Expansión conserva orden
Tanto COBE como WMAP fotografiaron la primera luz en todas las direcciones, creando un mapa del cielo del universo primitivo. Hay un serio enigma científico sobre la primera luz. Tiene una temperatura casi uniforme, dentro de unas pocas decenas de partes por millón. Algo tenía que hacerlo uniforme. En particular, hay regiones o puntos con la misma temperatura.
Sabemos que las colisiones aleatorias entre moléculas de gas suelen establecer la temperatura del gas. Las moléculas de gas se mueven a velocidades aleatorias. La velocidad media es comparable con la velocidad del sonido en el gas. La velocidad del sonido es mucho menor que la velocidad de la luz. Por lo tanto, establecer el equilibrio térmico en una región de gas lleva mucho más tiempo que el tiempo que tarda la luz en atravesar la región una vez.
Los puntos cálidos en el fondo cósmico suelen tener un grado de ancho y la distancia a ellos es de 13.820 millones de años luz. Por lo tanto, sus diámetros son de unos 240 millones de años luz. Debería haber tomado mucho más de 240 millones de años para que las colisiones aleatorias establecieran una temperatura uniforme en los puntos. Pero la edad postulada del universo en ese momento era solo de 380 mil años. Incluso si hubiera algún mecanismo físico que pudiera establecer el equilibrio térmico con un solo paso a través de los puntos a la velocidad de la luz, habría tardado 240 millones de años en funcionar. ¡Pero en poco más de la milésima parte de ese tiempo el trabajo estaba hecho! Las manchas parecen desafiar la causalidad física, ¡pero ahí están!
Hay un punto relacionado. La temperatura es casi uniforme en todo el cielo temprano. Supongamos que miramos en cualquier dirección dada y medimos la temperatura del cielo, compensando el movimiento de la Tierra. Cuando miramos exactamente en la dirección opuesta, la temperatura es la misma dentro de una parte en 50.000. Sin embargo, se necesitaría muchas veces el doble de la edad del universo para que los dos puntos opuestos alcancen el equilibrio térmico, porque ningún efecto físico puede propagarse. Más rápido que la velocidad de la luz.
Antes de discutir la solución más simple, explicaremos una solución mucho más complicada que es parte del actual clima de opinión entre los físicos.
Inflación poco después del comienzo
Algunas teorías dicen que la organización de regiones densas y enrarecidas apareció en la más mínima fracción de segundo después de la colisión de los rayos gamma. Las teorías dicen que un cambio físico en el material caliente del universo primitivo produjo las fluctuaciones y, de paso, estableció la tasa de expansión.
Cuando se pone agua a hervir, aparecen en ella burbujas de vapor. Estos impulsan una rápida expansión del agua en forma de vapor. La conversión de agua a vapor se llama cambio de fase.
Alan Guth publicó una teoría de la inflación[i] en 1981 para explicar por qué el universo se expande a una tasa finamente ajustada. Más tarde publicó versiones populares.[ii]–[iii] Guth propuso que algún tipo de cambio de fase podría haber provocado una rápida inflación cuando el universo era muy nuevo. Los puntos ya habían alcanzado el equilibrio térmico en regiones muy pequeñas, y luego las regiones se inflaron repentinamente por un factor enorme. Propuso que la edad del universo al comienzo de la inflación estaba entre 1 micro-micro-micro-microsegundo y 10 micro-micro-microsegundos.
[i] Guth, A. H., "Inflationary Universe: A Possible Solution to the Horizon and Flatness Problems [Universo inflacionario: una posible solución a los problemas del horizonte y la planitud]", Physical Review D, 23 (Número 2, 15 de enero de 1981), págs. 347–356.
[ii] Guth, A. H. y P. J. Steinhardt, “The Inflationary Universe [El universo inflacionario]”, Scientific American, 250 (Número 5, mayo de 1984), págs. 116–127.
[iii] Guth, A. H., The Inflationary Universe [El universo inflacionario] (Reading, Massachusetts, Addison-Wesley, 1997).
En la teoría de Guth, la tasa de crecimiento tiene que ser mucho más rápida que la velocidad de la luz.
Eso en sí mismo hace que algunos científicos digan que la teoría de la inflación viola la causalidad. Algunos otros teóricos han propuesto que la velocidad de la luz era mucho más rápida al principio. Hasta que hubo átomos, no tenemos forma de determinar la velocidad de la luz. ¿Era variable la velocidad de la luz al principio, y se estabilizó en un valor constante justo antes de que la gente pudiera empezar a comprobarlo? La suposición parece gratuita. ¿La luz actúa como deslizadores cuando entran en la "zona de halo" alrededor de un coche de policía?
Las fotografías no muestran cuánto tiempo tardaron las regiones uniformes en crecer hasta los tamaños que vemos. Aunque las fotografías parecen una confirmación de la teoría de la inflación de Guth, debemos recordar que la idea de que el universo tenía 380.000 años cuando emitió la primera luz es una deducción basada en cierto modelo. Una idea más simple es que el universo tenía mucho más de 240 millones de años en ese momento, y que el equilibrio se produjo sin ninguna inflación o expansión más rápida que la velocidad de la luz.
Cualquiera que fuera la edad del universo cuando los procesos térmicos establecieron su temperatura de equilibrio, la expansión subsiguiente conservó ese orden establecido. Esta es otra razón para evitar el término "Big Bang". El universo no explotó al principio. Se expandió de manera ordenada. La Biblia dice cinco veces en Génesis 1:6 8 que Dios puso expansión en los cielos. La ampliación conservó el orden que vemos en las fotografías de la primera luz.
La tasa de expansión está finamente ajustada
Ahora sabemos que la tasa de expansión se ajustó con precisión para producir un universo habitable. La teoría de la relatividad general de Einstein permite a los físicos calcular la tasa crítica de expansión. La tasa crítica es la tasa más lenta posible que permite que las galaxias se expandan para siempre a distancias infinitas entre sí.
Tanto COBE como WMAP fotografiaron la primera luz en todas las direcciones, creando un mapa del cielo del universo primitivo. Hay un serio enigma científico sobre la primera luz. Tiene una temperatura casi uniforme, dentro de unas pocas decenas de partes por millón. Algo tenía que hacerlo uniforme. En particular, hay regiones o puntos con la misma temperatura.
Sabemos que las colisiones aleatorias entre moléculas de gas suelen establecer la temperatura del gas. Las moléculas de gas se mueven a velocidades aleatorias. La velocidad media es comparable con la velocidad del sonido en el gas. La velocidad del sonido es mucho menor que la velocidad de la luz. Por lo tanto, establecer el equilibrio térmico en una región de gas lleva mucho más tiempo que el tiempo que tarda la luz en atravesar la región una vez.
Los puntos cálidos en el fondo cósmico suelen tener un grado de ancho y la distancia a ellos es de 13.820 millones de años luz. Por lo tanto, sus diámetros son de unos 240 millones de años luz. Debería haber tomado mucho más de 240 millones de años para que las colisiones aleatorias establecieran una temperatura uniforme en los puntos. Pero la edad postulada del universo en ese momento era solo de 380 mil años. Incluso si hubiera algún mecanismo físico que pudiera establecer el equilibrio térmico con un solo paso a través de los puntos a la velocidad de la luz, habría tardado 240 millones de años en funcionar. ¡Pero en poco más de la milésima parte de ese tiempo el trabajo estaba hecho! Las manchas parecen desafiar la causalidad física, ¡pero ahí están!
Hay un punto relacionado. La temperatura es casi uniforme en todo el cielo temprano. Supongamos que miramos en cualquier dirección dada y medimos la temperatura del cielo, compensando el movimiento de la Tierra. Cuando miramos exactamente en la dirección opuesta, la temperatura es la misma dentro de una parte en 50.000. Sin embargo, se necesitaría muchas veces el doble de la edad del universo para que los dos puntos opuestos alcancen el equilibrio térmico, porque ningún efecto físico puede propagarse. Más rápido que la velocidad de la luz.
Antes de discutir la solución más simple, explicaremos una solución mucho más complicada que es parte del actual clima de opinión entre los físicos.
Inflación poco después del comienzo
Algunas teorías dicen que la organización de regiones densas y enrarecidas apareció en la más mínima fracción de segundo después de la colisión de los rayos gamma. Las teorías dicen que un cambio físico en el material caliente del universo primitivo produjo las fluctuaciones y, de paso, estableció la tasa de expansión.
Cuando se pone agua a hervir, aparecen en ella burbujas de vapor. Estos impulsan una rápida expansión del agua en forma de vapor. La conversión de agua a vapor se llama cambio de fase.
Alan Guth publicó una teoría de la inflación[i] en 1981 para explicar por qué el universo se expande a una tasa finamente ajustada. Más tarde publicó versiones populares.[ii]–[iii] Guth propuso que algún tipo de cambio de fase podría haber provocado una rápida inflación cuando el universo era muy nuevo. Los puntos ya habían alcanzado el equilibrio térmico en regiones muy pequeñas, y luego las regiones se inflaron repentinamente por un factor enorme. Propuso que la edad del universo al comienzo de la inflación estaba entre 1 micro-micro-micro-microsegundo y 10 micro-micro-microsegundos.
[i] Guth, A. H., "Inflationary Universe: A Possible Solution to the Horizon and Flatness Problems [Universo inflacionario: una posible solución a los problemas del horizonte y la planitud]", Physical Review D, 23 (Número 2, 15 de enero de 1981), págs. 347–356.
[ii] Guth, A. H. y P. J. Steinhardt, “The Inflationary Universe [El universo inflacionario]”, Scientific American, 250 (Número 5, mayo de 1984), págs. 116–127.
[iii] Guth, A. H., The Inflationary Universe [El universo inflacionario] (Reading, Massachusetts, Addison-Wesley, 1997).
En la teoría de Guth, la tasa de crecimiento tiene que ser mucho más rápida que la velocidad de la luz.
Eso en sí mismo hace que algunos científicos digan que la teoría de la inflación viola la causalidad. Algunos otros teóricos han propuesto que la velocidad de la luz era mucho más rápida al principio. Hasta que hubo átomos, no tenemos forma de determinar la velocidad de la luz. ¿Era variable la velocidad de la luz al principio, y se estabilizó en un valor constante justo antes de que la gente pudiera empezar a comprobarlo? La suposición parece gratuita. ¿La luz actúa como deslizadores cuando entran en la "zona de halo" alrededor de un coche de policía?
Las fotografías no muestran cuánto tiempo tardaron las regiones uniformes en crecer hasta los tamaños que vemos. Aunque las fotografías parecen una confirmación de la teoría de la inflación de Guth, debemos recordar que la idea de que el universo tenía 380.000 años cuando emitió la primera luz es una deducción basada en cierto modelo. Una idea más simple es que el universo tenía mucho más de 240 millones de años en ese momento, y que el equilibrio se produjo sin ninguna inflación o expansión más rápida que la velocidad de la luz.
Cualquiera que fuera la edad del universo cuando los procesos térmicos establecieron su temperatura de equilibrio, la expansión subsiguiente conservó ese orden establecido. Esta es otra razón para evitar el término "Big Bang". El universo no explotó al principio. Se expandió de manera ordenada. La Biblia dice cinco veces en Génesis 1:6 8 que Dios puso expansión en los cielos. La ampliación conservó el orden que vemos en las fotografías de la primera luz.
La tasa de expansión está finamente ajustada
Ahora sabemos que la tasa de expansión se ajustó con precisión para producir un universo habitable. La teoría de la relatividad general de Einstein permite a los físicos calcular la tasa crítica de expansión. La tasa crítica es la tasa más lenta posible que permite que las galaxias se expandan para siempre a distancias infinitas entre sí.