He estado observando en los más de ocho años de existencia de este blog, que el tema de mayor recurrencia en las búsquedas de los usuarios/visitantes es la Gran Explosión (Big Bang), pero la información presente en la página no es vasta, por lo que se entiende que dejen preguntas o me hagan llegar cuestionamientos al respecto. Con base a ello, es que se realizará esta serie de entradas sobre la denominada Gran Explosión. Para ello, haremos un largo recorrido, a través de la Cosmología, popularmente conocida como “La Ciencia del Universo”. La palabra Cosmología proviene del griego κοσμολογία («cosmologuía», compuesto por κόσμος, /kosmos/, «cosmos, orden», y λογια, /loguía/, «tratado, estudio») concepción integral, denominada también filosofía de la naturaleza, es la ciencia que estudia todo lo relacionado con el cosmos o universo. La palabra «cosmología» fue utilizada por primera vez en 1731 en la Cosmología generalis de Christian Wolff, el estudio científico del universo tiene una larga historia que involucra a la física, la astronomía, la filosofía, el esoterismo y la religión. El nacimiento de la cosmología moderna puede situarse en 1700 con la hipótesis de que las estrellas de la Vía Láctea pertenecen a un sistema estelar de forma discoidal, del cual el propio Sol forma parte; y que otros cuerpos nebulosos visibles con el telescopio son sistemas estelares similares a la Vía Láctea, pero muy lejanos.

El Universo

Desde el principio debemos decidir si usamos Universo o universo. Esto no es un asunto tan trivial como podría parecer. Sabemos de un solo planeta llamado Tierra; Del mismo modo, sabemos de un solo Universo. ¿Seguramente entonces la palabra correcta es Universo?

El Universo es todo e incluye que pensemos sobre cómo llamarlo. Pero ¿qué es el Universo? ¿Realmente lo sabemos? Tiene muchas caras y significa muchas cosas diferentes para diferentes personas. Para las personas religiosas, es un mundo creado teísticamente, gobernado por fuerzas sobrenaturales; para los artistas es un mundo exquisito revelado por percepciones sensibles; para los filósofos profesionales es un mundo lógico de estructuras analíticas y sintéticas; y para los científicos es un mundo de observaciones controladas elucidadas por las fuerzas naturales. O puede ser todas estas cosas en diferentes momentos. Aún más diversos son los mundos o imágenes cósmicas en manos de personas de diferentes sociedades, como los aborígenes australianos, chinos, esquimales, hindúes, hopi, maoríes, navajos, polinesios, zulúes, aztecas, toltecas, mayas, olmecas, incas. Las imágenes cósmicas evolucionan porque las culturas se influyen mutuamente, y porque el conocimiento avanza. Así, en Europa, la imagen medieval, influida por el ascenso del Islam, evolucionó hacia las imágenes cartesianas, luego newtonianas, victorianas y, finalmente, einsteinianas. La imagen del mundo occidental estándar de finales del siglo XIX (La imagen victoriana) era totalmente diferente a la imagen estándar (La imagen einsteiniana) cien años después. Cada sociedad en cada edad construye una imagen cósmica diferente que es como una máscara encajada en la cara del Universo desconocido.

Si se usa la palabra “Universo”, debemos distinguir entre los diversos “modelos del Universo”. Cada modelo, religioso, artístico, filosófico o científico, es una de las muchas representaciones; y de manera similar con los modelos de diferentes sociedades. Así, en la historia de la ciencia distinguimos entre el modelo de Pitágoras, el modelo Atomista, el modelo aristotélico, y así sucesivamente. Más precisamente, deberíamos decir, el modelo pitagórico del Universo, el modelo Atomista del Universo, el modelo aristotélico del Universo, y así sucesivamente. Inevitablemente, los modelos reciben los títulos abreviados: el Universo Pitágoras, el Universo Atomista, el Universo Aristotélico, …, y nos confundimos al usar la palabra Universo para significar “un modelo del Universo”.

La grandiosa palabra Universo tiene una gran desventaja adicional. Cuando se usa solo, sin especificar el modelo que tenemos en mente, transmite la impresión que sabemos la verdadera naturaleza del Universo. Nos encontramos, en compañía de multitudes de otros en el pasado, hablando del Universo como si por fin fuera descubierto y revelado. Al referirnos al modelo contemporáneo del Universo como el “Universo”, olvidamos que nuestro modelo contemporáneo sin duda tendrá el mismo destino que sus predecesores. Siempre confundimos la máscara con la cara, el universo modelo del Universo real. Nuestros antepasados cometieron este error continuamente y muy probablemente nuestros descendientes mirarán hacia atrás y nos verán repitiendo el mismo error.

Debido a que no podemos adivinar incluso en nuestras imaginaciones más descabelladas la verdadera naturaleza del Universo, podemos evitar referirnos directamente a él utilizando la palabra más modesta “universo”. Un universo es simplemente un modelo del Universo. Por lo tanto, podemos hablar del universo pitagóreo, el universo atomista, el universo aristotélico, etc., y cada universo es una máscara, una imagen cósmica, un modelo que se inventa, se modifica a medida que avanza el conocimiento y finalmente se descarta.

La palabra ” universo ” que usaremos tiene la ventaja adicional de que puede usarse libre y libremente sin necesidad de recordarnos constantemente que el Universo aún es misterioso y desconocido. Cuando la palabra “universo” se usa sola, como en frases como “la inmensidad del universo”, denota nuestro universo presente tal como lo revela la ciencia moderna.

Cosmología

Buscamos en el cielo, la Tierra y dentro de nosotros mismos, y siempre nos preguntamos sobre el misterio del universo: ¿de qué se trata? ¿Por qué todo comenzó? ¿Cómo terminará todo? ¿Y estas preguntas son significativas? Siempre preguntamos a quemarropa: ¿Cuál  es el significado de la vida? Cada uno de nosotros se hace eco de las palabras de Erwin Schrodinger: “No sé de dónde vengo ni adónde voy ni quién soy”, y busca la respuesta. La búsqueda está condenada a descarriarse desde el principio a menos que nos familiaricemos con los universos del pasado y particularmente con el universo moderno.

La cosmología es el estudio de los universos. En el sentido más amplio, es una empresa conjunta de la ciencia, la filosofía, la teología y las artes que busca comprender lo que unifica y es fundamental. Como ciencia, que es la principal preocupación en este blog, es el estudio de las estructuras grandes y pequeñas del universo; se basa en el conocimiento de otras ciencias, como la física y la astronomía, y reúne una imagen cósmica físicamente inclusiva.

En nuestra vida cotidiana nos ocupamos de cosas ordinarias, como plantas y macetas, y para comprender estas cosas de tamaño razonable, exploramos los reinos a pequeña y gran escala del universo. Profundizamos en los reinos microscópicos de células, moléculas, átomos y partículas subatómicas, y alcanzamos los reinos macroscópicos de los planetas, las estrellas, las galaxias y el universo. Encontramos que lo muy pequeño y lo muy grande están íntimamente relacionados en la cosmología.

Desde el siglo XVII, el conocimiento ha avanzado rápidamente y la cantidad de ciencias ha crecido enormemente. Cada ciencia se centra en un dominio del universo y tiende, con el tiempo, a fragmentarse en nuevas ciencias estrechamente relacionadas de mayor especialización. Originalmente, las características de vivir y no vivir definían las diferencias entre los amplios dominios de la biología y la física. Cada una de estas ciencias básicas, a medida que avanzaba, se ramificó en nuevas ciencias, que a su vez se ramificaron en ciencias más especializadas. La física, una vez conocida como filosofía natural, ha crecido y se ha ramificado en física de partículas subatómicas de alta energía, física nuclear de baja energía, física atómica, físico-química, física de la materia condensada, biofísica, geofísica, astrofísica, etc., y cada una tiene sus propios teóricos, experimentadores y técnicos. La biología, que una vez fue el tema de los naturalistas de amplio interés, con ciencias asociadas como botánica, zoología, entomología, ecología y paleontología, y así sucesivamente, ha crecido y se ha diversificado en biología molecular, bioquímica, genética, etc. Y la astronomía, que alguna vez fue el tema en el que todos tenían el mismo conocimiento (Pero no la habilidad informática), se ha ramificado en ciencias planetarias, el estudio de la estructura estelar y las atmósferas, los medios interestelares, la astronomía galáctica, la astronomía extragaláctica y los campos separados de radio, óptica, ultravioleta, rayos X y astronomía de rayos gamma.

Es evidente que las ciencias dividen el universo para que cada uno pueda construir en detalle un dominio de conocimiento especial. La ciencia separa las cosas en componentes de especialización cada vez mayor, a menudo en piezas cada vez más pequeñas, y dedica cada vez más atención a los detalles. Una persona que estudia a profundidad una rama de la ciencia se convierte en especialista, absorto en un laberinto de conocimiento detallado, que sabe mucho sobre un pequeño dominio del universo y es relativamente ignorante del resto.

La cosmología es la única ciencia en la que la especialización es bastante difícil. Su principal objetivo es armar el rompecabezas cósmico, no estudiar en detalle ninguna pieza de rompecabezas en particular. Mientras que otros científicos están separando el universo en pedazos progresivamente más detallados, los cosmólogos se esfuerzan por juntar las piezas para ver la imagen en el rompecabezas. A diferencia de todos los demás científicos, los cosmólogos tienen una visión amplia; al igual que los pintores impresionistas, se mantienen alejados de sus lienzos para no ver demasiados detalles que distraen.

La cosmología introductoria no es una rama de la astronomía. Es una “cosmopedia”, más que un inventario de los contenidos del universo, y no es un “catálogo de todo el universo” de datos astronómicos descriptivos. La cosmología es el estudio de los constituyentes cósmicos primarios, como el origen y la historia de los elementos químicos, y del espacio y el tiempo que forman el marco del universo en expansión. Las cosas primarias de importancia se encuentran dispersas en grandes regiones del espacio y perduran durante largos períodos de tiempo. El origen y la evolución de las estrellas y las galaxias, incluso el origen de la vida y la inteligencia, son temas cósmicos importantes. Las partículas subatómicas, el papel que juegan durante los primeros momentos del universo, su combinación posterior en átomos y moléculas que forman la complejidad de la célula viviente y nuestro mundo circundante, son todas de interés cósmico.

En cada giro, los problemas de la cosmología nos hacen detenernos y reflexionar. Muchos temas de vital importancia aún son oscuros y no se comprenden: ¿Cómo adquirieron el habla y grandes cerebros los seres humanos?; y ¿Cómo desarrollaron la capacidad de crear estructuras mentales abstractas y pensar cuantitativamente? Lo que determina la forma en que los seres humanos piensan también determina el diseño que perciben en sus universos. Los seres humanos forman una parte vital de la cosmología y representan el universo percibiendo y pensando en sí mismo.

¿Quiénes son los cosmólogos? Los cosmólogos profesionales son relativamente pocos; están bien versados en matemáticas, física y astronomía, y estudian la evolución y la estructura a gran escala del universo físico. En general, sin embargo, cada vez que una persona busca entender el Universo, esa persona se convierte en un cosmólogo. Cuando nos alejamos del estudio de un área especializada de conocimiento, o simplemente nos apartamos de nuestros asuntos cotidianos, y reflexionamos sobre las cosas en general, y tratamos de ver el bosque y no solo los árboles, toda la pintura y no solo los trazos de pintar, todo el tapiz y no solo los hilos, nos convertimos en cosmólogos.

El universo mágico

La cosmología es tan antigua como el Homo sapiens (Si, me contradigo con el primer párrafo, pero líneas adelante entenderán el contexto utilizado). Se remonta a una época en que los seres humanos, que vivían en grupos sociales primitivos, desarrollaron el lenguaje e hicieron sus primeros intentos de comprender el mundo que les rodea. Probablemente, cientos de miles de años atrás, los seres humanos explicaron su mundo por medio de espíritus. Los espíritus de todo tipo, motivados por impulsos y pasiones de tipo humano, activaron todo. Las primeras personas proyectaron sus propios pensamientos y sentimientos internos en un mundo animista externo, un mundo en el que todo estaba vivo. Con súplicas, oraciones, sacrificios y obsequios a los espíritus, los seres humanos obtuvieron el control de los fenómenos de su mundo.

Era la Era de la Magia, de espíritus benignos y demoníacos encarnados en forma vegetal, animal y humana. Todo lo que sucedió fue explicado fácilmente por las pasiones, los motivos y las acciones de los ambientes y la vida interior. Era un mundo antropomórfico, de la tierra viva, el agua, el viento y el fuego, en el que los hombres y las mujeres proyectaban sus propias emociones y motivos como las fuerzas rectoras; el tipo de mundo que los niños leen en los cuentos de hadas. A partir de esta “edad de oro” surge nuestro miedo primordial a la amenaza de la oscuridad y la furia de las tormentas, y nuestro encanto con la magia de amaneceres, puestas de sol y arcoiris.

Por razones que aún no se comprenden por completo, los seres humanos en todas partes siguen siendo una especie, y las culturas (Idiomas, códigos sociales, sistemas de creencias, leyes, tecnologías) se difunden entre sí. Posiblemente, nuestros códigos morales de hoy, que regulan el comportamiento en la familia y la sociedad y determinan en general lo que es éticamente correcto y erróneo, fueron seleccionados naturalmente durante largos períodos de tiempo en las sociedades primitivas. Las sociedades deficientes en códigos de cuidado mutuo y apoyo entre individuos tenían pocas posibilidades de sobrevivir.

El universo mítico

En los albores de la historia, hace diez o más mil años, las primeras ciudades-estado lograron conceptos más abstractos del Universo. El universo mágico evolucionó hacia el universo mítico. La larga era de la magia dio paso a lo que podría llamarse la Era del Teísmo. Los espíritus que habían estado en todas partes, activando todo, amalgamados, se retiraron a remotos reinos míticos y se convirtieron en poderosos dioses que personificaron abstracciones de pensamiento y lenguaje. James Frazer, en The Golden Bough, especuló sobre cómo la magia entre las personas primitivas evolucionó hacia el teísmo, y cómo el universo mágico se transformó en una variedad de universo mítico:

“Pero con el crecimiento del conocimiento, el hombre aprende a darse cuenta más claramente de la vastedad de la naturaleza y de su propia pequeñez y debilidad en presencia de ella. El reconocimiento de su impotencia no conlleva, sin embargo, una creencia correspondiente en la impotencia de esos seres sobrenaturales con los que su imaginación puebla el universo. Por el contrario, mejora su concepción de su poder… Si entonces se siente tan frágil y ligero, ¡qué vasto y poderoso debe considerar los seres que controlan la gigantesca maquinaria de la naturaleza!… Así, en las mentes más agudas, la magia es gradualmente reemplazada por la religión, lo que explica la sucesión de fenómenos naturales regulados por la voluntad, la pasión o el capricho de los seres espirituales como el hombre en especie, aunque vastamente superiores a él en el poder.”

Gran parte de la mitología consiste en imágenes cósmicas primitivas (Figura 1.4). Las mitologías antiguas, tales como la sumeria, asirio-babilónica, minoica, griega, china, nórdica, celta y maya, por nombrar solo algunas, son de interés histórico porque ilustran los primeros puntos de vista de la humanidad sobre el universo. Los mitos de la creación, a menudo difíciles de interpretar, son de particular interés (Más adelante haré una entrada sobre estos temas).

Los seres humanos en el centro cósmico. No importa cuán poderosos y remotos se volvieran, los dioses míticos continuaron sirviendo y protegiendo a los seres humanos, y los hombres y mujeres en todas partes permanecieron seguros y de una importancia central en un universo antropocéntrico. El universo se armó alrededor de un centro y los seres humanos se ubicaron prominentemente en el centro.

La antropocentricidad formó la base de la cosmología griega de un universo centrado en la Tierra. El universo de Aristóteles en el siglo IV antes de nuestra Era fue geocéntrico (o centrado en la Tierra); la Tierra esférica descansaba en el centro del universo y la Luna, el Sol, los planetas y las estrellas, fijados a esferas celestes translúcidas, giraban alrededor de la Tierra. La región más interna del cielo (La esfera sublunar entre la Tierra y la Luna) contenía cosas terrenales y tangibles en un estado cambiante, y las regiones externas del cielo (Las esferas celestiales) contenían cosas etéreas e intangibles en un estado que nunca cambiaba. Las elaboraciones posteriores de este sistema, acercándolo más a las observaciones astronómicas, culminaron en el sistema ptolemaico del año 140 de nuestra Era.

La Edad Media (siglos V al XV) no era tan terriblemente oscura como se suponía. El universo medieval del siglo XIII al XVI fue quizás la forma más satisfactoria de la cosmología conocida en la historia. Cristianos, judíos y musulmanes fueron bendecidos con un universo finito en el que tenían la mayor importancia. Según los estándares árabes y europeos de aquellos tiempos, era un universo racional y bien organizado que todos podían entender; dio lugar y prominencia al lugar de la humanidad en el esquema de las cosas, proporcionó una base segura para la religión y le dio significado y propósito a la vida humana en la Tierra. Nunca antes ni después la cosmología ha servido de manera tan vívida a las necesidades cotidianas de la gente común; era al mismo tiempo su religión, filosofía y ciencia.

La Revolución Copernicana

La transición del universo geocéntrico finito al universo infinito y sin centro se conoce como la revolución copernicana. En el siglo XVI, Nicolaus Copérnico cristalizó las tendencias en el pensamiento astronómico que se había originado en la ciencia griega casi 2000 años antes y propuso el universo heliocéntrico (O centrado en el Sol). El universo heliocéntrico copernicano pronto se transformó en el universo cartesiano infinito y sin centro, que a su vez fue seguido por el universo newtoniano. Esta revolución en el panorama ocupó los siglos XVI y XVII. La revolución copernicana abrió el camino para la cosmología moderna.

Pero el universo espiritual, que se pensaba era mucho más importante que el universo físico, permaneció firmemente antropocéntrico. El universo espiritual era la ” gran cadena del ser ”, una cadena de innumerables vínculos que descendían de los seres humanos a través de todas las formas inferiores de vida a la materia inanimada, y ascendían desde los seres humanos a través de jerarquías de seres angelicales hasta el trono de Dios. La humanidad era el enlace central que conectaba los mundos angelicales y burdos. Incluso en un universo físico infinitamente grande, privado primero de la Tierra y luego del Sol como su centro natural, todavía era posible aferrarse a viejas ideas que retrataban a los seres humanos como teniendo una importancia central en el drama cósmico. Los dioses fueron siempre misteriosos y después de la Revolución Copernicana se volvieron más misteriosos que antes.

La Revolución Darwiniana

A mediados del siglo XIX llegó la más impactante de todas las revoluciones: la revolución darwiniana. Los seres humanos, hasta ahora las figuras centrales en el drama cósmico, se asemejaron a las bestias del campo. Los dioses que habían asistido y protegido a la humanidad por tanto tiempo fueron expulsados del universo físico.

Los universos antropomórficos (Magia) y antropocéntricos (Míticos) estaban equivocados en casi todos los detalles. El universo medieval se ha ido y con él se ha ido la gran cadena del ser. La ciencia al fin es la vencedora, poniendo en fuga los mitos y las supersticiones del pasado. Aplaudimos el Renacimiento (Siglos XV al XVI) con su renacimiento del arte y el aprendizaje, aplaudimos el surgimiento de los sistemas-mundo cartesianos y newtonianos en el siglo XVII, aplaudimos la Era de la Razón (La Ilustración del siglo XVIII) con su convicción en el poder de la razón humana, y aplaudimos la Era de la Ciencia (Siglos XVII al XX), y olvidamos fácilmente la creciente consternación de los hombres y mujeres comunes en un universo que siglo tras siglo se volvió progresivamente más absurdo y sin sentido. Con el declive y la muerte de los antiguos universos, antropomórficos y antropocéntricos, la humanidad fue arrojada sin rumbo en un universo extraño.

El Universo Antropométrico

Creemos que el universo no es antropomórfico y no está hecho a la imagen de los seres humanos; no es un reino mágico vivo con espíritus humanos. También creemos que el universo no es antropocéntrico con los seres humanos ocupando su centro; no somos las figuras centrales; y el mundo no está controlado por dioses y diosas.

En cambio, como dijo Protágoras, somos la medida del universo, y esto significa que el universo es antropométrico. Intentemos entender lo que esto significa.

Tenemos mentes, o como dirían algunos, tenemos cerebro. Para nuestro propósito, no es necesario indagar en la naturaleza de la mente-cerebro e intentar sondear sus misterios. No importa si pensamos que la mente es una entidad no física de actividad psíquica o es un cerebro físico que late con actividad bioelectroquímica. Tenemos cerebros mentales en los que la información fluye a través de las vías sensoriales y de esta información concebimos en nuestros cerebros mentales el aristotélico, el estoico, el epicúreo, el zoroastriano, el neoplatónico, el medieval, el cartesiano, el newtoniano y todos los demás universos que han dominado el ser humano pensamiento en diferentes edades. Observamos plantas y macetas y otras cosas e ideamos grandes teorías que las relacionan y explican, y estas teorías no residen en las cosas mismas sino en nuestros cerebros mentales. En cada paso de la historia de la cosmología, prevalecen diferentes universos, y cada universo en cada sociedad es un gran edificio mental que da sentido a la experiencia humana. Cada universo es antropométrico porque consiste en ideas ideadas por seres humanos que buscan comprender las cosas que observan y experimentan.

Para aquellos perdidos en el vasto y aparentemente sin sentido universo moderno, hay consuelo en la comprensión de que todos los universos son antropométricos. El universo medieval fue hecho y medido por hombres y mujeres, aunque los medievalistas mismos lo negaron rotundamente. El universo moderno con sus cerebros bioelectroquímicos meditando, también es hecho por el hombre. Al igual que el universo medieval, inevitablemente se desvanecerá en el tiempo y será reemplazado por otros universos. Los universos del futuro casi seguramente diferirán de nuestra versión moderna; sin embargo, todos serán antropométricos porque “el hombre es la medida de todas las cosas” entretenidas por el hombre. El Universo mismo, por supuesto, no está hecho por el hombre, pero no tenemos una verdadera concepción de lo que realmente es. Todo lo que sabemos es que nos contiene a nosotros, los soñadores de los universos.

Cosmología y Sociedad

La cosmología y la sociedad están íntimamente relacionadas. Donde hay una sociedad, hay un universo, y donde hay un universo, hay una sociedad de individuos pensantes. Cada universo moldea la historia y dirige el destino de su sociedad.

Esta relación íntima es más obvia en la cosmología primitiva donde la mitología y la sociedad se reflejan mutuamente y los caminos de los dioses y las diosas son los caminos de hombres y mujeres. Las personas crueles crean dioses crueles que sancionan el comportamiento cruel, y las personas pacíficas crean dioses pacíficos que fomentan el comportamiento pacífico. La interacción entre la cosmología y la sociedad en el mundo moderno es tan fuerte como siempre, si no más fuerte, pero a menudo en formas menos fáciles de reconocer.

Sin duda, las ideas más poderosas e influyentes en cualquier sociedad son aquellas que se relacionan con el universo. Forman historias, inspiran civilizaciones, fomentan guerras, crean monarquías, lanzan imperios y establecen sistemas políticos. Una de esas ideas fue el principio de la plenitud, que se remonta a Platón y ha sido enormemente influyente desde el siglo XV.

El principio de plenitud se originó en el sistema de creencias antropocéntricas de que el universo fue creado para la humanidad por un ser supremo inteligible. En su forma más simple, establece que un Creador benéfico ha dado a los seres humanos para su propio uso una Tierra de generosidad ilimitada. El argumento más formal es el siguiente. El ser supremo no tiene límites porque la limitación implica imperfección y la imperfección es contraria a la creencia. El potencial ilimitado del ser supremo se manifiesta en la actualidad ilimitada del mundo creado. La Tierra necesariamente muestra cada forma de realidad en una abundancia inagotable. Este es el principio de plenitud que satura la cultura occidental.

En la Baja Edad Media, los telescopios revelaron la riqueza de los cielos, los microscopios revelaron un mundo lleno de vida de microorganismos, y los viajes por marineros en todo el mundo abrieron deslumbrantes espectáculos de una vasta y abundante Tierra. Una abundancia ilimitada de cada cosa concebible proporcionaba suficiente prueba del principio de plenitud. Los europeos desarrollaron el principio, se guiaron por él y desde entonces lo han exportado al resto del mundo.

Las ideologías políticas fueron formadas por el principio de plenitud. El principio garantizaba una riqueza ilimitada sin explotar y la libre empresa floreció como nunca antes. Para contrarrestar el agotamiento y escapar del crecimiento demográfico, era necesario avanzar más hacia el este y el oeste hacia los brillantes premios de las tierras no despobladas. “El precio real de todo es el trabajo duro y los problemas para adquirirlo”, dijo Adam Smith. ¡Ve al este! las calles están pavimentadas en oro. ¡Ir al oeste! más allá de la puesta del sol se encuentran tierras de riqueza no cosechada. La cría de recursos finitos no era parte de la filosofía de la plenitud. La gente creía con confianza que todo existía en abundancia ilimitada, y cuando algo estaba agotado (Como la eliminación de las manadas de bisontes, la extinción de las palomas mensajeras y las grandes alcas), fueron tomados por sorpresa y se sintieron engañados.

La pregunta inevitable siguió, y desde entonces se ha hecho eco en todo el mundo: ¿por qué debería existir la desigualdad de la riqueza en un mundo de abundancia ilimitada? Una respuesta vino en el mensaje de Karl Marx: en el Manifiesto Comunista nos dice que los menos ricos “No tienen nada que perder excepto sus cadenas”. Tienen un mundo que ganar ”. El principio de plenitud, que ahora yace enterrado en lo profundo de nuestro patrimonio cultural y se ha diseminado en diversas formas en todo el mundo, desafortunadamente no es nada más que un mito cosmológico.

Las viejas ideas de amplitud cosmológica todavía dominan nuestros pensamientos cotidianos y muchas de estas ideas son totalmente inadecuadas en el mundo moderno. Parece que estamos encerrados en la lógica equivocada de los universos obsoletos que amenazan con destruirnos. Vivimos en una época de crisis: Crecimiento demográfico sin control, agotamiento rápido de recursos, contaminación ambiental y atmosférica, y muchos están hipnotizados por las profecías de la fatalidad.

En 1776, la firma de ingeniería de Boulton y Watt comenzó a vender máquinas de vapor que, a diferencia de los dispositivos de vapor anteriores, eran potentes, de acción rápida y se adaptaban fácilmente para el manejo de maquinaria de diversos tipos. Este evento más que cualquier otro marcó el comienzo de la Revolución Industrial que ha transformado nuestra forma de vida. Muchas personas dicen que los males de hoy son la consecuencia directa de la Revolución Industrial. Pero no son las tecnologías las que tienen la culpa, sino las ideas, los sistemas de creencias, que rigen el uso de la tecnología.

Para aclarar el punto, imaginemos que los viajeros espaciales se encuentran con un planeta que ha sido devastado por la tecnología desenfrenada y sin vida. En sus investigaciones, los viajeros espaciales no pueden asumir automáticamente que la tecnología fue la causa de la devastación. Deben buscar pruebas que indiquen la naturaleza de las creencias de los habitantes desaparecidos. ¿Qué mundo mental interno resultó en el mundo arruinado exterior? En sus informes, probablemente llegarán a la conclusión de que el mundo en ruinas es el resultado de una antigua cosmología, una cosmología fundada en principios que en sus momentos más sagrados los habitantes habían rechazado y que sin embargo los había llevado a su perdición.

Referencias

1894 The Golden Bough – James George Frazer Vol. 1

Gutenberg Project

1894 The Golden Bough – James George Frazer Vol. 2

Gutenberg Project

Todos los organismos vivos, desde las plantas hasta los humanos, están hechos del mismo polvo de estrellas que formó este planeta y proporcionó las circunstancias ideales para la creación de la vida. La Tierra y todo el sistema Solar se formaron a partir de los gases y las rocas que fueron desordenados durante el violento episodio conocido como Big Bang. La materia que explotó y se esparció por todo el universo contenía los ingredientes necesarios que eventualmente formarían estrellas, planetas, satélites y otros objetos celestes. Esta materia estaba compuesta de minerales. Además, los minerales ayudaron a formar el primer marco de compuestos estructurales de aminoácidos que finalmente condujeron al desarrollo de la vida.

Los minerales que se originaron en esa nebulosa explosiva se pueden encontrar en nuestros suelos y plantas y, lo que es más importante, se pueden encontrar hoy en nuestras células. Desde el Big Bang hasta el planeta Tierra, los minerales hacen la vida posible en casi todas las formas posibles. Pequeños organismos bacterianos, la fotosíntesis e incluso el crecimiento y desarrollo humano dependen de estos minerales para su propia supervivencia y continuación. En este año (2018) buscaré contar la notable historia de cómo los mismos minerales que formaron la Tierra contribuyen a nuestra existencia cotidiana e influyen en cosas como nuestra memoria, sistema inmunológico, crecimiento y desarrollo. Una vez que entendamos la variedad de procesos de los que los minerales son responsables en las plantas, será más fácil comprender su papel en nuestros cuerpos.

Este blog no se ocupa de los diversos compuestos minerales que existen en los suelos o de los miles de productos químicos, procesos o productos industriales que se crean a partir de minerales. En cambio, se busca contar la historia de dónde provienen los minerales, cómo ayudaron a formar la galaxia de la Vía Láctea, nuestro Sol, la Tierra, la Luna y todos los demás planetas y satélites dentro de nuestro alcance telescópico. En este blog también se buscará explicar cómo los minerales son absorbidos por las plantas, contribuyen al crecimiento y desarrollo de las plantas, terminan en nuestros alimentos y, finalmente, influyen en la mente y la materia del hombre. Esta notable historia transmite la extrema importancia de los minerales en nuestra vida cotidiana.

Aproximadamente hace 5 mil millones de años (Quizás algunos miles de millones de años más), una enorme cantidad de polvo y gases se acumularon en el borde exterior del sistema Solar y comenzaron a contraerse. Eventualmente, el poder gravitatorio colectivo de estas partículas se unió para crear un centro de masa extremadamente denso, mientras que una fuerza centrífuga lo mantuvo girando en una dirección horizontal, pero en espiral. Cuanto más densa es la materia, más fuerte es su atracción gravitatoria. Después de millones de años, esta masa densa en el centro, junto con la energía creada cuando las partículas colisionaron y se comprimieron juntas, forzaron a la masa a calentarse rápidamente. Este mismo proceso más tarde formó nuestro Sol.

Algunas partículas de materia fueron arrojadas en varias direcciones y finalmente formaron el patrón orbital de la Vía Láctea. Durante millones de años, muchas de estas partículas sueltas se unieron para formar gradualmente grandes trozos de materia que acumularon otras partículas y se hicieron aún más grandes. Por lo tanto, algunas de estas partículas se hicieron lo suficientemente grande como para formar los planetas y satélites que actualmente giran alrededor de nuestro Sol, mientras que otras partículas quedaron atrapadas y formaron un cinturón de asteroides, o quedaron atrapados en la gravitación de las partículas más grandes, formando anillos planetarios.

Durante la formación temprana de la galaxia, todo el universo estaba en desorden. La materia estaba dispersa por todas partes y desorganizada. Después de mil millones de años, los planetas siguieron aumentando de tamaño con cada meteorito que chocó contra ellos, y la fuerza de gravedad comenzó a formar la estructura particular de cada uno. A medida que la Tierra se hacía más y más grande con cada nueva adición de materia, la fuerza de su atracción gravitacional continuó aumentando y atrayendo material cósmico. Los meteoritos del cinturón de asteroides bombardearon la Tierra y los otros planetas durante los primeros 500 millones de años después de su formación. De hecho, Solo el 5% del cinturón de asteroides original todavía existe hoy en día, debido a que muchos asteroides fueron desalojados por la gravedad para eventualmente bombardear un objeto celeste.

Cuando un meteorito se estrella en un planeta, proporciona minerales tales como hierro, níquel, fósforo, diversos silicatos, y otros minerales de la nebulosa originales. Muchos sitios de impacto de meteoritos en la Tierra contienen elementos extremadamente raros, como el iridio. Los científicos pueden identificar un sitio de accidente de meteorito examinando el contenido de hierro y níquel, así como la fuerte presencia del iridio en el suelo circundante.

Los meteoritos que contienen hierro proporcionaron el hierro que formó el núcleo metálico de la Tierra hace miles de millones de años. Otros tipos de meteoritos, conocidos como acondritas, entregaron los materiales que encontramos en el manto y la corteza de la Tierra. La superficie de la Tierra estaba extremadamente desorganizada, y durante cientos de millones de años, el núcleo de la Tierra se hizo más y más caliente y el hierro y el níquel se derritieron. Estos metales pesados ​​se hundieron hasta el fondo del núcleo, lo que empujó los elementos más ligeros hacia afuera, formando finalmente el núcleo externo, el manto y la corteza. A medida que la joven Tierra continuó su rotación durante cientos de millones de años, comenzó a tomar una forma más redondeada. Toda esta actividad geológica dio forma al planeta tal como es hoy.

Después de cientos de millones de años de desarrollo planetario y actividad cósmica violenta, las cosas se han calmado relativamente. Hoy en día, nuestro planeta ha desarrollado una atmósfera, en gran parte debido al aumento de las plantas y otros organismos respiratorios. Sin embargo, los meteoritos continúan golpeando nuestro planeta hoy, aunque la atmósfera tiende a quemar la mayoría de ellos. De hecho, desde diciembre de 1999, más de 22,000 meteoritos han sido catalogados, de acuerdo con Monica Gray del Natural History Museum de Londres, autora del Catálogo de meteoritos.

Durante este primer período de la Tierra, muchos elementos importantes que más tarde serían necesarios para mantener la vida fueron encerrados en lo más profundo de la Tierra. Afortunadamente, ocurrieron algunos eventos dinámicos que trajeron muchos de estos elementos a la superficie. Estos episodios violentos involucraron fuerzas extremadamente dramáticas y cambios repentinos en el paisaje. Según la edición de Nature del 3 de junio de 2004, un estudio realizado por la Ontario Geological Society y el Geological Survey of Canada, observó un sitio de impacto de meteorito que afectó a la Tierra a unas 89.000 millas por hora hace casi 2.000 millones de años cerca de lo que hoy se conoce como Ontario, Canadá. Los investigadores descubrieron y examinaron el cráter que durante mucho tiempo se había ocultado bajo tierra o erosionado con el tiempo, aunque parte de él todavía estaba expuesto.

James Mungall, un geólogo de la University of Toronto que trabajó en el proyecto, explica que el impacto fue tan poderoso que penetró capas muy profundas de nuestro planeta, causando que una cantidad masiva de roca sobrecalentada desde las profundidades del planeta se elevara y se asentara en la corteza terrestre, la cual casi cubre todo el cráter. Los investigadores primero notaron que el área consistía en hierro, níquel y platino, que normalmente se encontraría en las capas más profundas de la Tierra en lugar de en la corteza exterior.

Tras un examen más profundo, se dieron cuenta de que este era el sitio de un gran impacto de meteorito. El impacto no Solo invirtió la estratificación de la corteza y trajo estos valiosos minerales a la superficie, sino que también presentó iridio, que normalmente no se considera nativo de la formación temprana del planeta, pero generalmente se encuentra alrededor de los sitios de impacto de meteoritos.

En medio de toda esta actividad, el escenario se estaba organizando para un evento importante que ocurriría: el origen de la vida. La mayoría de los investigadores creen que el comienzo de la vida no consistió simplemente en un proceso biológico, sino que fue primero un proceso químico. Hace millones de años, la superficie de la Tierra consistía principalmente en rocas, aire y agua. Sin embargo, la vida finalmente surgió de estas circunstancias, y los expertos en el tema han debatido durante décadas cómo la actividad química contribuyó al desarrollo inicial de la vida. Los compuestos basados ​​en el carbono que existían en este momento estaban compuestos principalmente por gases con Solo un átomo de carbono en cada molécula, como el dióxido de carbono, el monóxido de carbono y el metano. Sin embargo, los bloques de construcción de organismos vivos siempre consisten en grasas, azúcares y aminoácidos. Estas sustancias generalmente contienen hasta 12 átomos de carbono por molécula, formando una “cadena” compleja que se une y se organiza en órdenes particulares.

Investigadores de la University of Florida han demostrado cómo los minerales que contienen bórax transforman las moléculas que contienen carbono encontradas en las nubes de polvo atmosférico en un azúcar conocido como ribosa, que es un ingrediente crítico en el material genético ácido ribonucleico (ARN). La ribosa tiene una estructura química que la hace efectiva en la unión con compuestos minerales que contienen boro. El boro es esencial para mantener el azúcar de la ribosa lo más limpio posible y evitar que se convierta en una sustancia similar al alquitrán. En experimentos de laboratorio, un equipo de investigadores pudo imitar las condiciones tempranas de la Tierra y creó ribosa a partir de minerales que contienen boro. Este fue el primer estudio de laboratorio que realmente creó ribosa a partir de compuestos minerales de boro, demostrando que los minerales fueron responsables de la creación temprana no Solo de aminoácidos complejos, sino de azúcares simples como la ribosa.

Sin embargo, durante las etapas iniciales de la vida, la Tierra joven todavía estaba sin atmósfera, lo que permitía la radiación extremadamente dañina del Sol. Por lo tanto, el proceso inicial de formación de moléculas de carbono fue difícil de lograr, ya que cualquier molécula basada en el carbono se disolvió rápidamente en la intensa luz del Sol. Para que estas moléculas se formen y produzcan sus reacciones químicas, necesitan apoyo y protección de los rayos del Sol. Es una creencia ampliamente aceptada que los minerales proporcionaron esta asistencia para hacer realidad estos procesos críticos.

Los minerales, junto con el aire y el agua, fueron los únicos materiales disponibles durante la formación temprana de la Tierra que podrían crear los componentes básicos de un organismo vivo. Según el Dr. Robert M. Hazen, científico investigador del Carnegie Institute of Washington’s Geophysical Laboratory y profesor de Ciencias de la Tierra en la George Mason University, era necesario que se produjeran una serie de reacciones químicas que permitieran la aparición de la vida. En un ensayo titulado Life’s Rocky Start que se publicó en la edición de abril de 2001 de Scientific American, el Dr. Hazen explicó que las materias primas básicas que existían en ese momento necesitaban transformarse químicamente de una manera que permitiera a las moléculas basadas en carbono finalmente se replican ellos mismos. Según el informe, “las transformaciones críticas podrían no haber sido posibles sin la ayuda de minerales que actúan como contenedores, andamios, plantillas, catalizadores y reactivos”.

Los minerales habrían actuado como un contenedor con sus pequeños agujeros encontrados en las superficies erosionadas de los compuestos, que habrían proporcionado a las primeras moléculas de la cadena formadora de carbono la cobertura necesaria que necesitaban de la luz Solar directa. Entonces, los minerales podrían haber actuado como un andamio para atrapar moléculas orgánicas transitorias entre sus capas de arcilla. Esto habría proporcionado el espacio necesario para que las moléculas orgánicas se ensamblen y comiencen a formar compuestos más complejos.

El Dr. Hazen también explica que los compuestos minerales proporcionaron a estas moléculas orgánicas la cobertura, el espacio y el tiempo que necesitaban para ensamblarse y formar cadenas complejas. Sin embargo, no todas las cadenas complejas que se estaban formando llegarían a ser significativas. Las observaciones de investigación han revelado que los aminoácidos están disponibles en dos formas diferentes, una con una forma particular conocida como “diestro” y otra con una forma particular conocida como “zurda”. A través de la experimentación, los investigadores ahora entienden que las caras de cristal de diversos compuestos minerales ideal para las moléculas de aminoácidos zurdos. Poco a poco, la organización de estos aminoácidos zurdos dio lugar a una cadena cada vez más larga de moléculas similares a proteínas que finalmente comenzó a catalizar pasos importantes, en última instancia, aumentar la cantidad total de procesos biológicos.

Los minerales disueltos desempeñaron un papel fundamental en el desarrollo temprano de los orígenes de la vida. Cuando estos primeros minerales fueron expuestos al agua caliente a alta presión, disolvieron y liberaron sus átomos, que luego se involucraron en procesos químicos como las enzimas. Los minerales también proporcionaron un puerto seguro recogiendo y protegiendo las primeras moléculas basadas en carbono, y ayudando a organizarlas en sus complejas cadenas de aminoácidos. Estos primeros procesos comenzaron los primeros esfuerzos de replicación de estas moléculas. Pronto, los cambios, las adaptaciones y las mutaciones condujeron a la creación de cadenas de moléculas más grandes y, en última instancia, a la competencia por los recursos naturales, que gradualmente se convirtió en un proceso de selección natural.

Desde el núcleo interno hasta la corteza externa, toda la Tierra está compuesta de minerales en forma de rocas y tierra. Toda la vida vegetal y animal dependen de estos minerales y no podrían funcionar sin su presencia.

Comprender los minerales primero requiere cierta comprensión de las rocas. ¡Las rocas están en todas partes! En tu jardín, en la calle, en tu casa y en todos lados. Incluso las estructuras físicas, como las estatuas y los objetos cotidianos que utilizamos, como tiza, plomo, papel de lija, hormigón y vidrio, están compuestos de rocas. Los fragmentos de roca se usan para construir oficinas y hogares con ladrillos, construir automóviles y aviones con metales como el aluminio y formar joyas. La arena y el barro también son fragmentos de roca.

Las rocas están formadas por dos o más minerales fusionados por calor, temperatura, presión o cambios químicos dentro de nuestro planeta. De hecho, una roca puede comenzar como una sola sustancia y durante miles de años puede cambiarse muchas veces a través de estas diferentes fuerzas naturales. Estos cambios geológicos en rocas representan lo que se conoce como un “ciclo de rocas”.

Las rocas se encuentran en tres formas diferentes. Las rocas ígneas se forman cuando los volcanes escupieron roca fundida llamada magma desde el interior de la Tierra que se asienta en la superficie y se enfría. La Tierra se sigue modificando a partir de este proceso volcánico en la actualidad.

Las rocas sedimentarias se forman a partir de materiales que se depositan en lagos y océanos. Los ejemplos incluyen arenisca, pizarra y piedra caliza, que se forman a partir de materiales oceánicos compactados que han sido presionados a lo largo del tiempo. La mayoría de los fósiles antiguos se encuentran en rocas sedimentarias ya que se depositaron juntas.

Las rocas metamórficas se forman cuando las rocas ígneas o sedimentarias se calientan o se someten a presión adicional. Si el calor y la presión son suficientes, los minerales originales se derretirán. A medida que se enfría, se pueden formar nuevos minerales, dependiendo de qué combinación de elementos se combinen para formar el nuevo mineral compuesto. El calor o la presión dentro de la Tierra exprime, hornea o pliega estas rocas en una nueva forma, que puede tomar miles de años. De hecho, metamórfico proviene del griego “μετα” (meta) más allá, entre, junto a, y “μορφο” (morpho) forma, lo que significa “cambio de forma”.

Incluso hoy en día, las rocas de las profundidades de la Tierra o del espacio exterior continúan suministrando minerales a la superficie exterior de la Tierra a través de violentos impactos meteóricos, movimiento tectónico de placas que crea montañas y colinas y erupciones volcánicas.

La Tierra tiene tres capas: el núcleo en el centro, un manto muy grueso y una corteza delgada. La roca no siempre es sólida. El centro de la Tierra es una esfera de roca caliente, lenta y en continuo movimiento que se compone de hierro y níquel. El centro del núcleo es sólido, mientras que el núcleo externo es roca líquida. Este núcleo esférico siempre se mueve e influye en las fuerzas geológicas que dan forma a nuestro planeta.

Alrededor del núcleo hay otra capa de la Tierra llamada manto que está compuesta de oxígeno, silicio, magnesio, aluminio, hierro y muchos otros elementos en cantidades más pequeñas. Finalmente, la corteza exterior de la Tierra rodea el manto y es más ligera, más fresca y más rígida que el manto y es como una fina capa que rodea el planeta. El espesor de la corteza varia, pero es muy delgado en comparación con el manto o núcleo y se cree que comprende Solo el 1% de la masa total de nuestro planeta. El oxígeno, el silicio, el aluminio y el hierro contribuyen con el 96% de la composición total de la corteza, mientras que el calcio, el magnesio, el sodio, el potasio y todos los demás elementos constituyen el 4% restante. Por lo tanto, la mayoría de los minerales con los que estás familiarizado serán en realidad algún tipo de compuesto químico de los tres elementos más abundantes que se encuentran en la corteza: oxígeno, silicio y aluminio, con cantidades más pequeñas de otros elementos.

La corteza y el manto más externo juntos forman una capa rígida llamada litosfera, que está separada en una docena de placas grandes que rodean nuestro planeta. Estas placas de la litosfera tienen miles de kilómetros de ancho y están separadas por grandes fracturas. Las fuerzas geológicas dentro de la Tierra mantienen estas placas moviéndose muy lentamente, a veces rozándose unas con otras o colisionando. Si dos de estas placas chocan, algunas de las rocas son empujadas hacia arriba, subiendo montañas y colinas y creando formaciones rocosas, y exponiendo pedazos de la corteza y el manto a la superficie.

¿Qué causa que estas placas se muevan? El núcleo de la Tierra transfiere el calor por el movimiento lento de la roca justo debajo de la corteza. Este motor de calor interno se compone de un movimiento continuo de roca caliente y es responsable de distribuir las placas sobre la superficie y el movimiento y la reorganización de los continentes. Según Ron Vernon, autor de Beneath Your Feet: The Rocks of Planet Earth, “La Tierra es un objeto dinámico y en constante movimiento, y este movimiento interno rige el cambio continuo y el reciclaje de sus materiales. Su gran variedad de rocas refleja esta lenta pero implacable actividad dinámica en los últimos 4.600 millones de años “.

Un “mineral” se define como una sustancia sólida e inorgánica creada por la naturaleza. Son siempre sólidos cristalinos, lo que significa que cada átomo individual está unido estrechamente en patrones regulares. Algunos minerales tendrán formas regulares si crecen libremente en un líquido. Los minerales de este tipo forman cristales como los especímenes que puedes ver en los museos, pero si su crecimiento está obstaculizado por otros minerales y no puede crecer libremente, lo que hace que se forme una forma irregular, o si son fragmentos, se llaman granos. Sin embargo, la estructura atómica de estos minerales seguirá siendo sólidos cristalinos, independientemente de si crean cristales o granos.

Podemos clasificar cualquier sustancia de dos maneras diferentes: un “elemento” o un “compuesto”. Los elementos son sustancias que no se pueden descomponer en una sustancia más simple. Por el contrario, un compuesto (como una roca) contendrá dos o más elementos, lo que significa que contiene dos o más tipos de átomos. Por ejemplo, el sodio es el undécimo elemento en la Tabla periódica de elementos y cuando existe por sí solo es un ejemplo de una sustancia única, o el elemento de sodio. Sin embargo, cuando el sodio se mezcla con cloro, ahora comprende una nueva sustancia compuesta llamada sal de mesa regular de cloruro de sodio. Cuando un elemento es ‘forzado’ a mezclarse con otro, se obtiene un compuesto.

Ahora hay 118 elementos en la Tabla Periódica de Elementos (La revisé el 16 de enero de 2018), y ocasionalmente se descubre un nuevo elemento. Los científicos debaten sobre cuántos de ellos se consideran “de origen natural” y, curiosamente, el número exacto aún es incierto. La mayoría de los científicos reconocen que los primeros 92 elementos son de origen natural, aunque solo se han encontrado 90 en la naturaleza. Dependiendo de cómo se defina el término, algunos científicos reconocen que 88 es de origen natural, mientras que otros insisten en que Solo hay 83. De todos modos, no todos estos elementos naturales se encuentran en la Tierra. Por ejemplo, el elemento 43 “Tecnecio” (Tc) nunca se ha encontrado naturalmente en la Tierra. Por el contrario, se encuentra solo en estrellas muy grandes.

La mayoría de los minerales con los que estamos familiarizados son en realidad combinaciones de dos o más de estos elementos fusionados de diversas maneras geológicas. Uno de estos elementos interactuará con otro elemento para formar un compuesto, y cuando se crea una sustancia compuesta, el resultado a menudo puede ser un mineral, dependiendo de qué elementos se mezclan. Se estima que hay entre 3.000 y 5.000 minerales diferentes en el mundo. ¡Es una gran cantidad de compuestos diferentes creados a partir de solo 118 elementos! Algunos ejemplos de estos compuestos minerales incluyen carbonato de calcio, cloruro de zinc y sulfato de cobre, por mencionar solo a algunos.

Independientemente de cómo lleguen las rocas a la superficie de la Tierra, ya sea a través de meteoros, volcanes u otras formas de actividad, las fuerzas de la naturaleza que descomponen estas rocas en pedazos más pequeños se conocen como “erosión”. En general, la meteorización es un proceso constante que se desintegra y disuelve la roca en trozos cada vez más pequeños. La descomposición de estos grandes fragmentos de roca en piezas más pequeñas lleva miles de años y, finalmente, crea la corteza y el suelo exterior de la Tierra.

Estudiar minerales sería incompleto sin una comprensión de la geología y la ciencia del suelo, y el suelo no siempre recibe el reconocimiento que se merece. Una forma común en que alguien insulta a otra persona es decir que son “inferiores a la suciedad”. ¡Es posible que no se den cuenta de que la suciedad es uno de los productos más valiosos de la Tierra! Conocido como “suelo”, no es solo algo que nos lavamos después de trabajar en el jardín. El suelo contiene una historia geológica y biológica de un increíble mundo de vida que cubre todo el planeta. La próxima vez que salgas al exterior, recoge un puñado de tierra y huele su olor a tierra y siente su textura (bueno, quizá lo de olerlo no sea recomendable después de todo). ¡Entonces recuerda que ese puñado de tierra tardó miles de años en crearse!

He escuchado a la gente decir: “Eres lo que comes”, pero lo que no se dice es que lo que comes suele estar directamente relacionado con el suelo en el que crecen. A medida que comenzamos a entender más íntimamente los principios básicos de la composición del suelo y los procesos complejos que lo crean, pronto nos damos cuenta de que los sistemas vivos, como las plantas y los animales, dependen de los suelos que son ricos en minerales.

El aire que respiramos es una mezcla de diferentes gases, y nuestro suelo es una mezcla de sólidos, espacio aéreo y organismos vivos. Durante millones de años, las partículas de roca se descomponen en pequeños fragmentos que constituyen aproximadamente el 97% de la parte sólida del suelo. El 3% restante comprenderá materiales orgánicos, como tejidos de plantas y animales descompuestos. Los espacios entre estas partículas de roca y los trozos de materia orgánica se llenan de aire y agua.

Los suelos son diferentes de los materiales originales en los que fueron creados. Los suelos son materiales altamente complejos que tienen elementos estructurales y biológicos que permiten que las plantas crezcan, y son sistemas ecológicos dinámicos que brindan soporte, agua, minerales y aire para el crecimiento y desarrollo de la vegetación. De hecho, los suelos provienen de diversos materiales y dependen de las condiciones geológicas para su desarrollo.

El suelo consiste en roca, arcilla o limo desgastados y sueltos, y materia orgánica como plantas muertas y en descomposición. Hay variedades de suelos que contienen cantidades variables de estos materiales. El contenido mineral del suelo proviene de la roca desgastada y de la materia orgánica en descomposición.

El suelo se forma cuando los materiales sueltos son transportados por el viento, el agua o la gravedad. También pueden ser transportados por los glaciares y depositados en un paisaje firme, o cuando la roca de fondo está expuesta y se vuelve vulnerable a la intemperie. La formación del suelo es un proceso geoquímico largo que reduce el tamaño de estas partículas, reorganiza las partículas minerales, cambia los tipos de minerales, agrega materia orgánica y produce arcillas. Hace millones de años, las rocas grandes y los trozos grandes de materia orgánica se descomponen por la erosión y la erosión en partículas más pequeñas para crear la arena, el limo y la arcilla que vemos hoy en nuestro suelo.

Los materiales originales para la formación del suelo deben ser transportados y depositados en un sitio adecuado. Sin embargo, la forma en que la naturaleza transporta las rocas a menudo se lleva a cabo a través de fuerzas muy dinámicas y métodos inusualmente destructivos. En algunas partes de Europa, las tormentas frente al Océano Atlántico están causando olas tan grandes y poderosas que están arrancando rocas gigantes de la cima de los acantilados y lanzándolas hasta 50 metros hacia el interior. Según el Dr. James Hansom del grupo de playa costera de la Glasgow University, hasta 100 olas gigantes podrían golpear la costa de Gran Bretaña cada año, lo suficientemente grandes como para superar los acantilados de 20 metros de altura. Los investigadores no pensaron originalmente que era posible que Gran Bretaña estuviera siendo golpeada por olas tan grandes que podrían aplastar la roca y luego arrojarla a distancias considerables, pero han encontrado varios lugares donde está sucediendo. Estas rocas pueden pesar hasta 50 toneladas y pueden tener hasta tres metros de largo, del tamaño de un camión pequeño y mucho más pesadas.

Los experimentos que se llevan a cabo en el tanque de olas de la Glasgow University muestran que las olas son capaces de romper cantos rodados en los acantilados previamente debilitados por las tormentas y llevarlos tierra adentro a una velocidad de cinco metros por segundo. El transporte de estos enormes cantos rodados por los vientos y las corrientes oceánicas no es un fenómeno moderno. El equipo del Dr. Hansom ha analizado muestras de suelo y plantas de debajo de los cantos rodados que han llegado a la costa en la isla de Orkney y descubrió que esos cantos rodados tienen casi 300 años. Muchas de las rocas se han amontonado en crestas, mostrando que las olas masivas habían repetido la acción de arrojar rocas muchas veces desde entonces. A veces la furia de la naturaleza es en realidad otra forma de meteorización física que marca la génesis de la formación del suelo depositando rocas que eventualmente se convertirán en el material parental del suelo.

El suelo solo puede heredar los minerales que se encuentran en el material original. Su formación es un proceso de meteorización constante pero lento que puede llevar millones de años involucrando muchos procesos ambientales diferentes que descomponen partículas grandes en piezas cada vez más pequeñas.

El clima de un área determina cómo la precipitación y la temperatura influirán en la formación del suelo, y variarán con la latitud y la elevación. La cantidad de precipitación (lluvia, nieve o ambas cosas) y su distribución durante el año son factores importantes. El aumento de la precipitación generalmente resulta en tasas más rápidas de erosión, mientras que la intensidad de la lluvia afecta la cantidad de escorrentía, erosión y destrucción del suelo.

Las temperaturas extremas a través de las fluctuaciones diarias y estacionales también debilitan y descomponen las grandes partículas de roca. Una de las fuerzas más destructivas de la intemperie es la congelación. La humedad puede abrirse paso en pequeñas grietas y pozos en las rocas, congelarse y luego expandirse, creando grietas más grandes y agujeros más grandes. La presión que se produce puede ser hasta 100 veces mayor que la presión de los neumáticos. Cuando la congelación y la expansión continúan una y otra vez, la roca se dividirá y se dividirá en pedazos más pequeños.

La meteorización también puede ocurrir en los ambientes desérticos. El viento es una fuerte fuerza de intemperie que constantemente arroja arena y otros desechos a las rocas, mientras que los extremos del clima frío y caliente hacen que los grandes cantos rodados se desmoronen.

El agua es uno de los agentes más importantes en todo el proceso de formación del suelo. Disuelve las rocas y los minerales de sus compuestos originales en nuevas formas, un proceso conocido como “disolución”. El agua cae como precipitación y puede salir de la superficie del suelo. Se expande cuando se congela en las grietas de las rocas, haciendo que las rocas se quiebren y se abran. También puede desgastar rocas y molerlas en trozos más pequeños por el lento movimiento de los glaciares. La congelación, descongelación, calentamiento, abrasión, hinchazón y contracción son extremos ambientales que dividen las rocas grandes en fragmentos cada vez más pequeños, preparando los minerales contenidos en las rocas para ser absorbidos por las plantas.

La topografía del paisaje también influye en la formación del suelo. El ángulo de una pendiente determinará la cantidad de agua que se escurre o absorbe en el suelo. La pendiente puede afectar la temperatura del aire y la frecuencia del viento. En el hemisferio norte, las laderas orientadas al norte serán más frías que las laderas orientadas al sur debido a la menor exposición al Sol. El suelo más frío tiene menos desarrollo que el suelo más cálido debido a la menor fluctuación de temperaturas extremas. En los desiertos, la humedad es limitada, por lo que las temperaturas más frías y la menor evaporación por la menor exposición al Sol proporcionarán un suelo más profundo en las laderas orientadas al norte. En los hemisferios del sur, las laderas orientadas al sur tendrán una tasa diferente de formación de suelo.

Otro factor importante en el desarrollo del suelo es su contenido de organismos vivos como plantas e insectos conocidos como “biota”. Estos organismos son de todos los tamaños, incluidos algunos que solo son visibles a través de un microscopio, y organismos más grandes como las arañas y tuzas. Cada uno de estos organismos crea poros en el suelo y mezclan la materia orgánica con la arena, el limo y las partículas de arcilla.

Las plantas también están involucradas en la formación del suelo. Toman carbono de la atmósfera y lo agregan al suelo, y cuando sus raíces atraviesan el suelo, añaden materia orgánica a través de sus hojas cuando sus raíces se desprenden y cuando sus hojas caen al suelo. Estos depositan nutrientes para los microorganismos pequeños en el suelo.

Durante siglos, los humanos viajaron y fueron pioneros en todos los continentes. Cuando los humanos se asentaron y desarrollaron la agricultura, las fuentes de alimentos ya no provenían de una variedad de suelos, sino que eran de la misma superficie cultivada año tras año. Los minerales esenciales pueden agotarse mediante el cultivo intenso de una sola cosecha año tras año, hasta que el suelo se agote, lo que lleva a una disminución en el rendimiento y la calidad de los cultivos. Los cultivos actuales se cosechan en los mismos suelos que se usan una y otra vez, y no todas las granjas practican regularmente la re-mineralización de los suelos utilizando todo el espectro de minerales. En cambio, la aplicación más común de fertilizantes consiste en solo tres minerales: nitrógeno, fósforo y potasio (NPK).

Siglos atrás, las personas oraban por inundaciones anuales que irrigaran y recargaran sus suelos con minerales. Algunos de los primeros pioneros viajaron al oeste cada 12 años porque se creía que después de 12 años los suelos se habían agotado de su contenido mineral. El ciclo mineral involucra a las plantas que absorben minerales del suelo y eventualmente reponen el suelo con materia orgánica, como raíces, hojas, flores, frutas, que devuelven los minerales al suelo para que la próxima generación de plantas los retomen. Pero como los cultivos son cosechados, los minerales no pueden regresar.

La fertilización es un proceso agrícola importante que devuelve algunos de los minerales que se perdieron durante la cosecha. Algunos suelos pueden ser naturalmente deficientes en fósforo, molibdeno o cobre, mientras que otros suelos pueden contener cantidades excesivas de selenio. Sin embargo, la sobre-fertilización puede destruir los microorganismos del suelo que son responsables de hacer que los minerales sean Solubles o puede cambiar el equilibrio de pH de los suelos para hacer que algunos minerales no estén disponibles.

La agricultura juega un papel importante en la producción de alimentos para los seres humanos. A los agricultores se les paga el rendimiento en lugar de la calidad, por lo que se utiliza el mínimo fertilizante. Cabe señalar que debe considerarse la reposición de los minerales perdidos utilizando materia orgánica descompuesta o fertilizantes que contengan más que la fórmula básica de NPK.

Las llanuras aluviales son generalmente sitios de tierra rica en minerales. Algunas de las tierras agrícolas más ricas de Australia se encuentran en un paisaje inundado regularmente. Sin embargo, el control de inundaciones ha eliminado este depósito anual de suelo fresco y el transporte de un nuevo suministro mineral. Los cultivos producidos durante estas condiciones de fertilización insuficiente tienen tasas de crecimiento bajas y no resisten muy bien las enfermedades o plagas. Los plaguicidas artificiales se utilizan para protegerse de las plagas y aumentar los rendimientos de los cultivos, lo que aumenta el problema. Los organismos vivos con una concentración saludable de minerales son naturalmente capaces de resistir a los patógenos. Sin estos minerales habrá una disminución en la fuerza del sistema inmune tanto en las plantas como en los animales.

El suelo es responsable de muchos aspectos diferentes de la supervivencia humana. Por ejemplo, la ciencia del suelo ayuda a los agricultores ayudando a seleccionar tierras de cultivo adecuadas y creando un terreno fértil para los cultivos. También ayuda a la construcción de carreteras, edificios, complejos comerciales y otras estructuras físicas. Los científicos del suelo llevan a cabo “estudios de suelos” que les permiten a los propietarios de tierras determinar si sus tierras son buenas para la agricultura, o si pueden apoyar una estructura de gran altura. ¿Es la tierra apropiada para la vivienda? ¿Construyendo caminos o carreteras? ¿Puede contener un vertedero? ¿Debería usarse para un parque o campo de golf? ¿Se drena bien?

El suelo rico en minerales es un bien importante por muchas otras razones. El suelo absorbe y filtra los materiales químicos, lo que también evita que los organismos enfermos contaminen el agua subterránea. Los agricultores ven el suelo como un recurso para cultivar cultivos u otros tipos de vegetación. Los ingenieros y los trabajadores de la construcción ven el suelo como la base de puentes, carreteras, carreteras, viviendas y edificios. Los propietarios lo ven como una fuente de belleza para sus jardines y hogares. ¡Debería ver el suelo como un proveedor de minerales para su comida!

La capacidad del suelo para proporcionar los nutrientes esenciales para el crecimiento y desarrollo de la vegetación es una medida de su calidad y se conoce como “fertilidad del suelo”. La calidad del suelo le permite producir cosechas vibrantes equilibradas en todos los nutrientes esenciales e incluso algunos nutrientes beneficiosos Esta fertilidad proviene de los minerales que se han encerrado dentro de la arena, el cieno y las partículas de arcilla que se han sometido a los procesos de erosión y meteorización.

Una característica importante del suelo es que está compuesto de arena, limo y arcilla, que tienen diferentes funciones en el suelo. Se considera que la arena es una partícula de roca gruesa y grande que varía de 0.05 a 2.00 mm de diámetro. Se humedece con la lluvia y el agua de riego, airea el suelo al proporcionar espacio aéreo y permite el drenaje del agua. La arena está compuesta principalmente de silicio. El limo son partículas de roca mucho más pequeñas que varían de 0.002 a 0.05 mm de diámetro. ‘Puentea’ la arena y las partículas de limo para hacerlas compatibles. La arcilla son partículas de roca más pequeñas que van desde 0.0002 hasta 0.002 mm de diámetro. Absorbe y “retiene” el agua, los compuestos orgánicos y los nutrientes de las plantas. Todas estas partículas son rocas y su composición variable determina la textura del suelo. De hecho, la textura tiene tal importancia para los científicos del suelo que los suelos se nombran de acuerdo con la clasificación de su textura.

Es posible que hayan notado que el suelo viene en una variedad de colores, como naranja, marrón, amarillo, gris, rojo, blanco e incluso azul o verde. El color generalmente indica una presencia dominante de un elemento mineral.

Los suelos más oscuros generalmente contienen una fuerte presencia de materia orgánica. Los suelos blancos son comunes cuando existen sales o carbonato (piedra caliza) en el suelo. Los suelos rojos y amarillos indican un alto contenido de óxido de hierro y, por lo general, se encuentran en suelos altamente erosionados, generalmente por el viento o la lluvia. Los suelos grises, azules o verdes a menudo se saturan con agua porque los minerales que originalmente les dieron los colores rojo o amarillo se han lixiviado, lo que indica una vez más la meteorización física y química en proceso.

Sin embargo, las partículas de roca inorgánica no son los únicos ingredientes en el suelo. El suelo también consiste en material “orgánico”. Orgánico es definido como una molécula de carbono que se ha unido a otra molécula. La materia viva contiene carbono. La materia orgánica típicamente incluye residuos de plantas y animales descompuestos que fueron sintetizados por pequeñas bacterias y microorganismos en el suelo. Las fuentes de materia orgánica incluyen la materia viva como las raíces de las plantas, las hojas y las ramas que caen en el suelo, la hierba y los desechos de animales de microorganismos y vertebrados grandes. Estos materiales orgánicos eventualmente se reciclarán a través de la descomposición y el deterioro, liberando los minerales inorgánicos de vuelta al suelo, completando finalmente el ciclo mineral.

El ciclo mineral nunca se detiene.

Referencias

Geochemical evidence from the Sudbury structure for crustal redistribution by large bolide impacts

James E. Mungall, Doreen E. Ames & Jacob J. Hanley

Life’s Rocky Start

Robert M. Hazen

Evidence from meimechites and other low-degree mantle melts for redox controls on mantle-crust fractionation of platinum-group elements

James E. Mungall, Jacob J. Hanley, Nicholas T. Arndt, and Anne Debecdelievre

Structural characteristics of the Sudbury impact structure, Canada: Impact-induced versus orogenic deformation

Ulrich Riller

Beneath Your Feet: The Rocks of Planet Earth

Ron Vernon

Tabla Periódica de los Elementos

Scotland’s coast: Understanding past and present processes for sustainable management

Jim D Hansom

En su alegoría de la cueva, el filósofo griego Platón describió a los prisioneros quienes pasaron un largo periodo de tiempo encadenados al muro de una obscura caverna. Detrás de los prisioneros estaba una llama, y entre los prisioneros y la llama estaban colocados algunos objetos que proyectaban sombras en el muro, dentro del campo de visión de los prisioneros. Estas sombras bidimensionales eran las únicas cosas que los prisioneros podían ver (En su propia realidad). Sus grilletes les limitaban la percepción del mundo real, un reino con una dimensión adicional al mundo que observaban, una dimensión rica en complejidad capaz de explicar todo lo que podían ver.Platón estaba sobre algo. ¿Podríamos nosotros vivir en una gigantesca y cósmica cueva creada al inicio de nuestra existencia? Normalmente escuchamos que el Universo se creó durante el Big Bang  el cual inició a partir de un punto infinitivamente denso (Tema que hemos abordado aquí, desde luego http://laenciclopediagalactica.info/tag/big-bang/). El día de hoy, quisiera platicarles sobre otra de las teorías actuales que se tienen sobre la formación del Universo. De acuerdo a algunos cálculos recientes, se estima que hemos alcanzado la capacidad de ‘rastrear’ la historia del Universo, hasta una era previa al Big Bang (Una era con una dimensión adicional en el espacio). Este protouniverso podría haber dejado trazas visibles que las posteriores observaciones astronómicas podrían dejar al descubierto.

El Universo nos parece que existe en tres dimensiones de espacio y una de tiempo (Geométricamente la denominados como Universo Tridimensional). En nuestro escenario (Es decir, el tema a tratar el día de hoy), este Universo tridimensional es meramente una sombra de un Universo tetradimensional. Específicamente, nuestro Universo entero se habría originado durante la implosión estelar de ese Suprauniverso, una implosión que creó nuestro Universo tridimensional, alrededor de un agujero negro tetradimensional.

Pero ¿Cómo es que se llegó a este postulado? A muchos les suena absurdo. Bueno, este concepto se sustenta en dos pilares. El primero es que estas ideas no son mera especulación, están soportadas firmemente en las matemáticas que describen el espacio y el tiempo.

En las dos últimas décadas los físicos han desarrollado la teoría de la holografía (¿Lo recuerdan? http://laenciclopediagalactica.info/2013/09/24/un-origen-holografico-para-el-universo/), un conjunto de herramientas matemáticas que permiten traducir las descripciones de eventos en una dimensión a la física de dimensiones diferentes. Por ejemplo, los investigadores pueden resolver ecuaciones relativamente sencillas de dinámica de fluidos en dos dimensiones y utilizar esas ecuaciones para entender que está pasando en un sistema más complejo (Por ejemplo, la dinámica de un agujero negro tridimensional). Matemáticamente, las dos descripciones son intercambiables (El fluido sirve como una analogía perfecta ara el extraordinario agujero negro).

El éxito de la holografía ha convencido a una gran cantidad de científicos. Quizás los límites entre dimensiones sean menos estables de lo que creemos. Quizás las reglas del cosmos están escritas en otro conjunto de dimensiones y las percibimos traducidas en tres dimensiones. Quizás, como los prisioneros que Platón describió, nuestras circunstancias especiales nos han engañado haciéndonos creer que el mundo es tridimensional cuando de hecho un mejor entendimiento de lo que percibimos se explica mejor en la cuarta dimensión.

Hay una segunda razón por la cual vale la pena pensar en el Universo tetradimensional. Un estudio de este Universo podría ayudarnos a entender cuestiones profundas acerca del origen y naturaleza del Cosmos. Consideremos, por ejemplo, el Big Bang, el instante primordial que trajo el Universo a nuestra existencia. La cosmología moderna sostiene que el al Big Bang inmediatamente le sucedió una “Inflación” (Un periodo de rápida expansión en el cual el naciente Universo incrementó su volumen en un factor de 10⁷⁸ o más). Está expansión todavía no proporciona pistas o señales sobre qué fue lo que originó el Big Bang. La idea del Universo tetradimensional, en contraste, proporciona la respuesta a la pregunta “¿De dónde viene el Universo? Claro está que nos plantea la pregunta “¿Cómo se originó el Universo tetradimensional? Pero bueno, eso lo dejaremos para otro post.

El Cosmos conocido y desconocido

Las investigaciones en el Universo tetradimensional se han realizado debido a las dificultados que conlleva solo contemplarlo como un Universo tridimensional. La cosmología moderna ha sido fantásticamente exitosa, y ese éxito ha desmentido profundos y complejos misterios que nos ha llevado hasta la explicación holográfica.

Los cosmólogos pueden describir la historia del Universo entero (Desde el día de hoy hasta una pequeña, muy pequeña fracción de un segundo después del Big Bang) utilizando unas cuantas ecuaciones (Principalmente las proporcionadas por Albert Einstein) y cinco números independientes (O parámetros). Estos parámetros incluyen las densidades de la materia ordinaria, la materia oscura y la energía oscura, junto con la amplitud y forma de las fluctuaciones cuánticas en el Universo naciente. Este modelo (Conocido como el paradigma cosmológico λ-CDM, por sus siglas en inglés: Lambda Cold Dark Matter) describe cientos (Sino es que miles) de puntos de observación de información, cubriendo escalas que van desde el millón de años-luz hasta diez mil millones de años-luz a través de, y hasta el borde de nuestro Universo observable.

Pero esas observaciones exitosas no significan que la tarea se haya completado. La historia del Universo está empacada con algunos agujeros problemáticos. Los científicos se han confrontado con cuestiones fundamentales acerca de la naturaleza del cosmos (Problemas que actualmente no han podido resolverse).

Problema 1: No hay un completo entendimiento acerca de los cinco parámetros

No se cuenta aún con una explicación satisfactoria de los cinco parámetros del modelo λ-CDM, algunos de los cuales deben ser seleccionados de manera muy precisa de acuerdo con las observaciones. Considerar la densidad de la materia y energía del Universo. Solo hace unas décadas los astrónomos creían que la materia ordinaria (Los elementos presentes en La Tabla Periódica) serían la forma dominante de masa-energía. Las observaciones cosmológicas han revisado de manera radical esta afirmación (Y durante el camino se han otorgado tres premios Nobel). Ahora sabemos que la densidad de la materia ordinaria es de solo el 5% de la densidad de energía total del Universo. Otro 25% proviene de la materia oscura, una forma desconocida de materia cuya existencia es inferida por la atracción gravitacional (Más información aquí http://laenciclopediagalactica.info/2010/08/28/materia-oscura/). El 70% restante está formado de energía oscura (Más información aquí http://laenciclopediagalactica.info/2010/08/29/energia-oscura/), la materia misteriosa que es causante de que el ritmo de expansión del Universo se acelere en lugar de desacelerar por la atracción gravitatoria. ¿Qué son la materia y energía oscuras y por qué conforman la mayor parte del Universo? Aún no lo sabemos.

Quizás las respuestas se presenten cuando entendamos mejor el Big Bang (El abrupto origen del espacio y el tiempo en un plasma caliente de radiación y partículas a una temperatura superior a los 10²⁷ grados). Es muy difícil imaginar cómo una situación como la del Universo en esos momentos después del Big Bang nos llevó a lo que observamos actualmente (Un cosmos de prácticamente una temperatura uniforme con una geometría espacial a gran escala, en la cual los ángulos de los triángulos suman 180°).

La inflación cósmica puede ser la mejor idea que tenemos para entender la estructura a gran escala del Universo. La inflación puede tender a “aplanar” el Universo, suavizar las regiones curvas del espacio-tiempo, y brindarnos una temperatura uniforme.  Como una lupa cósmica, la inflación también amplifica las pequeñas fluctuaciones cuánticas en la densidad de la energía hasta las dimensiones cósmicas durante este proceso. Estas fluctuaciones a su vez se convierten en “las semillas” que formarán las galaxias, estrellas, planetas y los organismos vivientes, tal como los que pueblan este planeta.

La inflación es generalmente considerada como un paradigma exitoso. Por décadas, los cosmólogos han verificado las predicciones de la inflación por observación de la radiación de microondas cósmicas de fondo (CMB, por sus siglas en inglés: Cosmic Microwave Background http://laenciclopediagalactica.info/2011/02/10/%c2%bfpor-que-el-universo-se-esta-acelerando/), un registro cósmico de la fluctuación de la densidad en el Universo naciente. Las observaciones recientes del satélite Planck confirman que nuestro Universo es prácticamente plano (No en el concepto de dos dimensiones) y que es uniforme, tal como lo predice la inflación. Además, la amplitud observada y la forma de las fluctuaciones de la materia primordial están en amplio acuerdo con lo que esperamos de la inflación para magnificar el vacío cuántico.

Problema 2: No entendemos la inflación completamente.

Deberíamos preguntarnos qué es lo que llevó a esta inflación, la cual utilizó una gran cantidad de energía. Imaginamos que, poco después de que se originó el Big Bang, el Universo se llenó con energía que tomó de la forma de una partícula hipotética llamada Inflaton. La partícula de Higgs, descubierta recientemente por el LHC en el CERN, cerca de Ginebra, comparte muchas propiedades con (Y es un posible candidato a serlo) el inflaton. El inflaton puede ser responsable tanto de la temprana expansión acelerada como por la estructura de nuestro Universo porque las diferencias significativas en la densidad en el Universo temprano son causadas por las diminutas fluctuaciones cuánticas en la energía de campo del inflaton.

Pero el inflaton no resuelve nuestros problemas; solo los hace retroceder un paso. Las propiedades del inflaton, su procedencia, y como encontrarlo, permanecen en el misterio. De hecho, no estamos seguros realmente si existe.

Además, los físicos no entienden cómo es que termina el inflaton naturalmente. Si algún tipo de energía lo maneja conduce la expansión exponencial del Universo ¿Qué haría que se ‘apagara’ de repente? Y carecemos de una descripción satisfactoria de la historia de nuestro cosmos antes de la era inflacionaria (Aquellas primeras trillonésimas de segundo después del Big Bang)

Problema 3: No entendemos como inició todo

El reto más grande de la cosmología es entender el Big Bang mismo (El surgimiento repentino, violento, de todo el espacio, tiempo y materia de un punto infinitamente denso denominado “Una singularidad”). Una singularidad es una cosa bizarra inimaginable, un punto donde el espacio y el tiempo se curvan en sí mismos, haciendo imposible distinguir el futuro del pasado. Todas las leyes de la física se rompen. Una singularidad es un Universo sin ningún orden ni reglas. De una singularidad puede venir cualquier cosa que pueda existir de manera lógica. No tenemos razones para creer que una singularidad podría generar un Universo tan ordenado como el que vemos.

Esperaríamos que el surgimiento de un universo desde una singularidad sería caótico, marcado por altas fluctuaciones de temperatura de un punto a otro. Además, no podría esperarse que el poder aumentado de la inflación ‘tranquilizara’ todo. De hecho, si esas fluctuaciones son demasiados largas, la inflación podría no tener una oportunidad de ocurrir. El problema de una singularidad no puede ser resuelta solo por la inflación.

Las singularidades son extrañas, pero no desconocidas. Forman parte también del centro de los agujeros negros, esos remanentes colapsados de las estrellas gigantes. Todas las estrellas son hornos nucleares que fusionan elementos ligeros (Principalmente hidrógeno) en otros más pesados. Este proceso de fusión nuclear energiza a una estrella más allá de su vida, per eventualmente, la estrella agota todo su combustible nuclear, y la gravedad se hace cargo. Una estrella al menos 10 veces más masiva que nuestro Sol colapsará en sí misma antes de explotar como una Supernova. Si la estrella es aún mayor (15 a 20 masas solares o incluso más) la Supernova dejará un núcleo denso que colapsa, contrayéndose en un punto de tamaño “cero”, un agujero negro.

Los agujeros negros pueden considerarse como regiones del espacio en los cuales ni siquiera la luz se puede escapar. Dado que la velocidad de la luz es la máxima velocidad alcanzable por cualquier forma de materia, los límites de un agujero negro (Una superficie bidimensional denominada Horizonte de sucesos) es un punto de no retorno: Si cae materia estelar (O cualquier otra cosa) en el interior de sus límites, es separada del resto del Universo y empujada inexorablemente hacia el centro de la singularidad.

Al igual que con el Big Bang, las leyes de la física se rompen en esta singularidad también. La diferencia con el Big Bang es, sin embargo, que un agujero negro está rodeado por este horizonte de sucesos. La superficie actúa como una envoltura blindada (La cual previene que cualquier información acerca de la singularidad se fugue). El horizonte de sucesos de un agujero negro ‘protege’ a los observadores externos los efectos impredecibles de la singularidad.

El horizonte de sucesos efectivamente interpreta la impotente singularidad, haciendo posible para las leyes de la física describir y predecir lo que observamos. Visto a la distancia, un agujero negro parecer ser una simple, suave y uniforme estructura, descrita solo por su masa y momento angular (Y carga eléctrica, si es que se tiene). Aunque los físicos recientemente han destacado algunas cuestiones interesantes acerca de si la imagen convencional es consistente con la física cuántica (Platicaremos al respecto en uno o dos meses, cuando mucho), la hipótesis de trabajo en la cosmología es que los agujeros negros están envueltos por su horizonte de sucesos.

En contraste, la singularidad del Big Bang (Como lo entendemos comúnmente) no está envuelta. No tiene un horizonte de sucesos. A algunos físicos les gustaría tener una manera de protegernos de la singularidad del Big Bang y su catastrófica imprevisibilidad, tal vez por algo parecido a un horizonte de sucesos.

Un grupo de físicos ha propuesto tal escenario. Convierte al Big Bang en un espejismo cósmico. La imagen envuelve la singularidad en el Big Bang justo como un horizonte de eventos envuelve la singularidad en el corazón de un agujero negro. La envoltura nos protegería de la singularidad mercurial y los efectos nefarios.

Colapso extradimensional

Tal envoltura puede diferir de un horizonte de sucesos ordinario en una situación crítica. Dado que percibimos nuestro universo en tres dimensiones espaciales, el horizonte de sucesos que envuelve a la singularidad en el corazón del Big Bang debe tener tres dimensiones espaciales (No solo dos). Si imaginamos que este horizonte de sucesos también proviene del resultado de un colapso cósmico (Tal como el horizonte de sucesos de un agujero negro bidimensional es formado por el colapso de una estrella tridimensional) entonces el colapso tendría que tener lugar en un universo con cuatro dimensiones espaciales.

Este tipo de escenario extradimensional, en el cual el número de dimensiones en el espacio excede las obvias tres, es una idea casi tan vieja como la misma relatividad general. Fue propuesta originalmente por Theodor Kaluza en 1919 y expandida por Oscar Klein en la década de 1920. Su idea fue ampliamente olvidada por más de medio siglo antes de que los físicos la recuperaran en la década de 1980. En fechas más recientes, los científicos la han utilizado para construir una cosmología de los denominados Brane Worlds.

La idea básica de un Brane World es que nuestro Universo tridimensional es un sub-universo incrustado en un espacio mayor de cuatro o más dimensiones espaciales. El Universo tridimensional es llamado Brane, y el Universo mayor es denominado Masivo. Todas las formas conocidas de materia y energía están ‘atrapadas’ a nuestro Brane tridimensional tal como una película proyectada en la pantalla del cine (O la sombra que se formaba en la caverna de los prisioneros mencionados por Platón al inicio de ésta publicación).  La excepción es la gravedad, la cual permea a las dimensiones superiores del Masivo.

Pensemos acerca del superuniverso masivo de cuatro dimensiones espaciales que podría haber existido antes del Big Bang. Podemos imaginar que este Universo estaba lleno con objetos tales como estrellas y galaxias tetradimensionales. Estas estrellas se quedarían sin combustible (Tal como les pasa a las tridimensionales) y colapsarían en agujeros negros.

¿Cómo luciría un agujero negro tetradimensional? Podría poseer un horizonte de sucesos también, una superficie de no retorno de la cual no podría escapar. Pero en lugar de una superficie bidimensional, como podrían ser los ordinarios, generaría un horizonte de sucesos tridimensional.

De hecho, modelando el colapso de muerte de una estrella tetradimensional, encontramos, bajo un determinado conjunto de suposiciones, que el material expulsado del colapso estelar puede formar un Universo Brane tridimensional de lenta expansión rodeando este horizonte de sucesos tridimensional. Así, nuestro Universo sería un Brane Tridimensional (Una especie de holograma para una estrella tetradimensional colapsando en un agujero negro). La singularidad cósmica del Big Bang está oculta a nosotros, sin acceso para siempre detrás de un horizonte de sucesos tridimensional.

¿Esto es real?

Este modelo tiene cierto número de detalles a favor, comenzando con el hecho de que elimina la singularidad manifiesta que dio lugar a el Universo. Pero ¿Qué hay al respecto de los otros detalles cosmológicos como la cercanía al Universo plano y la alta uniformidad del Cosmos? Dado que un Universo Masivo tetradimensional podría haber existido por una cantidad de tiempo infinitamente grande en el pasado, cualquier punto caliente o frío tendría el tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio. El Universo Masivo sería liso, y nuestro Universo Brane tridimensional podría heredar esta lisura.

Además, debido a que el agujero negro tetradimensional podría aparecer también casi sin rasgos, nuestro emergente Universo Brane tridimensional sería igualmente liso. La gran masa de esta estrella tetradimensional, la lisura del Brane tridimensional, y la llanura de nuestro Universo es una consecuencia de éstos detritos residuales del colapso de una estrella pesada.

De esta manera, el modelo de un Big Bang holográfico resolvería no solo los principales rompecabezas de uniformidad y cercana llanura de la cosmología estándar sin recurrir a la inflación, sino que también nulifica los efectos dañinos de la singularidad inicial.

La idea puede sonar un tanto loca, pero hay varias maneras en las que podemos probarlo. Una es por medio del estudio de la radiación de microondas cósmicas de fondo (CMB, por sus siglas en ingles). En el exterior del 3-Brane, esperaríamos algo de material masivo tetradimensional (Algo atraído por la atracción gravitacional del agujero negro). Podemos observar que las fluctuaciones térmicas en esta materia extra crearán fluctuaciones en el 3-Brane que altera la distorsión del CMB por pequeñas, pero potencialmente medibles cantidades. Los cálculos recientes difieren de la información obtenida por el observatorio espacial Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA) por aproximadamente el 3%. Esta discrepancia podría ser el resultado de los efectos secundarios que se dan en el proceso del modelado.

Además, si el agujero negro tetradimensional está girando (Algo muy común en los agujeros negros), entonces este 3-Brane no se observaría igual en todas las direcciones. Los astrónomos también pueden ser capaces de encontrar esta ‘direccionalidad’ estudiando las variaciones sutiles en el CMB.

Desde luego, aun cuando el Big Bang holográfico resolviera una de las cuestiones más grandes (El origen de nuestro universo) de manera simultánea incrementaría un nuevo conjunto de misterios. El primero de ellos (Y quizás el más importante): ¿De dónde proviene el ‘progenitor’ de nuestro universo?

Para una solución a este rompecabezas, podríamos regresar a Platón. Cuando los prisioneros de la historia de Platón salieron de la cueva, la luz del Sol les lastimó los ojos. Les tomó un tiempo para, digamos, ‘ajustar’ el brillo. Al principio, los prisioneros solo fueron capaces de entender las sombras y las reflexiones. Después, ellos pudieron ver la Luna y las estrellas. Finalmente, concluyeron correctamente que el Sol era “El autor de todo lo que podían ver” (Día, noche, estaciones y sombras).

Los prisioneros de la historia de Platón no entendían los ‘poderes’ detrás del Sol, como nosotros aún no terminamos de asimilar el concepto de un universo tetradimensional. Pero al menos, ellos sabían donde comenzar a buscar respuestas.

Referencias

Out of the White Hole: A Holographic Origin for the Big Bang.

Razieh Pourhasan, Niayesh Afshordi and Robert B. Mann

Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Vol. 2014

Kaluza-Klein Gravity

Kaluza-Klein Theory

Kaluza-Klein Supergravity

An Introduction to the Brane World

Un grupo de físicos teóricos han publicado un artículo en el cual proponen una nueva idea que explica el origen del Universo. Según los científicos, es posible que el espacio y el tiempo fueran creados por el colapso de una estrella tetradimensional que esparció sus escombros a través del cosmos y posteriormente se transformó en un agujero negro.

La teoría predominante en la actualidad establece que el Universo nació de una singularidad infinitamente densa a través de algún mecanismo que hoy día desconocemos. En realidad, este fenómeno (Big Bang) es totalmente desconocido, todo lo que se menciona al respecto, es total especulación, aun cuando hemos desarrollado soporte científico al respecto. Las ecuaciones que hemos desarrollado (Cosmología del Big Bang Parte 01 y Cosmología del Big Bang Parte 02 son algunos ejemplos) aún necesitan completarse para describir el momento de la ‘creación’, una revelación que se considera seguirá al descubrimiento de la teoría de todo (Algo que quizá la comunidad científica esté a un paso de llegar). Hasta entonces, lo que haya ocurrido antes de la ‘creación del Universo’, la naturaleza de dicha singularidad, y el evento en sí mismo, seguirá siendo desconocido y seguirá coleccionando teorías o especulaciones (De acuerdo, algunas más sensatas que otras). Por lo que sabemos, es una gran incógnita lo que pasó. Ahora bien, no se trata de desechar todo lo que se ha investigado, el cual es una gran cantidad de conocimientos experimentales, que nos hablan de lo que pasó entre los 10 y 35 segundos (Aproximadamente) posteriores a esta singularidad, por lo que nuestra línea de tiempo cosmológica actual, se conserva. La teoría actual del Big Bang tiene algunas limitaciones y algunos, digamos, problemas serios, claro está. Sus limitaciones son en su mayoría resumidas en la incapacidad que tenemos para estudiar de manera práctica o matemática la singularidad de dicho evento. Pero, por otro lado, esta teoría nos explica realmente porque el Universo tiene una temperatura casi uniforme (Que dicho sea de paso, es donde se origina la teoría de la inflación, la cual sugiere que el Universo pasó por un periodo de rápida expansión, de mayor velocidad que la luz en su historia temprana).

Los principios de esta nueva teoría son:

• Existe un ‘Universo Mayor’ el cual contiene estrellas tetradimensionales que pasan por el mismo ciclo de vida que nuestras estrellas tridimensionales.

• Al igual que nuestras estrellas, las tetradimensionales podrían llegar a ser supernovas y colapsar en un agujero negro.

• Otra analogía es la de que, así como nuestros agujeros negros (Los tridimensionales) se estima tienen horizontes de sucesos que aparecen en dos dimensiones, es plausible que los agujeros negros tetradimensionales tengan horizontes de sucesos tridimensionales.

• Este horizonte de sucesos tridimensional es conocido como hypersphere (Hiperesfera), el cual sería la región del espacio en la que existe nuestro Universo.

Esta nueva visión tiene unos puntos de vista muy interesantes:

• El modelo en sí mismo explica la expansión del Universo y describe el porqué de la temperatura uniforme en él, con una limitación (Bastante grande, por cierto).

• Discrepa con las observaciones realizadas por el telescopio Planck, el cual recientemente creo el mapa más detallado que se tiene del fondo cósmico de microondas (Ver Imagen).

• El modelo de Hiperesfera tiene una discrepancia de aproximadamente el 4%, lo cual significa que necesita refinarse.

Hoy día, lo que podemos aseverar realmente acerca de la inflación, es que está sucediendo. No sabemos cómo, ni porqué, pero el mecanismo ha sido denominado como energía oscura. Esta nueva teoría propone que la inflación es causada por el movimiento del Universo a través de las dimensiones superiores del espacio. Ahora bien, es necesario resaltar que este documento, aún no ha sido revisado por pares (Al menos no encontré evidencia que lo indique), por lo que la idea de la existencia de una Hiperesfera, si bien suena genial y fascinante, aún tiene un largo trecho por recorrer antes de que se considere como una hipótesis viable.

Referencias

Out of the White Hole – A Holographic Origin for the Big Bang
Razieh Pourhasan, Niayesh Afshordi, Robert B. Mann

El día de hoy, en la conferencia ICHEP 2012 (Melbourne, Australia), científicos del CMS (Compact Muon Solenoid), uno de los experimentos que se están desarrollando en el LHC (Large Hadron Collider), realizaron la presentación de resultados preliminares sobre la búsqueda del Bosón de Higgs. Estos datos son los obtenidos hasta junio del 2012.

Pero antes de entrar en detalle sobre este comunicado es importante que entendamos ¿Qué es el bosón de Higgs y por qué esta nota ha dado la vuelta al mundo en tan pocas horas?  Bien, el Bosón de Higgs es la última partícula que falta por descubrir en el Modelo Estándar, la teoría que describe la formación básica del Universo, las otras 11 partículas ya fueron encontradas, por lo que el hallazgo de esta pieza faltante validaría el modelo. Si se encuentra algo diferente obligaría a revisar nuestra comprensión actual de la estructura del Universo. La creencia actual estima que en la primer billonésima de segundo tras el Big Bang, el Universo era una gran mezcla de partículas avanzando en diferentes direcciones a la velocidad de la luz, sin ninguna masa apreciable, y fue a través de su interacción con el campo de Higgs que ganaron masa y, posteriormente, formaron el Universo. El campo de Higgs es un campo de energía teórico que invade todo el Universo, algunas partículas (Como los fotones) no se ven afectadas por él y por lo tanto, carecen de masa. Como analogía, imaginen a un actor famoso, caminando por la calle, con un séquito de paparazzis (El Campo de Higgs) rodeándolo, y por la misma acera, camina un servidor (El fotón), y no recibo ningún tipo de atención de los fotógrafos. La partícula de Higgs es el rastro que deja el campo, comparable con una pestaña de los paparazzis . Esta partícula es teórica y su existencia fue propuesta en 1964, por un grupo de físicos, entre los que se encontraba Peter Higgs.

Ahora bien, regresando al comunicado, en sí, lo que se ha descubierto, es una partícula subatómica que podría ser el Bosón de Higgs, puesto que es consistente con la teoría, falta determinar si es una variante, si es el Bosón buscado o si es un Bosón completamente nuevo, lo cual nos llevaría a revisar la teoría sobre la estructura fundamental de la materia.

¿Por qué aún no son concluyentes? Aún cuando están realmente cerca de estarlo (Se tiene un nivel de confianza estadístico de 5 sigmas), es necesario obtener más resultados, para que el nivel de confianza sea mayor, y las dudas sean prácticamente eliminadas. Hay que recordar que, en la industria aeroespacial, electrónica, automotriz y metalmecánica, el nivel de confianza estadístico es superior a los 6 sigmas, así que, considerando las implicaciones ante un descubrimiento de este tamaño, pues la certeza a obtener debe ser lo más cercana al 100% que se pueda.

Es difícil no emocionarse con estos resultados, pero es importante mantener la paciencia y no dejarse llevar. Una vez que se tenga la confirmación por parte del equipo del CMS en el CERN, entonces sí, unámonos a los vítores y encendamos los fuegos artificiales, y entonces, nos formularemos la siguiente pregunta: “¿Y ahora, qué sigue?”.

Referencias

Observación de una Nueva Partícula con una masa de 125 GeV. Experimento CMS, CERN (Comunicado oficial en Español, CINVESTAV)

En la Terascala, dos de las principales fuerzas de la naturaleza, la fuerza nuclear débil y la electromagnética, parecen unirse para ser una entidad individual. El cómo pasa esto exactamente, es un misterio aún. Hay una propuesta dentro de la estructura del Modelo Estándar, pero nunca ha sido evaluada y plantea cuestiones teóricas desconcertantes. El entender cómo es que estas dos fuerzas están unificadas, se cree que es una parte importante para entender la unificación general de las fuerzas de las partículas, quizá incluyendo la gravedad, de acuerdo con el sueño estético de Einstein de unificar todas las leyes de la naturaleza. (Ver El Sueño de Einstein).

El cómo es que estas dos fuerzas están unificadas es una cuestión que solo puede responderse con aceleradores. Por ejemplo, no es posible realizar estas medidas utilizando rayos cósmicos, porque la energía más alta de los rayos cósmicos es también poca y no es posible estudiarlos con la precisión suficiente.

Los científicos buscan en todas partes la explicación más simple posible al fenómeno que están estudiando y que pueda sobrevivir al escrutinio científico. En la física, el desarrollo de una estructura coherente científica única que pueda explicar la naturaleza de la materia, su masa, su evolución y las fuerzas asociadas, ha inspirado el trabajo y sueños de generaciones de físicos. Además, la unificación científica de los aparentemente diversos fenómenos frecuentemente genera grandes dividendos intelectuales, como ocurrió con la unificación de la electricidad y el magnetismo en el siglo diecinueve. El siguiente paso importante en este programa de unificación requiere la investigación directa de la Teraescala.

Los experimentos y teorías pasadas nos indican que los nuevos fenómenos esperan descubrimientos en este rango de energía. Se podría observar un mundo de nuevas partículas predichas por una hipótesis conocida como supersimetría, y esas nuevas partículas podrían proporcionar información esencial acerca de las partículas ya conocidas. Las partículas que constituyen la materia oscura responsable de la formación de las galaxias podrían aparecer en esa energía. La Teraescala podría ser la entrada a nuevas entradas del espacio, más allá de esas que experimentamos directamente pero que sin embargo, pueden tener un impacto importante en nuestro mundo. Los nuevos fenómenos que aparezcan en la Teraescala podrían incluir partículas como el boson de Higgs, el cual es responsable de la masa de las partículas conocidas. O, esos nuevos fenómenos podrían tomar una forma completamente diferente, incluyendo fenómenos que son completamente inesperados e inimaginables. Todas esas posibilidades pueden ser mejor exploradas en los aceleradores.

La exploración de la física en la Teraescala es el siguiente paso esencial para direccionar lo retos científicos en la física de partículas. La física de partículas parece estar en el borde de uno de los periodos más emocionantes de su historia.

El Modelo Estándar proporciona una excelente y cuidadosamente probada descripción del mundo subatómico a los niveles de energía que actualmente pueden ser estudiados en los laboratorios. Sin embargo, en esos niveles de energía los cuales los físicos solo pueden acceder de forma experimental, el Modelo Estándar es incompleto. Esto sugiere que los nuevos descubrimientos que se vislumbren en los años por venir, especialmente por el LHC comiencen a explorar esta región de la energía. Esto también sugiere que esos inminentes descubrimientos podrían transformar nuestro entendimiento del origen de la materia y energía, y el comportamiento de la evolución del Universo.

Las limitaciones del Modelo Estándar son evidentes, por ejemplo, cuando tratamos de contar con la Fuerza de Gravedad. El Modelo Estándar incorpora las fuerzas nucleares fuerte y débil, así como el electromagnetismo, pero, cuando los físicos intentan incluir a la gravedad como una cuarta fuerza, encuentran varias inconsistencias matemáticas. En consecuencia, dos pilares de la física del siglo veinte (La gravedad, tal como la describió Einstein en su Teoría General de la Relatividad y la mecánica cuántica) requieren nuevas estructuras teóricas que las incluyan.

Los descubrimientos astronómicos poseen otros retos al Modelo Estándar. Las observaciones astronómicas muestran que los protones, neutrones, electrones y fotones (Los cuales cuentan para todo con lo que estamos familiarizados) representan menos del 4% de la masa total de la masa y energía del Universo. Aproximadamente el 20% consiste de alguna forma de materia oscura: Partículas masivas o aglomeraciones de partículas que no brillan y no dispersan o absorben luz. Los astrónomos pueden detectar materia oscura observando cómo ésta distorsiona las imágenes de galaxias distantes, un efecto conocido como lente gravitatorio, y entonces pueden trazar un mapa de la distribución de la materia oscura a lo largo del espacio. La composición de materia oscura aún no se conoce; esta podría consistir de una nube de partículas elementales con algún orden desconocido aunque hay otras posibilidades. Sin embargo, debemos nuestra existencia a la materia oscura. Sin la atracción adicional de la materia oscura, las estrellas y las galaxias, probablemente no se hubieran formado, debido a que la expansión del Universo, habría dispersado la materia ordinaria rápidamente.

Más sorprendente es el hecho de que la mayoría de la energía del Universo actual consiste de algo totalmente distinto (Una efímera materia oscura que se repele a sí misma). Un grupo de materia ordinaria o materia oscura tiene una fuerza gravitatoria de atracción que ralentiza la expansión del Universo, pero la energía oscura ‘empuja’ para separarlo y así acelerar la expansión del cosmos. Dado que la mayoría de la energía del Universo es oscura, la expansión del Universo, se está acelerando. En consecuencia, la materia oscura interpreta un papel crucial en el pasado causando la formación de galaxias, y el de la energía oscura en la continua evolución del Universo. ¿Qué son la energía y materia oscura y como es que encajan en el entendimiento completo de la materia, energía, espacio y tiempo? Esa es una de las cuestiones científicas más irresistibles de nuestro tiempo.

El predominio de la materia sobre la antimateria en el Universo también proporciona problemas al Modelo Estándar. En 1928, la incorporación de Dirac de la Teoría de la Relatividad General de Einstein en la mecánica cuántica sugiere que, por cada tipo de partícula elemental, hay una antipartícula con la misma masa y carga contraria. Cuando una partícula y su antipartícula se reúnen, ambas se aniquilan y su masa se convierte en energía radiante. Los experimentos utilizando antimateria en laboratorios de física de alta energía muestran que las fuerzas fundamentales actúan casi igual en partículas que en antipartículas excepto por pequeñas diferencias que pueden explicarse utilizando el Modelo Estándar. Sin embargo, el Modelo Estándar no puede explicar porque el Universo consiste casi por completo de materia y casi no de antimateria. Esta asimetría es buena, dado que si tuviera cantidades similares, todo se habría aniquilado en el Universo primigenio. Sin embargo, la causa de este gran desequilibrio sigue siendo un misterio. Muchos físicos creen que fue creado por procesos físicos que ocurrieron cuando el Universo se fue enfriando después del Big Bang. Podría ser posible estudiar algunos de los mismos procesos físicos por medio de la colisión de partículas elementales en altas energías en los aceleradores.

Otra cuestión sobresaliente involucra la evolución temprana del Universo. La mayoría de los cosmólogos cree que las estructuras de gran escala del Universo fueron creadas por un ‘estallido’ que derivó en una inflación, un breve periodo de hiperacelerada expansión durante los primeros 10^-30 segundos después del Big Bang, quizás asociado con interacciones que involucran energía oscura. Esta inflación podría haber suavizado rápidamente la distribución de materia y energía, excepto por excepto por ‘pequeños grumos’ que posteriormente serían las semillas para la formación de galaxias. Observaciones recientes de la radiación cósmica de fondo ha proporcionado pruebas que corroboran exquisitamente precisa esta idea de la inflación, pero permanece un componente clave perdido, la explicación sobre qué fue lo que condujo esa hiper-expansión. El Modelo Estándar no proporciona una respuesta, pero las nuevas leyes físicas descubiertas utilizando los aceleradores de alta energía de última generación podrían proporcionar pistas esenciales.

Las nuevas evidencias acerca de las propiedades de los neutrinos también plantean nuevas cuestiones. Los neutrinos son numerosos en extremo pero rara vez interactúan con los constituyentes básicos de la materia (Billones de billones de neutrinos pasan inalterados a través de nosotros cada segundo, literalmente).Una serie de experimentos ha demostrado que los neutrinos, quienes largamente se consideraron sin masa, si poseen una muy pequeña (Aproximadamente 1/200,000 de la masa del electrón, quien de hecho, tiene una masa extremadamente pequeña. Por otra parte, los neutrinos producidos en la naturaleza no están aparentemente en un estado de masa concreto. Este fenómeno, el cual podría desconcertar a un físico clásico, es un efecto típico de la mecánica cuántica. Esto tiene una consecuencia peculiar: Los neutrinos pueden cambiar espontáneamente de una forma a otra, efecto conocido como “Oscilaciones de neutrinos”. Las masas de los neutrinos no se ajustan al Modelo Estándar, así que estas nuevas observaciones han necesitado la primera mayor ampliación del Modelo Estándar en tres décadas. Exactamente que extensiones se requieren es algo que no sabremos hasta que se completen los experimentos de neutrinos actualmente en operación, así como la siguiente generación de experimentos que ahora se están planeando o iniciando.

Así, prácticamente al inicio del siglo veintiuno, los experimentos de física de partículas, observaciones astronómicas, y desarrollo teóricos tanto en la física de partículas como en la cosmología, apuntan a nuevos fenómenos que están justo en el borde de ser observados La combinación de la teoría cuántica y la relatividad general, y el entendimiento de la materia y energía oscuras, requerirán nuevas ideas y nuevos experimentos. La tecnología necesaria para conducir esos experimentos está ahora disponible. Como resultado, la física de partículas está lista en la orilla de una nueva revolución científica tan profunda como la que Einstein y otros la marcaron a principios del siglo veinte. Hay muchas posibilidades de que estos descubrimientos Teraescalares tengan un impacto igualmente importante en otros campos de la ciencia.

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No “Gaussianidad“

Modos de Isocurvatura

Nota:

fNL Es una medida de la oblicuidad de las fluctuaciones potenciales.

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La contribución esperada de la curvatura de la inflación es determinada por la amplitud de las fluctuaciones de la densidad a gran escala Ωk≈10-5-10-4. La combinación de las mediciones del CMB por el Planck con las oscilaciones acústicas bariónicas (BAO, Baryon Acoustic Oscillations), las mediciones de distancia de las galaxias con alto desplazamiento al rojo y los estudios en el renglón de los 21 cm, pueden mejorar las restricciones en la curvatura del Universo por dos órdenes de magnitud de los límites actuales de Ωk≈10-2. Esos valores pueden ser alcanzados también por la medición de la fuerza débil del CMB con una resolución angular alta, en un experimento de polarización del CMB de alta sensibilidad. Las observaciones en la década por venir podrían permitir el análisis directo de esta predicción inflacionaria clave (Figura 1).

Los experimentos basados en tierra y con globos con alta sensibilidad pero con resolución angular modesta podrían detectar una amplitud IGW de r≈0.01. La medición de r<0.01 podría requerir una proporción alta de señal-ruido una resolución angular mejor tanto en temperatura como en polarización para separar los modos-B primordiales de aquellos inducidos. Dado que un rango espectral amplio será probablemente esencial para la remoción de los primeros planos galácticos, una inspección dedicada al espacio basado en el modo-B requerirá la obtención de valores de r≈10-4 – 10-3, requeridos para acceder al parámetro completo del espacio implicado por la escala de inflación GUT. Tal experimento podría también proporcionar una riqueza de otra información extremadamente invaluable, el cual restringiría la escala pequeña del espectro de materia potencial en desplazamientos intermedios al rojo. Estas mediciones serán útiles para realizar análisis posteriores de la inflación, restringiendo las masas de los neutrinos, estudiando los efectos de la energía oscura y determinando los parámetros cosmológicos con mayor precisión.

Daniel Baumann et al.

Spectral Measurements of the Sunyaev-Zel’dovich Effect
Bradford Adam Benson

Magnetic Fields and Sunyaev-Zel’dovich effect in galaxy clusters
Rajesh Gopal & Suparna Roychowdhury

Sunyaev-Zel’dovich cluster profiles measured with the South Pole telescope
T. Plagge et al.

The simulated 21 cm signal during the EoR.
Sunghye BAEK

Visualizations of the redshift 21cm signal (WMAP3)
Garrelt Mellema

A Constraint on the 21-cm signal at Z=20 from VLA Observations
Katie M. Chynoweth, Joe Helmboldt, Joseph Lazio

1. Un Universo plano con una escala mucho más grande que la curvatura del horizonte.
2. Las fluctuaciones en una escala casi invariante en la distribución espacial de la materia.
3. Fluctuaciones adiabáticas.
4. Fluctuaciones Gaussianas.
5. Fluctuaciones isotrópicas y homogéneas.
6. Un fondo estocástico de ondas gravitatorias inflacionarias (IGW, Inflationary Gravitational Waves) con un espectro de escala casi invariante.

El objetivo principal en la próxima década es poner a prueba precisamente cada una de las predicciones de la inflación SFSR. Si persiste la consistencia con las predicciones de la inflación SFSR, entonces el rango de valores permitidos del potencial del campo escalar tendrá que reducirse. Si se parte desde las predicciones más simples encontradas, esto proporciona mayor perspicacia en la física fundamental y en los primeros momentos del inicio del Universo.

Dynamics of the Peccei-Quinn Scale
Michael Dine

A Brief Introduction to the Strong CP Problem
Dan-di Wu

The Discovery and Implications of P and CP Violation
Carol Guess, Michael King & Kyle Siwek

Inflation at the Edges
Marc Kamionkowski
Halo Clustering with Non-Local Non-Gaussianity
Fabian Schmidt & Marc Kamionkowski

Non-Gaussianity form Self-Ordering Scalar Fields
Daniel G. Figueroa, Robert R. Caldwell & Marc Kamionkowski
A Brief Introduction to the Ekpyrotic Universe
Paul J. Steinhardt
Non-Gaussian Density Fluctuations from Entropically Generated Curvature Perturbations in Ekpyrotic Models
Jean-Luc Lehners & Paul J. Steinhardt
Unstable growth of curvature perturbation in non-singular bouncing cosmologies
BingKan Xue & Paul J. Steinhardt



• ¿Cómo comenzó el Universo?
• ¿Por qué se está acelerando el Universo?
• ¿Qué es la materia oscura?
• ¿Cuáles son las propiedades de los neutrinos?

• El primero es la asignación de las condiciones iniciales cosmológicas sobre la más amplia gama dinámica posible con las mediciones de la temperatura del CMB y las fluctuaciones de la polarización y las observaciones ópticas y de radio que utilizan las galaxias y el gas intergaláctico para mapear la distribución de la materia a menores desplazamientos al rojo. El alcanzar un enorme aumento precisión estadística y el rango dinámico permitirá que nuevas pruebas de los modelos de inflación, medidas de precisión de la geometría del espacio, determinación de las masas de los neutrinos a través de sus efectos cosmológicos y las pruebas de las teorías sobre el origen de la aceleración cósmica. Caer en la cuenta que estas grandes mejoras en el poder estadístico requiere un control sumamente cuidadoso de las incertidumbres sistemáticas, que a menudo presentan el mayor desafío para estos métodos.

•  El segundo tema es la apertura de nuevas ventanas que permitan a los científicos ver fenómenos astrofísicos de una forma radicalmente nueva. Las ondas gravitatorias son el ejemplo más dramático de esta nueva ventana, pero no son el único. La búsqueda de materia oscura dependerá de los grandes avances en la sensibilidad y cobertura del cielo de los rayos gamma de alta energía y los experimentos de los rayos cósmicos. Las nuevas instalaciones deben alcanzar las primeras detecciones de neutrinos de ultra-alta energía. Las búsquedas de radiación de alto desplazamiento al rojo (21 cm), ofrecerán los primeros mapas en tres dimensiones de la estructura en la época de re-ionización cósmica, y los avances en estas técnicas deben eventualmente permitir el mapeo de las condiciones cósmicas iniciales en volúmenes sin precedentes.

• Finalmente, el tercer tema es el Universo como un laboratorio de física fundamental. Los estudios de las fluctuaciones primordiales sondearán la física del Universo primario en energías que no pueden ser alcanzadas en aceleradores terrestres. La explicación de la aceleración cósmica puede reformar radicalmente nuestra comprensión de la gravedad, el vacío cuántico o ambos. Los experimentos de materia oscura proporcionan ventanas en las extensiones del modelo estándar que complementan las herramientas tradicionales de la física de partículas. Las medidas astrofísicas proporcionan limitaciones muy poderosas y variadas en las propiedades de los neutrinos. Las ondas gravitatorias pondrán a pruébala relatividad general en el régimen de campo fuerte, una prueba que puede ser realizada en ambientes extremos, cercanos a los agujeros negros.