencia del Big Crunch, hipótesis la cual argumenta que todo quedará condensado en un solo punto, en el Big Rip el Universo se converNría en par_culas subatómicas flotantes que se mantendrán para siempre separadas, sin cohesión gravitatoria ni energía.
Debido a que la materia barionica (es la materia que forma todo lo que nos rodea y podemos ver, incluidos nosotros mismos) y la materia oscura sólo consNtuyen el 27 % del Universo y el 73 % restante está formado por la energía oscura, una energía que se opone a la gravitatoria, el Big Rip parece ser una de las teorías más aceptadas en la actualidad del fin del Universo por-‐que como ya hemos nombrado anteriormente para esta hipótesis llamada Teoría del Big Rip ocurra hay que tener en cuenta la canNdad de energía oscura que se halle en el Universo y en los datos dados podemos ver como la mayor parte del Universo esta formada por ella, con lo cual por eso podemos decir que es una de las teorías más aceptadas en la actualidad .
Anteriormente, la suposición del úlNmo desNno del Universo se centraba o bien en el Big Crunch (Gran Colapso) o en un Big Freeze (Gran Congelación). Aunque el desNno del Universo es todavía un puzzle, el montarlo probablemente nos lleve a un entendimiento creciente de la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura.
¿Cuándo tendría fecha este evento?
Aunque no podemos predecir nada ya que no sabemos que podrá a ocurrir, este catastrófico evento ocurriría 20.000.000 de años en el futuro aproximadamente.
¿Está completamente cerNficado?
No, ya que esto es sólo teoría, al igual que el Big Bang y el Big Crunch, de las cuales ninguna está completamente probada, pero de igual manera no está descartada. También debemos de tener en cuenta que son teorías planteadas siguiendo los conocimientos actuales de los seres humanos, y aún nos falta bastante por descubrir, porque como ya sabemos ni siquiera cono-‐cemos completamente nuestro propio planeta.
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2.5. Agujeros negros, ¿cómo morirías si cayeras en uno de ellos?
¿Cómo se forman estos agujeros?
El origen atribuido a los agujeros negros es la contracción de una estrella enana blanca, estrella que en el pasado podía haber sido un astro como “nuestro” Sol.
El Sol posee un diámetro de aproximadamente 1.390.000 kilómetros y su masa es 330.000 ve-‐ces superior a la de la Tierra. En base a sus propiedades se calcula que cualquier objeto coloca-‐do sobre su superficie sería atraído gravitatoriamente por el Sol con una atracción 28 veces superior a la gravedad en la superficie terrestre.
Para que una estrella mantenga un tamaño fijo necesita un equilibrio entre la elevadísima temperatura central, que la sustancia estelar suele expandir, y la inmensa atracción gravitato-‐ria que la comprime y la estruja. Esta gravitación tomará el control absoluto de la estrella si la temperatura central desciende. La estrella se contraería provocando que la estructura atómica del interior se destruyese dejando los electrones, protones y neutrones esparcidos y separa-‐dos. Este proceso de contracción seguiría avanzando hasta llegar a un punto que los electrones se repeliesen mutuamente. La estrella pasa a ser una “enana blanca”. En el caso de que el Sol acabase comprimiéndose hasta acabar como una enana blanca su diámetro se reduciría a 16.000 kilómetros mientras que la gravedad aumentaría pasando a ser 210.000 veces superior a la de la Tierra.
Pero eso no es todo, este proceso puede conNnuar si la atracción gravitatoria, debido a condi-‐ciones específicas, se vuelve tan fuerte que la repe-‐lencia entre electrones ya no puede hacerle frente. Se produce una nueva contracción y los electrones se encuentran ya tan aproximados que forman neutro-‐nes (agrupados también junto los que ya se encontra-‐ban allí). Esta estructura formada únicamente por neutrones (estrella de neutrones) imposibilita una nueva contracción y puede conseguir contener toda la masa del sol en una esfera de apenas 16 kilómetros de diámetro. La gravedad volvería a aumentar siendo 210.000.000.000 veces mayor que la de la Tierra.
Excepcionalmente la gravedad conseguiría incremen-‐tar la repulsión de la estrella de neutrones. Si se consigue traspasar esta estructura es imposi-‐ble que la estrella no se colapse. Se contraería hasta un volumen cero y en consecuencia su gravedad aumentaría al infinito. Además, de acuerdo con la teoría de la relaNvidad, la luz que emite una estrella va perdiendo energía conforme avanza contra el campo gravitatorio de la estrella. Este campo, al llegar a ser infinito (habiendo aumentado su intensidad) consigue que la luz pierda toda su energía y quede atrapada en este sin poder escapar.
Así se produce el conocidísimo agujero negro que consigue con su campo de gravedad atrapar cualquier par_cula de se acercase a él. ¿Por qué es negro? Por la simple razón de que ni la mismísima luz puede escapar de este.
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¿Cómo morirías si cayeses en uno de estos agujeros?
Se han invesNgado que existen dos posibles formas de morir al cruzar el horizonte de sucesos de un agujero negro. Pero antes debemos de explicar qué es un horizonte de sucesos.
El horizonte de sucesos se trata de una superficie imagi-‐naria alrededor de un agujero negro con forma esférica. Su velocidad de escape (facilidad de la que la materia de escapar de él) coincide con la de la luz. Por tanto ningún objeto conocido (ni siquiera los fotones) son capaces de escapar de su campo gravitatorio ya que no se conoce forma de superar la velocidad de la luz. Si se cayese en un agujero negro cuando se llegase al horizonte de suce-‐sos no se notaría ningún cambio ya que no es más que una zona del espacio como cualquier otra que lo que posee diferente es que no Nene un punto de retorno. Es decir, cuando entras ya no puedes salir.
Las dos hipótesis más realistas y fidenignas sobre la muerte al pasar aa un agujero negro son:
Muerte por espagueNzación Puede parecer este un término coloquial y no parecer el nombre de una hipótesis cien_fica. Sin embargo, es un término totalmente cien_fico establecido en los 90 por el astroasico británico Sir MarNn Rees.
Su idea es que una persona al entrar en el horizonte de sucesos sería atraída por la elevada gravedad del campo gravitatorio del agujero. Si suponemos que la persona entra con las piernas más cercanas al agujero que la cabeza. Las piernas se alargarán debido a que la gravedad esNrará el cuerpo en una dirección y lo comprimirá en otra. Conforme más se esNre más cerca está del núcleo y con más intensidad ocurre este fenómeno por lo que se retorcería de forma similar a un espagueN cuando se enrolla y esto provocaría la muerte.
Muerte por aplastamiento Sin embargo esta teoría de los años 90 ha sido reemplazada por otra que Nene en cuenta más factores. Los astrólogos y cien_ficos actuales opinan que si entrásemos en el horizonte de suceso de un agujero negro caería sobre nosotros toda la materia que el agujero negro ha absorbido tras nosotros, es decir moriríamos por el movimiento de retrodispersión. Este movimiento supone que miles de toneladas de materia que el agujero ha ido absorbiendo durante miles y millones de años emplearían una presión tan elevada que nos desintegraríamos en cuesNón de segundos.
Al ser un aplastamiento tan rápido no daría Nempo a producirse la espagueNzación.
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Astronauta absorbido por espagueNzación
Pero… ¿existen tal y cómo se plantean?
Según el afamado cien_fico Stephen Hawking no exisNrían los agujeros negros tal y como los conocemos. Así lo niega en su publicación en el semanario internacional de ciencias Nature (Interna3onal weekly journal of science).
El horizonte de eventos (o de sucesos) es esencial para la existencia de un agujero negro y Hawking argumenta que la suposición de un horizonte de eventos violaría la teoría cuánNca según la cual la energía y la información serían capaces de salir de él. La teoría clásica sí negaría la posibilidad de escape de un agujero negro. Pero la teoría cuánNca es más actual (está más actualizada). Esta teoría es un pilar fundamental de la asica a día de hoy. Reune un formulismo matemáNco y conceptual y recoge todas las nuevas ideas y aportaciones que han ido surgiendo en las tres primeras décadas del siglo XX dando explicación a conflictos y lagunas que poseía la asica hasta entonces. Esta además surgió para explicar el comportamiento de sistemas que la teoría clásica no era capaz de resolver.
Así que Hawking propone que a este horizonte sería mejor llamarle “horizonte aparente” lo que supondría que los agujeros negros cambiarían su nombre por “agujeros grises” ya que podrían albergar temporalmente materia y luz. Por lo tanto la increíble idea de que un agujero negro no dejase pasar ni siquiera la luz, no sería cierta. Esto da pie a la posilidad de entrar en un agujero negro y salir siempre que se consiguiese viajar a la velocidad de la luz.
¿Supondrían el fin del Universo?
Dejando de lado la suposición de Hawking de que los agujeros negros no existen, como tal, aun así sería prácNcamente imposible que los agujeros negros acabasen con nuestro Universo. El horizonte de sucesos del agujero negro atrapa materia y la desintegra. Si este horizonte no tuviese un límite el inmenso campo gravitatorio de los agujeros sería capaz de ir absorbiendo progresivamente la materia hasta que no quedase nada más que oscuridad en el universo y ausencia de materia. Pero el caso es que este horizonte sí posee un límite ya que lo define un radio llamado radio de Schwarzchild. Este radio no es más que una medida que de la longitud de un agujero negro y el radio de acción de su horizonte de sucesos interpretando que una agujero negro Nene simetría esférica y es estáNco. Este delimita el espacio en el que la materia sería absorbida por el agujero, y también el espacio en el que no influye ya su atracción gravitatoria. Este radio Nene un tamaño muchísimo menor al del universo por lo que no conseguiría desintegrarlo ni mucho menos.
Como existe una franja a parNr de la cual el campo gravitatorio del agujero ya no actúa, la materia que se encuentre tras ella no sería atraída y para que el agujero pudiese retener más materia, esta tendría que desplazarse hacia el interior del radio de Schwarzchild.
La única alternaNva que quedaría es que hubiese tal canNdad de agujeros negros que sus radios de Schwarzchild alcanzasen juntos toda la superficie del cosmos. Pero para eso muchísima más materia tendría que conseguir comprimirse hasta un punto en el que venciese la estrella de neutrones sin llegar a perder su masa y actualmente no se encuentra tal canNdad de materia que pueda experimentar este fenómeno que es evidentemente irreproducible por los humanos.
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2.6. MATERIA OSCURA
En astroasica y cosmología asica, la materia oscura es la supuesta materia que no propaga radiación electromagnéNca suficiente como para ser detectada con los medios técnicos de la actualidad, pero que se Nene conocimiento de su existencia gracias a los efectos gravitacionales que causa en la materia visible (como estrellas o galaxias) y en las anisotropías del fondo cósmico de microondas en el universo.
Este concepto no se debe confundir con el de energía oscura, la cual es una forma de materia oscura o energía presente en todo el espacio, que produce una presión que acelera la expansión del Universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva. Considerar que la energía oscura existe facilita la explicación de observaciones recientes sobre la expansión acelerada del Universo.
Según observaciones actuales (2010) de estructuras mayores que una galaxia y la cosmología del Big Bang, la materia oscura está formada por el 23% de la masa del Universo observable y la energía oscura por el 72%, siendo tan sólo un 5% de la masa total de Universo lo que realmente es visible (materia ordinaria).
La materia oscura fue propuesta por Fritz Zwicky en el año 1993 al resultar evidente la existencia de “materia no visible” que intervenía en las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos. Más tarde, otras observaciones han mostrado la existencia de materia oscura en el universo, las cuales incluyen la velocidad de rotación de las galaxias, las lentes gravitacionales de los objetos de fondo por los cúmulos de galaxias y la reparNción de la temperatura del gas caliente en galaxias y cúmulos de galaxias.
La materia oscura juega un papel importante en la formación de estructuras y la evolución de las galaxias, y Nene efectos que se pueden medir en la anisotropía de la CMB. Estas evidencias proponen que las galaxias, los cúmulos de galaxias y el universo completo conNene mucha más materia que la que interactúa con la radiación electromagnéNca. Esa materia restante es a la que se llama “materia oscura”.
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¿Oscura, invisible, escondida o faltante?
El nombre de “materia oscura” resulta atracNvo, pero si se toma literalmente puede dar lugar a confusión. En nuestra galaxia existen enormes nubes de polvo interestelar, que impiden que se traspase la luz de las estrellas, formando regiones oscuras. Pero eso no es a lo que llamamos materia oscura, ya que ese polvo es detectable por cómo afecta a la luz de las estrellas, y puede aparecer en imágenes infrarrojas tomadas por satélites arNficiales.
Hablar de “materia invisible” tampoco sería adecuado. Por ejemplo, el gas interestelar es invisible a nuestros ojos y a telescopios ópNcos, pero emite ondas de radio que son detectables por radiotelescopios. Actualmente no nos encontramos limitados a la estrecha ventana de la “luz visible”, pues tenemos todo Npo de instrumentos que pueden detectar materia que emita desde ondas de radio hasta rayos gamma. Así y todo, seguiría haciendo falta más masa para poder explicar los movimientos de estrellas y galaxias, por lo que “masa faltante” sería el nombre más correcto.
De todas maneras, “materia oscura” se refiere al senNdo más amplio del término: no limitándonos a la luz visible, sino englobando todos los Npos de radiación electromagnéNca.
Composición de la materia oscura
Su composición es aún desconocida. Sin embargo, sabemos que ésta puede incluir neutrinos ordinarios y pesados, par_culas elementales y los axiones, cuerpos astronómicos (como estrellas enanas), los planetas y las nubes de gases no luminosos. Pruebas recientes favorecen los modelos donde el componente primario de la materia oscura son las nuevas par_culas elementales llamadas colecNvamente materia oscura no baricónica.
Razones por las que la materia oscura debe exisNr
• En algunas galaxias, las estrellan giran con gran rapidez. Las leyes de la mecánica de Newton afirman que la velocidad de una estrella por su órbita depende de la masa de la galaxia contenida en la órbita de la estrella. No obstante, la masa visible es bastante menos que lo que se esperaba. ¿Dónde se encuentra la masa restante?
• Las galaxias se agrupan en cúmulos. Esto sucede gracias a la atracción gravitacional producida por una gran canNdad de masa, la cual no se percibe. ¿Dónde está esa masa que se necesita para mantener juntas a las galaxias?
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• Las inmensas estructuras que observamos en el universo fueron creadas a parNr de pequeñas irregularidades en la distribución de la materia cuando ocurrió el Big Bang. Más tarde, gracias a la gravedad, esas fluctuaciones cada vez se hicieron más fuertes, y surgieron las galaxias, cúmulos… La radiación que hay en el universo interactúa con la materia, y se ve afectada por las fluctuaciones. La señal que queda en la radiación de fondo se parece a una foto del universo en sus inicios, y fue tomada por primera vez por el satélite COBE. El análisis de las fluctuaciones en la radiación de fondo muestra que Nene que exisNr más materia en el universo de la que es observable. Entonces, ¿dónde está la que no vemos?
• En un sistema binario consNtuido por una estrella y un agujero negro, ambos cuerpos se mueven en una órbita con centro común. El agujero negro no se puede ver, pero la estrella sí. A causa del movimiento de la estrella, desde la Tierra se observa como si ésta se distanciara y aproximara periódicamente. Este fenómeno ha sido confirmado viendo el efecto Doppler de la luz que emite la estrella.
• Hay argumentos teóricos de peso que están a favor de un universo dominado por la materia oscura, los cuales se basan en el modelo inflacionario. Este modelo predice que el universo sufrió un período de crecimiento acelerado a los pocos segundos tras el Big Bang, y que el 99% de la materia total sería materia oscura. La masa críNca del universo, como la llaman los astroasicos, es la canNdad total de masa predicha por el modelo inflacionario.
Problema de la materia oscura
EsNmaciones basadas en los efectos gravitacionales de la canNdad de materia en el universo indican que hay mucha más materia de la que se puede ver directamente. La existencia de materia oscura resolvería algunas inconsistencias en la teoría del Big Bang. Se piensa que la mayor parte de la masa del universo es en forma de materia oscura. Descubrir la naturaleza de esta materia es a lo que se le llama el “problema de la materia oscura”, y es uno de los más importantes de la cosmología actual.
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Este problema puede parecer poco importante para nuestra vida en la Tierra, pero el hecho de que exista o no influye en el final del universo. Actualmente sabemos que el universo se está expandiendo, debido al corrimiento al rojo que muestra la luz de los cuerpos celestes distantes. Si esta materia no exisNera, la expansión seguiría para siempre. Si la actual hipótesis de la materia oscura fuera correcta, y dependiendo de cuánta materia oscura haya, la expansión del universo podría ir cada vez más lenta, parar o inverNrse; es decir, que empezaría a contraerse, produciéndose el Big Crunch. No obstante, la importancia de este problema ha sido relaNvizada recientemente en que la existencia de una constante cosmológica y de una energía oscura parece ser más importante. Mediciones realizadas en 2003 y 2006 por el satélite WMAP sugieren que la expansión del universo está acelerándose, y seguirá haciéndolo porque existe energía oscura, pero no causará un Big Rip.
Materia oscura en la cultura popular
La materia oscura aparece mencionada en algunos videojuegos y otros trabajos de ficción, donde se le atribuye propiedades asicas o mágicas extraordinarias. Esas descripciones no suelen ir acorde a las reales propiedades de la materia oscura, propuestas en asica y cosmología. Algunos ejemplos son:
• En la serie de televisión Futurama, la materia oscura es maloliente y sirve de combusNble a las naves espaciales. Es muy densa; 10 cm³ pesan más de 5000 kg. Los niblonianos excretan materia oscura.
• En el videojuego Super Mario Galaxy, la materia oscura es capaz de crear agujeros en suelos y desintegrar a quien la toque (Mario o Luigi).
• En la saga de videojuegos Final Fantasy, la materia oscura se
usa para crear pociones, armas y otros artefactos.
• En el videojuego Kirby 64: The Cristal Shards, el enemigo es un ser
que se llama Dark Ma}er, el cual está compuesto de materia oscu-‐
ra.
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CONCLUSIÓN
Tras haber expuesto las numerosas teorías del origen y el posible fin del Universo po-‐demos concluir que la teoría de origen más extendida en la comunidad cien_fica es la del Big Bang ya que es la que más se adecúa a las leyes que hoy rigen la asica y con la que están de acuerdo muchos de los más célebres cien_ficos de nuestra generación. Además algunas teorías como la mencionada en este trabajo, teoría Inflacionaria no Nenen más función que completar y respaldar la gran teoría en la que actualmente cree la mayoría de la humanidad. Esta teoría da buenas razones a pesar de tener sus lagunas, que son actualmente moNvos de invesNgación. Pero nunca podríamos dar a una teoría sobre el origen del universo la seguridad de que fuese completamente correcta, ya que este hecho fue algo que ocurrió en el pasado y no se encuentra forma de reproducir ni representar en la actualidad de manera arNficial por lo que no es demostrable empíricamente. Las bases de todas las teorías sobre los orígenes de cualquier Npo de astro, materia u otro objeto interestelar se respaldan por cálculos, conjeturas, pero no son verdades experimentales y es muy probable que nunca se-‐pamos a ciencia cierta el verdadero origen.
De igual forma predecir el final del cosmos también es algo diacil ya que no podemos adivinar el futuro, sólo esNmarlo. Gracias al descubrimiento de materia oscura y energía oscura se está avanzando en la forma de concretar qué es lo que sucederá. A parNr de estos úlNmos descubrimientos se ha establecido a teoría del Big Rip que afirma que nuestro universo está consNtuido por un 70% de esta energía. Y al tener en cuenta esto la mayoría de los cien_ficos se han vuelto adeptos a ella. Pero se sabe que si el origen es diacil de explicar, el final aún más.
Gracias a las aportaciones matemáNcas, asicas, químicas, astrológicas e incluso bioló-‐gicas cada vez conocemos mejor lo que nos rodea y vamos abriendo más fronteras avanzando más allá. Y también con el descubrimiento de algunos cuerpos o fenóme-‐nos que se han descubierto avanzamos en esta labor. En este trabajo no nos hemos olvidado de detenernos a explicar los más importantes: Materia oscura, agujeros ne-‐gros, dimensiones del universo…
Es absurdo pensar en un conocimiento absoluto de las cosas, pero siempre es bueno avanzar en lo que se sabe y no ponerse límites para alcanzar a conocer cada vez más cosas. Este trabajo nos ha ayudado a darnos cuenta de que los humanos somos insa-‐ciables y que conseguimos día a día progresar en el estudio de cosas cada vez más grandes y complejas.
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