David Pratt
Mayo de 2012
Contenidos:
04. Inflación, materia oscura y energía oscura
05. Radiación de fondo de microondas
04. Inflación, materia oscura y energía oscura
A principios de la década ochenta y para resolver una serie de problemas, los teóricos del Big Bang determinaron que un billón de billones de billones de segundo después de la explosión inicial, el "espacio-tiempo" experimentó un período de inflación hiper-rápida que duró unos 5.000 millones de billones de billones de segundo, durante el cual se expandió hasta 1050 veces más rápido que la velocidad de la luz, creciendo desde un punto minúsculo a un volumen de varios millones de años luz en diámetro (1), y entonces de alguna manera frenó abruptamente a una tasa más lenta de expansión. Esta teoría completamente extraña y ad-hoc muestra cuán "creativos" pueden ser los cosmólogos cuando se ve amenazada la teoría en que basan sus carreras y reputaciones. Se desconoce por completo el mecanismo responsable de la inflación, pero ya ha sido etiquetado como "inflatón cósmico" (probablemente porque esto suena mejor que decir "no tenemos una pista"). Los teóricos dicen que la expansión superlumínica no transgrede la teoría de la relatividad (que dice que nada puede moverse más rápido que la luz), ya que es el espacio que se está expandiendo en lugar de haber materia que se mueve. Pero, como señala William Mitchell, "es un desafío al sentido común pensar en cómo la inflación puede de alguna manera desplazar a toda la masa o energía del Universo sin moverse físicamente" (2).
A principios de la década ochenta y para resolver una serie de problemas, los teóricos del Big Bang determinaron que un billón de billones de billones de segundo después de la explosión inicial, el "espacio-tiempo" experimentó un período de inflación hiper-rápida que duró unos 5.000 millones de billones de billones de segundo, durante el cual se expandió hasta 1050 veces más rápido que la velocidad de la luz, creciendo desde un punto minúsculo a un volumen de varios millones de años luz en diámetro (1), y entonces de alguna manera frenó abruptamente a una tasa más lenta de expansión. Esta teoría completamente extraña y ad-hoc muestra cuán "creativos" pueden ser los cosmólogos cuando se ve amenazada la teoría en que basan sus carreras y reputaciones. Se desconoce por completo el mecanismo responsable de la inflación, pero ya ha sido etiquetado como "inflatón cósmico" (probablemente porque esto suena mejor que decir "no tenemos una pista"). Los teóricos dicen que la expansión superlumínica no transgrede la teoría de la relatividad (que dice que nada puede moverse más rápido que la luz), ya que es el espacio que se está expandiendo en lugar de haber materia que se mueve. Pero, como señala William Mitchell, "es un desafío al sentido común pensar en cómo la inflación puede de alguna manera desplazar a toda la masa o energía del Universo sin moverse físicamente" (2).
La inflación se consideró necesaria para explicar cómo la radiación de fondo de microondas en sitios opuestos del Universo puede ser tan uniforme y por qué el Universo se ve tan plano en lugar de curvado. También se dice que la inflación ha magnificado diferencias de densidad causadas por fluctuaciones cuánticas a tamaño cósmico de modo que pudieran convertirse en las simientes para el crecimiento de la estructura en el Universo. Todas las diferentes versiones de la teoría de la inflación hacen una predicción comprobable: que los protones deben decaer con el paso del tiempo. Todos los experimentos hasta la fecha no han podido detectar algún deterioro, pero este problema fue "resuelto" ajustando las ecuaciones para prolongar la vida útil de los protones.
El modelo de inflación dicta que la materia en el Universo debe tener una cierta densidad crítica, pero la densidad de la materia visible es sólo una pequeña fracción de este valor. Sin embargo, la moderna teoría del Big Bang afirma que la materia ordinaria (bariónica) y los neutrinos representan sólo el 4,5% de la masa-energía del Universo, mientras que la materia oscura constituye el 22,7%, y la energía oscura 72,8%.
Antes de la invención de la energía oscura, muchos teóricos del Big Bang solían afirmar que la materia oscura debía componer alrededor del 99% de la masa del Universo. La evidencia observacional llevó a la mayoría de los astrónomos a la conclusión de que hasta un 90% de la masa del Universo podría consistir en materia oscura. En nuestro Sistema Solar la velocidad orbital de los planetas disminuye al aumentar la distancia desde el Sol, por lo que el conjunto planetario tiene una "curva rotacional" de caída. Sin embargo, muchas galaxias tienen curvas de rotación planas, y las velocidades anormalmente altas de las partes exteriores de las mismas son atribuidas al efecto gravitacional de grandes cantidades de materia invisible. Se piensa que la materia oscura está concentrada alrededor de las galaxias en grandes halos, y las observaciones de la velocidad con que aquéllas parecen moverse en grupos y cúmulos también son interpretadas como evidencia de la materia oscura.
Existen sin duda concentraciones "oscuras" o no luminosas de materia física ordinaria en nuestro Universo, pero los "big-bangers" afirman que la gran mayoría de materia oscura consiste en partículas físicas hipotéticas (como axiones y partículas masivas de interacción débil o WIMPs en inglés) que a diferencia de toda la otra materia física conocida no emiten ni absorben luz y pueden ser detectadas solamente por sus efectos gravitatorios. La razón principal por la que los partidarios del Big Bang postularon la existencia de tanta materia oscura era puramente teórica, pues el Gran Estallido no funcionaría sin ella y la mayor parte de la materia oscura debía tener propiedades inusuales porque de lo contrario podría alterar otros aspectos del modelo. La existencia de esta exótica materia oscura, por tanto, "se basa en la creencia y no en pruebas contundentes" (3). Los modelos de materia oscura fría no fueron capaces de simular con precisión la estructura del Universo en escalas tanto galácticas como multigalácticas al mismo tiempo, y tampoco tuvieron éxito los intentos de resolver el problema mediante la adición de un poco de materia oscura caliente (como neutrinos masivos de movimiento rápido) (4).
Para explicar la evidencia de materia oscura, Mordehai Milgrom ha propuesto una modificación de la ley de la inversa del cuadrado, conocida como dinámica newtoniana modificada (MOND, en inglés) (5); no obstante, no existen pruebas experimentales independientes para apoyarla. Algunos científicos sostienen que la materia oscura en forma de materia ordinaria y no luminosa puede explicar toda la evidencia observacional (6). Tal materia incluye nubes de polvo, gas y plasma, estrellas de baja masa (por ejemplo, enanas marrones), planetas y restos de estrellas muertas como enanas blancas, estrellas de neutrones y "agujeros negros" (a veces llamados objetos astrofísicos masivos del halo compacto o MACHOs en inglés). Se ha estimado que el gas interestelar, los plasmas de baja energía y las enanas marrones podrían exceder la masa de estrellas luminosas en nuestra galaxia (7), y las averiguaciones basadas en microlentes gravitatorias sugieren que puede haber 100.000 veces más "planetas nómadas" que estrellas deambulando en la Vía Láctea (8). Otros investigadores explican las curvas de rotación planas invocando la operación de fuerzas electromagnéticas a escala galáctica (9).
Otro enfoque cuestiona si las partes externas de las galaxias (incluyendo la Vía Láctea) realmente están girando anormalmente rápido. La única evidencia para esto son las frecuencias alteradas de luz, que se interpretan como desplazamientos Doppler causados por movimientos de retroceso o aproximación como se ven desde la Tierra. Una explicación alternativa de los datos espectroscópicos es que las frecuencias alteradas son producidas por partículas en las partes exteriores de las galaxias que tienen masas (y por lo tanto velocidades de reloj) ligeramente diferentes que aquéllas más cercanas al centro. H.R. Drew escribe: "Tal gradiente de energía o frecuencia es bien conocida en la biología, y comúnmente se llama 'gradiente de desarrollo', como se aprecia mediante las anchuras de los embriones en crecimiento". Lo mismo puede ser cierto para cualquier sistema de materia altamente organizado, incluyendo una galaxia en desarrollo (10).
Referente a los movimientos galácticos en grupos y cúmulos, se requieren grandes cantidades de materia oscura sólo si las galaxias cuyos movimientos están siendo utilizados para determinar la masa hipotéticamente son parte de sistemas consolidados y estables; en ciertos casos algunas de las galaxias realmente pueden no pertenecer al grupo o clúster y el conglomerado puede estar separándose y experimentando desintegración (11). Más aún, el hecho de que las galaxias compañeras tienen exceso de desplazamientos al rojo y que éstos a menudo se cuantifican sugiere fuertemente que no son simplemente velocidades. La cuantización del desplazamiento hacia el rojo parece indicar que las velocidades orbitales de las galaxias deben ser inferiores a 20 km./s., pues de otro modo la periodicidad desaparecería, y si esto fuera cierto se desvanecería la necesidad de materia oscura.
En 1998 se encontró que el tipo Ia de supernovas remotas (explosiones de estrellas) era más tenue de lo esperado en el supuesto de que son "velas estándar", es decir, que todas ellas tienen el mismo brillo intrínseco y explotan exactamente de la misma manera. Los "big-bangers" interpretaron esto como resultado de la dilatación del tiempo, y concluyeron que, lejos de ser frenado por la gravitación (como habrían esperado), la expansión del Universo se está acelerando y que ha estado así durante unos 7 mil millones de años. Para explicar la supuesta expansión acelerada, los "big-bangers" inventaron la noción de "energía oscura", una fuerza repulsiva presente en todas partes del espacio, ya sea asociada con la constante cosmológica de Einstein o con un nuevo campo escalar conocido como quintaesencia, y de esta manera una explicación más razonable es que las supernovas tipo Ia no son "velas estándar" (13).
Michael Disney escribe: "Para explicar algunas observaciones sorprendentes, los teóricos han tenido que crear nociones heroicas y aún así insustanciales, tales como la 'materia oscura' y la 'energía oscura', que supuestamente sobrepasan, por cien a uno, la materia del Universo que podemos detectar directamente. Los legos están obligados a preguntar si debieran estar más impresionados por las nuevas observaciones o más consternados por los teorías endemoniadas que se han evocado para explicarlos" (14). "El hecho de que algunos profesionales se aferren a una teoría tan débil (...) no tiene por qué persuadirnos de adoptar una postura mucho más prudente" (15).
Referencias
1. "Inflation (cosmology)", en.wikipedia.org; Mitchell, Bye Bye Big Bang, Hello Reality, p. 214.
2. Bye Bye Big Bang, Hello Reality, p. 220.
3. Hoyle, Burbidge y Narlikar, A Different Approach to Cosmology, p. 293, 307.
4. Peter Coles, "The end of the old model universe", Nature, vol. 393, 25 de junio de 1998, p. 741-4.
5. "The Mond Pages", astro.umd.edu/~ssm/mond.
6. Narlikar y Burbidge, Facts and Speculations in Cosmology, p. 213-8; A Different Approach to Cosmology, p. 281-93; C.F. Gallo y J.Q. Feng, "Galactic rotation described with bulge + disk gravitational models", 2008, arxiv.org; bigbangneverhappened.org.
7. Timothy E. Eastman, "Cosmic agnosticism, revisited", Journal of Cosmology, vol. 4, 2010, p. 655-63, journalofcosmology.com.
8. Andy Freeberg, "Researchers say galaxy may swarm with 'nomad planets'", 23 de febrero de 2012, news.stanford.edu.
9. Eric J. Lerner, The Big Bang Never Happened, Vintage Books, 1992, p. 240-1.
10. H.R. Drew, Apeiron, vol. 4, n° 1, 1997, p. 26-32, redshift.vif.com.
11. A Different Approach to Cosmology, p. 287-93; The Big Bang Never Happened, p. 32-5.
12. Bye Bye Big Bang, Hello Reality, p. 311.
13. Ratcliffe, The Static Universe, p. 166-71.
14. Disney, "Modern cosmology: science or folktale?", americanscientist.org.
15. "Modern cosmology: science or folk tale?", astro.umd.edu.
1. "Inflation (cosmology)", en.wikipedia.org; Mitchell, Bye Bye Big Bang, Hello Reality, p. 214.
2. Bye Bye Big Bang, Hello Reality, p. 220.
3. Hoyle, Burbidge y Narlikar, A Different Approach to Cosmology, p. 293, 307.
4. Peter Coles, "The end of the old model universe", Nature, vol. 393, 25 de junio de 1998, p. 741-4.
5. "The Mond Pages", astro.umd.edu/~ssm/mond.
6. Narlikar y Burbidge, Facts and Speculations in Cosmology, p. 213-8; A Different Approach to Cosmology, p. 281-93; C.F. Gallo y J.Q. Feng, "Galactic rotation described with bulge + disk gravitational models", 2008, arxiv.org; bigbangneverhappened.org.
7. Timothy E. Eastman, "Cosmic agnosticism, revisited", Journal of Cosmology, vol. 4, 2010, p. 655-63, journalofcosmology.com.
8. Andy Freeberg, "Researchers say galaxy may swarm with 'nomad planets'", 23 de febrero de 2012, news.stanford.edu.
9. Eric J. Lerner, The Big Bang Never Happened, Vintage Books, 1992, p. 240-1.
10. H.R. Drew, Apeiron, vol. 4, n° 1, 1997, p. 26-32, redshift.vif.com.
11. A Different Approach to Cosmology, p. 287-93; The Big Bang Never Happened, p. 32-5.
12. Bye Bye Big Bang, Hello Reality, p. 311.
13. Ratcliffe, The Static Universe, p. 166-71.
14. Disney, "Modern cosmology: science or folktale?", americanscientist.org.
15. "Modern cosmology: science or folk tale?", astro.umd.edu.
05. Radiación de fondo de microondas
La radiación de fondo de microondas (MBR en inglés) fue descubierta por Penzias y Wilson en 1965 y tiene una temperatura de 2,73 grados Kelvin (K); de hecho, los teóricos de la Gran Explosión predijeron la radiación cósmica de microondas con un espectro de cuerpo negro sobrante de la bola incandescente del Big Bang. El prominente teórico George Gamow anticipó una temperatura de microondas de 5 K en 1948, 7 K en 1955 y 50 K en 1961, y en términos de densidad de energía, que se transforma a la cuarta potencia de la temperatura, la predicción de 50 K resulta en un valor 113.000 veces más elevado. Los defensores del Big Bang prefieren citar los 5 K predichos por Alpher y Herman (estudiantes de Gamow) en 1948, pero se olvidan de mencionar que un año más tarde la corrigieron a 20 K, al tiempo que se ignoran todas las evaluaciones más precisas de la temperatura de fondo por científicos contrarios al Big Bang. Walther Nernst dio una estimación de 0,75 K en 1938; en 1926 Arthur Eddington calculó que la luz estelar daría una temperatura de fondo de 3,2 K; para la década de 1930, Ernst Regener concluyó que el espacio intergaláctico tenía una temperatura de fondo de 2,8 K, y en 1941 Andrew McKellar la determinó en 2,3 K (1).
De acuerdo con la teoría del Big Bang, la MBR es el residuo de la luz emitida unos 380.000 años después de ese estallido colosal, cuando la radiación se separó de la materia, lo que significa que la temperatura bajó lo suficiente (3.000 K) para que los electrones y los núcleos formasen átomos de modo que la radiación pudiera expandirse libremente por el espacio. Supuestamente, la radiación infrarroja liberada en ese momento se ha desplazado hacia el rojo en un factor de más de 1.000, por lo que ahora es la radiación de microondas. La suavidad y el espectro casi perfecto del cuerpo negro del MBR son generalmente citados como confirmaciones de la Gran Explosión, pero si la radiación realmente ha estado recorriendo el espacio durante más de 13 mil millones de años e interactúa con estructuras galácticas parece mucho más probable que su espectro estuviera disperso y distorsionado (2).
La uniformidad extrema del MBR se interpreta en el sentido de que la materia en el Universo temprano del Big Bang debe haberse distribuido en una forma increíblemente suavizada, lo que hace que sea extremadamente difícil explicar cómo el Universo terminó teniendo tantos bultos. En abril de 1992 se anunció que el satélite Explorador de Fondo Cósmico (COBE) de la NASA había encontrado pequeñas fluctuaciones o "ondas" en la radiación de fondo, supuestamente causadas por variaciones cuánticas en el Universo inicial. Sin embargo, las modificaciones de temperatura eran muchísimo más vastas en extensión para ser antepasados de las galaxias y los cúmulos observados hoy, y no excedían las 30 millonésimas de grado, demasiado minúsculas para constituir las simientes a partir de las que se forman las estructuras. De esta forma, aunque los hallazgos fueron recibidos por los "big-bangers" (el líder del equipo COBE dijo que era como "ver el rostro de Dios"), "al mismo tiempo tiraron a la basura la mayoría de los modelos específicos de los cosmólogos para la formación del Universo" (3).
Desde entonces, se han hecho otras mediciones de MBR mediante la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) y diversos experimentos con globos y en bases terrestres, al tiempo que se gastan millones de dólares en este proyecto con el objeto de encontrar respaldos para el Big Bang. Los principales cosmólogos aseveran que los datos confirman plenamente todos los aspectos de dicha teoría y les han permitido determinar la edad del Universo (13,75 mil millones de años), las cantidades de materia oscura y energía oscura físicamente indetectables y otros numerosos parámetros con una precisión sin precedentes (4).
Pierre-Marie Robitaille, experto en imágenes de resonancia magnética, ha presentado una evaluación detallada y concluyente de los proyectos COBE y WMAP (5). El satélite WMAP adquiere señales en cinco frecuencias de microondas, y para crear imágenes de las fluctuaciones de microondas o anisotropías, se hacen intentos para eliminar la señal contaminante de primer plano de nuestra galaxia, que es 1.000 veces más intensa que la señal de interés, la cual a su vez está sujeta a variaciones anuales significativas. El equipo de WMAP aplica métodos complejos y arbitrarios de manipulación matemática para "limpiar" y combinar las imágenes en bruto, pero no tiene forma de verificar si las "características'" que quedan son realmente de origen cosmológico o el producto de procesamiento de datos, por lo que las figuras no cumplen con las normas aceptadas en la investigación de imágenes médicas. "A partir de los 5 grupos básicos se puede generar un número infinito de mapas," dice Robitaille; "no hay una solución única y por lo tanto cada mapa es indistinguible del ruido". Esto significa que todos los parámetros clave del "Universo Big Bang" que se han derivado de las anisotropías de microondas "están desprovistos de verdadero significado, precisamente porque las imágenes son tan poco fiables".
Robitaille sostiene que aún no se ha descartado que la señal de microondas medida por varios satélites, y en fecha más reciente por el Planck, provenga principalmente de los océanos en nuestro planeta (6). El agua es un poderoso absorbente y emisor en las bandas de microondas e infrarrojo lejano, y posteriormente las emisiones oceánicas son dispersadas por la atmósfera.
Serie superior: imágenes de las señales adquiridas por el satélite WMAP en las cinco frecuencias de observación: 23, 33, 41, 61, y 94 GHz, conocidas como bandas K, Ka, Q, V y W (de arriba abajo). Última imagen: la foto "limpiada" y retocada para el "consumo público". La temperatura promedio es de 2725 K y los colores representan diminutas fluctuaciones de temperatura: las regiones rojas son más cálidas y las azul oscuro más frías en aproximadamente 0,0002º (lambda.gsfc.nasa.gov).
Las reivindicaciones de una excelente concordancia entre la teoría del Big Bang y las observaciones MBR son muy dudosas. Eric Lerner señala que "la curva que se adaptó a los datos tenía siete parámetros ajustables, la mayoría de los cuales no podía ser corroborada por otras observaciones" y que incluso entonces "el ajuste no fue estadísticamente bueno, con una probabilidad menor al 5% de que la curva realmente calzara con los datos"; por ejemplo, el modelo sobreestimó en gran medida la anisotropía en las escalas angulares más grandes (7). La corriente continua de resultados anómalos a partir de los datos de WMAP se ignora o la teoría subyacente se modifica de manera que la predicción coincida con las mediciones (8). Una anomalía importante es que las anisotropías en la MBR "no parecen estar dispersas tan fortuitamente como se esperaba", pues están alineadas con la eclíptica u otras estructuras astrofísicas locales (9).
La Tierra está bañada por radiación cósmica en todas las bandas de frecuencia, desde ondas de radio hasta rayos gamma, y probablemente la mayor parte se origina en estrellas y centros galácticos. Hilton Ratcliffe sostiene que el fondo de microondas no es la excepción: "tiene mucho más sentido que constituya la temperatura límite del espacio calentado por la luz estelar del ambiente y la radiación de estructuras astrofísicas, incluyendo la propia Tierra, en vez de la firma de una hipotética explosión primordial" (10). Para suavizar las grandes variaciones y producir el espectro de cuerpo negro medido, la radiación tendría que ser dispersada y termalizada por absorción y reemisión reiteradas. Algunos investigadores creen que esto podría hacerse mediante diminutos filamentos de hierro y carbono en el espacio intergaláctico, como resultado de explosiones de supernovas (11), o por una maraña de filamentos de plasma denso y confinados magnéticamente que impregnan el medio intergaláctico (12).
Referencias
1. A.K.T. Assis y M.C.D. Neves, "History of the 2.7 K temperature prior to Penzias and Wilson", Apeiron, vol. 2, n° 3, 1995, p. 79-84, redshift.vif.com; Mitchell, Bye Bye Big Bang, Hello Reality, p. 104-5.
2. Bye Bye Big Bang, Hello Reality, p. 112-3.
3. Scientific American, julio de 1992, p. 9.
4. "Lambda-CDM model", en.wikipedia.org; "Wilkinson Microwave Anisotropy Probe", map.gsfc.nasa.gov.
5. Pierre-Marie Robitaille, "WMAP: a radiological analysis", Progress in Physics, vol. 1, 2007, p. 3-18, ptep-online.com; Pierre-Marie Robitaille, "COBE: a radiological analysis", Progress in Physics, vol. 4, 2009, p. 17-42, ptep-online.com.
3. Scientific American, julio de 1992, p. 9.
4. "Lambda-CDM model", en.wikipedia.org; "Wilkinson Microwave Anisotropy Probe", map.gsfc.nasa.gov.
5. Pierre-Marie Robitaille, "WMAP: a radiological analysis", Progress in Physics, vol. 1, 2007, p. 3-18, ptep-online.com; Pierre-Marie Robitaille, "COBE: a radiological analysis", Progress in Physics, vol. 4, 2009, p. 17-42, ptep-online.com.
6. Pierre-Marie Robitaille, "The Planck satellite LFI and the microwave background: importance of the 4K reference targets", Progress in Physics, vol. 3, 2010, ptep-online.com.
7. Eric J. Lerner, "Two world systems revisited: a comparison of plasma cosmology and the big bang", 2003, bigbangneverhappened.org.
8. Ratcliffe, The Static Universe, p. 119-20, 129-30.
9. "Ripples cause cosmic doubts over inflation", New Scientist, 30 de abril de 2005, newscientist.com; Eric Lerner, "Cosmology in 2007: a year-end survey", bigbangneverhappened.org.
10. The Static Universe, p. 128.
11. Narlikar y Burbidge, Facts and Speculations in Cosmology, p. 243-4; Hoyle, Burbidge y Narlikar, A Different Approach to Cosmology, p. 201-7.
12. Lerner, The Big Bang Never Happened, p. 50-1, 268-78; "Cosmology in 2007".
7. Eric J. Lerner, "Two world systems revisited: a comparison of plasma cosmology and the big bang", 2003, bigbangneverhappened.org.
8. Ratcliffe, The Static Universe, p. 119-20, 129-30.
9. "Ripples cause cosmic doubts over inflation", New Scientist, 30 de abril de 2005, newscientist.com; Eric Lerner, "Cosmology in 2007: a year-end survey", bigbangneverhappened.org.
10. The Static Universe, p. 128.
11. Narlikar y Burbidge, Facts and Speculations in Cosmology, p. 243-4; Hoyle, Burbidge y Narlikar, A Different Approach to Cosmology, p. 201-7.
12. Lerner, The Big Bang Never Happened, p. 50-1, 268-78; "Cosmology in 2007".