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    Cómo funciona la teoría del Big Crunch
    Algunos astrónomos piensan que el universo puede eventualmente actuar como un suflé desafortunado, a diferencia de este, que se ve muy bien expandido y listo para comer. © iStockphoto.com/robynmac

    A todos nos preocupa lo que sucederá al final de nuestras vidas. Vemos morir a otros seres vivos y sabemos que nos va a pasar. Porque es inevitable nos preocupamos por cuando, dónde y cómo sucederá. Muchos de nosotros también nos preguntamos por el destino de la Tierra. ¿Será una bola azul hospitalaria para siempre? ¿O finalmente será consumido por el sol a medida que pasa de una estrella amarilla de tamaño mediano a una gigante roja? O tal vez envenenaremos nuestro planeta y flotará, frío y desolado, a través del espacio. Si tal cosa sucediera, ¿Cuanto tiempo tardaría? ¿Cien años? ¿Mil? ¿Un millón?

    Algunos astrónomos, los que se llaman a sí mismos cosmólogos, hacen preguntas similares sobre el universo. La escala a la que trabajan estos científicos, por supuesto, es muy diferente. El universo es enorme comparado con un solo planeta, incluso una sola galaxia, y su cronograma es mucho, mucho mas largo. Debido a esto, Los cosmólogos no pueden saber con certeza cómo comenzó el universo o cómo terminará. Ellos pueden, sin embargo, Recolectar evidencia, hacer conjeturas fundamentadas y establecer teorías.

    Una de esas teorías, sobre el futuro del universo, es conocido en broma como el "gran crujido". Según esta teoría, el universo dejará de expandirse algún día. Luego, mientras la gravedad tira de la materia, el universo empezará a contraerse, cayendo hacia adentro hasta que se ha derrumbado de nuevo en un supercaliente, singularidad superdensa. Si la teoría es cierta, el universo es como un suflé gigante. Empieza pequeño luego se expande a medida que se calienta. Finalmente, sin embargo, el soufflé se enfría y comienza a colapsar.

    A nadie le gusta un soufflé caído, y no debería gustarnos un universo que se comporte como tal. Deletrea la perdición de cada galaxia estrella y planeta que existe actualmente. Afortunadamente, la gran crisis no es una garantía. Actualmente, los cosmólogos están inmersos en un debate candente. Un campamento dice que el soufflé caerá; el otro campo dice que el soufflé se expandirá para siempre. Pasarán miles de millones de años antes de que sepamos con certeza qué campo es el correcto.

    Mientras tanto, profundicemos en la gran crisis para comprender qué es y qué significa para el universo. Debido a que el Big Crunch es en realidad una consecuencia del Big Bang, empecemos por ahí.

    Contenido
    1. El Big Bang
    2. Evidencia del Big Bang
    3. Más allá del Big Bang
    4. Gravedad contra expansión
    5. El papel de la energía oscura
    6. Muerte y renacimiento

    El Big Bang

    Si bien muchas personas creen que la teoría del Big Bang se refiere a una explosión, en realidad se refiere a la expansión del universo. 2008 HowStuffWorks

    Aunque Cómo funciona la teoría del Big Bang cubre el origen del universo en detalle, Será útil cubrir los conceptos básicos aquí. La versión corta es la siguiente:Hace unos 15 mil millones de años, toda la materia y la energa estaba embotellada en una regin increblemente pequea conocida como singularidad . En un instante, este único punto de material superdenso comenzó a expandirse a un ritmo asombrosamente rápido. Los astrónomos no entienden completamente qué causó que comenzara la expansión, pero utilizan el término "big bang" para describir tanto la singularidad como los primeros momentos que siguieron.

    A medida que el universo recién nacido se expandía, comenzó a enfriarse y a volverse menos denso. Piense en un chorro de vapor que sale de una tetera. Cerca de la tapa del pico, el vapor está bastante caliente, y las moléculas de vapor se concentran en un espacio reducido. A medida que el vapor se aleja de la tetera, sin embargo, el vapor se enfría a medida que las moléculas se esparcen por la cocina. Lo mismo sucedió después del Big Bang. Dentro de aproximadamente 300, 000 años, todo lo que contenía la singularidad se había expandido hasta convertirse en un hirviente, esfera opaca de materia y radiación. Como lo hizo, la temperatura bajó a 5, 432 grados Fahrenheit (3, 000 grados Celsius), permitiendo que se formen partículas más estables. Primero vinieron los electrones y protones, que luego se combinaron para formar átomos de hidrógeno y helio.

    El universo continuó expandiéndose y diluyéndose. Podría tener la tentación de imaginarse este joven universo como un guiso, con grumos de materia flotando en una salsa espesa. Pero los astrónomos ahora piensan que era más como una sopa, muy suave en densidad excepto por algunas pequeñas fluctuaciones. Estas perturbaciones fueron lo suficientemente significativas como para hacer que la materia se fusionara. Enormes racimos de protogalaxias comenzó a formarse. Las protogalaxias maduraron en galaxias , grandes islas de gas y polvo que dieron origen a miles de millones de estrellas. Alrededor de algunas de esas estrellas la gravedad juntó rocas, hielo y otros materiales para formar planetas. En al menos uno de esos planetas, la vida evolucionó, unos 11 mil millones de años después de que el Big Bang comenzara todo.

    Hoy el universo sigue expandiéndose, y los astrónomos tienen pruebas para demostrarlo. Hasta la próxima, vamos a examinar algunas de esas pruebas.

    Evidencia del Big Bang

    Si la teoría del Big Bang es correcta, entonces los astrónomos deberían poder detectar la expansión del universo. Edwin Hubble, el homónimo del telescopio espacial Hubble, fue uno de los primeros científicos en observar y medir esta expansión. En 1929, estaba estudiando el espectros , o arcoiris, de galaxias distantes al permitir que la luz de estos objetos pase a través de un prisma en su telescopio. Notó que la luz proveniente de casi todas las galaxias se desplazó al extremo rojo del espectro. Para explicar la observación, se volvió hacia el efecto Doppler , un fenómeno que la mayoría de la gente asocia con el sonido. Por ejemplo, como una ambulancia se acerca a nosotros en la calle, el tono de la sirena parece aumentar; a medida que pasa, el tono disminuye. Esto sucede porque la ambulancia se está poniendo al día con las ondas sonoras que está creando (tono aumentado) o alejándose de ellas (tono disminuido).

    Hubble razonó que las ondas de luz creadas por las galaxias se comportaban de manera similar. Si una galaxia distante se precipitara hacia nuestra galaxia, argumentó, se acercaría más a las ondas de luz que estaba produciendo, lo que disminuiría la distancia entre las crestas de las ondas y cambiaría su color al extremo azul del espectro. Si una galaxia distante se alejara de nuestra galaxia, se alejaría de las ondas de luz que estaba creando, lo que aumentaría la distancia entre las crestas de las ondas y cambiaría su color al extremo rojo del espectro. Después de observar constantemente los desplazamientos al rojo, Hubble desarrolló lo que llamamos Ley de Hubble :Las galaxias se alejan de nosotros a una velocidad proporcional a su distancia de la Tierra.

    Hoy los desplazamientos al rojo de los objetos celestes distantes constituyen una fuerte evidencia de que el universo se está expandiendo. Pero todo lo que se expande debe eventualmente detenerse, ¿Derecha? ¿No lo hará el universo? como una pelota lanzada al cielo, alcanzar algún punto máximo de expansión, detenerse y luego comenzar a retroceder hasta donde comenzó? Como veremos a continuación, ese es uno de los tres escenarios posibles.

    Verificación de antecedentes

    La fuerte evidencia del Big Bang también proviene de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB). Estos microondas son del mismo tipo que usa para cocinar alimentos en su cocina, excepto que están esparcidos por todo el universo. De hecho, están tan uniformemente difundidos por todo el espacio que los astrónomos ahora creen que la radiación CMB es el eco del Big Bang, el jadeo agonizante de la explosión que dio a luz al cosmos que conocemos hoy.

    Más allá del Big Bang

    Como funcionan las cosas

    Casi todos los astrónomos aceptan que el universo se está expandiendo. Lo que sucede a continuación es el verdadero misterio. Afortunadamente, solo hay tres posibilidades reales:el universo puede estar abierto, plano o cerrado.

    Universo abierto. En este escenario, el universo se expandirá para siempre, y como lo hace, la materia que contiene se esparcirá más y más delgada. Finalmente, las galaxias se quedarán sin las materias primas que necesitan para formar nuevas estrellas. Las estrellas que ya existen se extinguirán lentamente, como brasas moribundas. En lugar de cunas de fuego, las galaxias se convertirán en ataúdes llenos de polvo y estrellas muertas. En ese punto, el universo se oscurecerá, frío y, desafortunadamente para nosotros, sin vida.

    Universo plano . Imagínese una canica rodando sobre una superficie de madera infinitamente larga. Hay suficiente fricción para ralentizar la canica pero no lo suficiente como para hacerlo rápido. La canica rodará durante mucho tiempo, finalmente se detuvo lentamente y con suavidad. Esto es lo que le pasará a un universo plano. Consumirá toda la energía del Big Bang y, alcanzando el equilibrio, costa para detenerse en el futuro. De muchas maneras, esto es solo una variación del universo abierto porque tomará, literalmente, para siempre para que el universo alcance el punto de equilibrio.

    Universo cerrado . Ata un extremo de una cuerda elástica a tu pierna, el otro extremo a la barandilla de un puente y luego saltar. Acelerará hacia abajo rápidamente hasta que comience a estirar el cordón. A medida que aumenta la tensión, el cordón ralentiza gradualmente su descenso. Finalmente, llegarás a una parada completa, pero solo por un segundo como la cuerda, estirado hasta su límite, te empuja hacia el puente. Los astrónomos creen que un universo cerrado se comportará de la misma manera. Su expansión se ralentizará hasta alcanzar un tamaño máximo. Entonces retrocederá colapsando sobre sí mismo. Como lo hace, el universo se volverá más denso y más caliente hasta que termine en un infinitamente caliente, singularidad infinitamente densa.

    Un universo cerrado conducirá a un Big Crunch, lo opuesto al Big Bang. Pero, ¿cuáles son las probabilidades de que un universo cerrado sea más probable que un universo abierto o plano? Los astrónomos están comenzando a hacer algunas conjeturas.

    Gravedad contra expansión

    Para determinar si el universo se expandirá para siempre, frena hasta detenerse o colapsar sobre sí mismo, los astrónomos deben decidir cuál de las dos fuerzas opuestas ganará un tira y afloja cósmico. Una de estas fuerzas es la parte explosiva del big bang, la explosión que catapultó el universo hacia afuera en todas direcciones. La otra fuerza es la gravedad, el tirón que ejerce un objeto sobre otro. Si la gravedad dentro del universo es lo suficientemente fuerte, podría reinar en la expansión y hacer que el universo se contraiga. Que no, el universo seguirá expandiéndose para siempre.

    Aunque los astrónomos saben que el universo se está expandiendo, no pueden medir con precisión la fuerza responsable de la expansión. En lugar de, intentan medir la densidad del universo. Cuanto mayor sea la densidad, cuanto mayor sea la fuerza gravitacional. Aplicando esta lógica, debe haber un umbral de densidad, un límite crítico, que determinará si la gravedad dentro del universo es lo suficientemente fuerte como para detener la expansión y hacer que todo vuelva. Si la densidad es mayor que el límite crítico, entonces el universo dejará de expandirse y comenzará a contraerse. Si es menor que el límite crítico, entonces el universo se expandirá para siempre. Los astrónomos representan esto matemáticamente con la siguiente ecuación:

    Ω =densidad media real / densidad crítica

    Si omega (Ω) es mayor que 1, entonces el universo se cerrará. Si es menos de 1, el universo estará abierto. Y si es igual a 1, el universo será plano. Basado en el asunto que podemos ver, como las galaxias, estrellas y planetas, la densidad del universo parece estar por debajo del valor crítico. Esto sugeriría un universo abierto que se expandirá para siempre. Pero los cosmólogos creen que hay otro tipo de materia que no se puede ver. Esta materia oscura puede representar mucho más del universo que lo ordinario, materia visible y puede tener suficiente gravedad para detenerse, y luego revertir, la expansión.

    Recientemente, Los astrónomos han hecho algunas observaciones que indican que hay otro material invisible en el cosmos: energía oscura . ¿Podría la energía oscura afectar profundamente el destino del universo?

    Somos grandes " Grande "

    El término "big bang" comenzó como una broma, un comentario despectivo del astrónomo Fred Hoyle. Pero el nombre se quedó y generó una serie de imitaciones de nomenclatura. Un universo que se expande para siempre producirá un "gran escalofrío" o una "gran congelación". Un universo que colapsa en una singularidad y explota hacia afuera nuevamente experimentará un "gran crujido" seguido de un "gran rebote". Y un universo que alcanza el equilibrio y no hace nada se convertirá en un "gran aburrimiento".

    El papel de la energía oscura

    En la foto y ampliada aquí a la izquierda hay una supernova que el Hubble captó con una cámara que explotó hace 10 mil millones de años. Llamado 1997ff, reforzó enormemente el caso de la existencia de energía oscura que impregna el cosmos. Foto cortesía de NASA-GSFC

    Justo cuando los astrónomos estaban lidiando con el impacto de la materia oscura, Hicieron un descubrimiento que les hizo volver a la pizarra una vez más. El descubrimiento se produjo en 1998, cuando los mejores telescopios del mundo revelaron ese tipo I a supernovas - estrellas moribundas que tienen el mismo brillo intrínseco - estaban más lejos de nuestra galaxia de lo que deberían haber estado. Para explicar esta observación, los astrónomos sugirieron que la expansión del universo en realidad se está acelerando o acelerándose. Pero, ¿qué haría que la expansión fuera más rápida? ¿No es la gravedad inherente a la materia oscura lo suficientemente fuerte como para evitar tal expansión?

    Como resulta, hay más en la historia cósmica de lo que se pensaba. Algunos cosmólogos piensan ahora que algo más, algo tan inexplicable e inobservable como la materia oscura, acecha en el universo. A veces se refieren a estas cosas invisibles como energía oscura . A diferencia de la gravedad, que tira del universo y ralentiza su expansión, la energía oscura empuja al universo y trabaja para acelerar la expansión. Y hay mucho de eso. Los astrónomos estiman que el universo podría tener un 73 por ciento de energía oscura. Materia oscura, ellos piensan, constituye otro 23 por ciento, y la materia ordinaria, lo que podemos ver, constituye un mísero 4 por ciento [fuente:Brecher]. Con números como ese y dado que la energía oscura es una fuerza inflacionaria, es fácil ver cómo la gran crisis podría no suceder nunca.

    Curiosamente, Albert Einstein predijo la existencia de la energía oscura en 1917 mientras intentaba equilibrar las ecuaciones de su teoría general de la relatividad. No lo llamó energía oscura en ese momento. Se refirió a él como el constante cosmológica y lo etiquetó como lambda en sus cálculos. Aunque no pudo probarlo, Einstein pensó que debía haber una fuerza repulsiva en el universo para distribuir todo a su alrededor de manera tan uniforme. Finalmente, se retractó, llamando a lambda su mayor error.

    Ahora Los científicos se preguntan si Einstein pudo haber tenido razón una vez más, a menos que, por supuesto, Él está equivocado. Hasta la próxima, exploraremos por qué algunos todavía tienen en alta estima la gran crisis y por qué podría no ser el fin del universo, sino un segundo comienzo.

    Muerte y renacimiento

    La gran recuperación del ciclo de vida del universo HowStuffWorks

    Claramente, no hay una respuesta fácil cuando se trata de predecir el destino del universo. Pero imaginemos por un momento que la densidad del universo está por encima del valor crítico requerido para detener la expansión. Esto conduciría a la gran crisis, que en muchos sentidos sería como presionar el botón de rebobinado en una videograbadora. A medida que la gravedad dentro del universo hizo retroceder todo, los cúmulos de galaxias se acercarían más. Entonces las galaxias individuales comenzarían a fusionarse hasta que, después de miles de millones de años, se formaría una mega-galaxia.

    Dentro de este gigantesco caldero las estrellas se fusionarían, haciendo que todo el espacio se vuelva más caliente que el sol. Finalmente, las estrellas explotarían y surgirían agujeros negros, lentamente al principio y luego más rápidamente. A medida que se acercaba el fin, los agujeros negros absorberían todo lo que los rodeaba. Incluso ellos se fusionarían en algún momento para formar un monstruoso agujero negro que cerraría el universo como una bolsa con cordón. Al final, nada quedaría más que un supercaliente, singularidad superdensa:la semilla de otro universo. Muchos astrónomos piensan que la semilla germinaría en un "gran rebote, "reiniciando todo el proceso.

    Esa no es la única teoría. Algunos cosmólogos, dirigido por Paul J. Steinhardt de la Universidad de Princeton y Neil Turok de la Universidad de Cambridge, Recientemente han argumentado que el gran escalofrío y el gran crujido no son mutuamente excluyentes. Su modelo funciona así:el universo comenzó con el big bang, que fue seguido por un período de expansión lenta y acumulación gradual de energía oscura. Aquí es donde nos encontramos hoy. Lo que sucede a continuación es muy especulativo, pero Steinhardt y Turok creen que la energía oscura continuará acumulándose y, como lo hace, estimulará la aceleración cósmica. El universo nunca dejará de expandirse pero se extenderá a lo largo de billones de años, estirando toda la materia y la energía hasta tal extremo que nuestro único universo se separará en múltiples universos. Dentro de estos universos la misteriosa energía oscura se materializará en materia y radiación normales. Esto desencadenará otro big bang, quizás varios de ellos, y otro ciclo de expansión.

    Si está desconcertado por toda esta charla de aplastamiento y expansión, puede consolarse sabiendo que el destino del universo no se determinará por miles de millones, tal vez incluso billones, de años. Eso le da mucho tiempo para concentrarse en cosas que son un poco más seguras, como su propio ciclo de vida de nacimiento, crecimiento y muerte.

    Publicado originalmente:2 de marzo de 2009

    Preguntas frecuentes sobre la teoría del Big Crunch

    ¿Cuáles son los tres posibles destinos del universo?
    Tres destinos del universo que los científicos han flotado incluyen el gran crujido, donde el universo se comprime, o vuelve a crujir juntos de nuevo en una singularidad, el gran desgarro, donde el universo sigue expandiéndose y eventualmente se desgarra, y una tercera idea llamada la gran congelación donde el universo sigue expandiéndose, la formación de estrellas finalmente termina y lo único que queda son los agujeros negros.
    ¿Cuál es la teoría de la gran crisis?
    Según esta teoría, el universo dejará de expandirse algún día. Luego, mientras la gravedad tira de la materia, el universo empezará a contraerse, cayendo hacia adentro hasta que se ha derrumbado de nuevo en un supercaliente, singularidad superdensa.
    ¿Es posible la gran crisis?
    Afortunadamente, la gran crisis no es una garantía. Actualmente, los cosmólogos están inmersos en un debate candente. Un campamento dice que el soufflé caerá; el otro campo dice que el soufflé se expandirá para siempre. Pasarán miles de millones de años antes de que sepamos con certeza qué campo es el correcto.
    ¿Cómo termina el universo según la teoría del Big Crunch?
    Si la teoría es cierta, el universo es como un suflé gigante. Empieza pequeño luego se expande a medida que se calienta. Finalmente, sin embargo, el soufflé se enfría y comienza a colapsar.
    ¿Qué es la teoría del gran rebote?
    Al final de la gran crisis nada quedaría más que un supercaliente, singularidad superdensa, o la semilla de otro universo. Muchos astrónomos piensan que la semilla germinaría en un "gran rebote, "reiniciando todo el proceso.

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    Fuentes

    • Baya, Dana. "Guía íntima del Smithsonian sobre el cosmos". Libro de prensa de Madison. 2004.
    • Brecher, Kenneth. "Universo." Enciclopedia multimedia del libro mundial. 2004.
    • Bucher, Martin A. y David N. Spergel. "Inflación en un universo de baja densidad". Científico americano. Enero de 1999.
    • Génesis en busca de orígenes. "Tira y afloja cósmica". (5 de febrero, 2009) genesismission.jpl.nasa.gov/educate/scimodule/Cosmogony/CosmogonyPDF /CosmicTugOfWarTG.pdf
    • Más difícil, Ben. "Universo renace sin cesar en un nuevo modelo del cosmos". Noticias de National Geographic. 25 de abril 2002. (5 de febrero de 2009) http://news.nationalgeographic.com/news/2002/04/0425_020425_universe.html
    • Hawking, Stephen. "El ilustrado Una breve historia del tiempo / El universo en pocas palabras". Libros Bantam. 1996.
    • Lemonick, Michael D. "Antes del Big Bang". Revista Discover. 5 de febrero 2004. (5 de febrero de 2009) http://discovermagazine.com/2004/feb/cover/?searchterm=big%20crunch
    • Muir, Color avellana. "El universo aún podría colapsar en una gran crisis". 6 de septiembre 2002. (5 de febrero de 2009) http://www.newscientist.com/article/dn2759-universe-might-yet-collapse- in-big-crunch.html
    • Musser, Jorge. "Estado allí, Hecho eso ". Scientific American. Marzo de 2002.
    • Peebles, P. James, David N. Schramm, Edwin L. Turner y Richard G. Kron. "La Evolución del Universo". Científico americano. Octubre de 1994.
    • Perlmutter, Saul. "Supernovas, Energía oscura, and the Accelerating Universe ". Physics Today. Abril de 2003.
    • Ronan, Colin A. "Universo:El Cosmos Explicado". Libros cuánticos. 2007.
    • Tarbuck, Edward J. y Frederick K. Lutgens. "Ciencia de la Tierra, "Undécima edición. Pearson Education, Inc. 2006.

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