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jueves, 20 de febrero de 2014

6. Recombinación

Donde los electrones se combinan con los núcleos de hidrógeno y helio, produciendo átomos neutros


¡Muy bien, átomos, preparaos para el baile de la recombinación! ¡Cada pareja a su esquina!

Con tu pareja ven al centro, os golpea el fotón,
El electrón escapa, y estás en el mogollón.
Uno de la derecha te echa una mano,
Con un nuevo electrón, ¡te vas paseando!

Mientras los fotones estén calientes, los electrones no estarán,
Con los fotones fríos, los electrones volverán,
El Universo se expande y a la vez se enfría,
Así que únete a tu pareja: ¡haz lo que yo diga!

Con los fotones volando por todos los rincones,
Mantén a tu lado a tus electrones.
Aunque pienses que esto se baila en cuadrado,
La fusión se acerca, así que ten cuidado.


Mil millones de años de calma tendrás,
Hasta que las galaxias se empiecen a formar.
Pero una vez que las estrellas empiecen a brillar,
Echarás de menos este tiempo de paz.


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Disclaimer: This is a free-online translation from the book by Eric Schulman, "A Briefer History of Time" (1999-2004). No copyright infringement is intended.

jueves, 13 de febrero de 2014

5. Producción de deuterio y helio

Donde muchos de los protones y los neutrones del Universo Primigenio se combinan para formar hidrógeno pesado (deuterio) y helio


El Sneutrinillo domado


Personajes de la obra

PETRUCHIO, un protón
GRUMIO, un neutrón
PETRUMIO, un deuterón
HORTENSIO, un deuterón
PETRUMSIO, un núcleo de helio

ACTO 1

Escena 2: Padua. Un lugar público. Ante el dominio espacial de HORTENSIO.

                Entran PETRUCHIO y GRUMIO

PETRUCHIO
Verona, adiós te he dicho por algún tiempo con objeto de venir, como he venido, a ver a mis amigos de Padua. Y antes que otro alguno al más querido y mejor probado, mi buen Hortensio. Y éste es, si no me equivoco, su dominio espacial. ¡Aquí, Grumio, majadero! Da un porrazo.

GRUMIO
¿Que dé un porrazo, mi amo? ¿A quién debo pegar? ¿Es que alguna partícula ha insultado a vuestra señoría?

PETRUCHIO
Pronto, bribón, golpéame ahí y bien fuerte.

GRUMIO
¿Que os golpee ahí, mi amo? ¿Y quién soy yo, amo, para golpearos ahí?

PETRUCHIO
¡Necio!, golpea al punto en esa puerta como es debido, o seré yo quien golpee tu cabeza de animal.

GRUMIO atraviesa mediante efecto túnel la barrera energética de PETRUCHIO, produciendo a  PETRUMIO, un deuterón.

               Entra HORTENSIO

HORTENSIO
¿Qué pasa? ¿Qué ocurre aquí? ¡Pero si son Grumio y mi muy querido Petruchio! ¿Cómo es que venís de Verona para acabar en Petrumio?

PETRUMIO atraviesa mediante efecto túnel la barrera energética de HORTENSIO, produciendo a PETRUMSIO, un núcleo de helio.

Sale PETRUMSIO



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viernes, 7 de febrero de 2014

4. Aniquilación partícula-antipartícula

Donde todas las antipartículas del Universo aniquilan a casi todas las partículas, dejando un Universo hecho de materia y fotones


EL PRIMER LIBRO DE GAMOV, LLAMADO
ORÍGENES

CAPÍTULO 1, donde el Universo se transforma

En el principio, Dios creó las partículas y las antipartículasa. La temperatura era alta, las partículas y las antipartículas estaban en equilibro y el espíritu de Dios contemplaba el Universo desde las alturasb.

2   Dios dijo: "Hágase la luz", y  algunas partículas y antipartículas se aniquilaron mutuamente emitiendo fotones, y se hizo la luz. Dios vio que la luz era buena, y separó a los fotones de las partículas y antipartículas. Dios llamó a los fotones "bosones" y a las partículas y antipartículas "fermiones"c. Y hubo producción partícula-antipartícula y hubo creación de fotones: 10-43 primeros segundos.

3   Y Dios dijo: "Haya una expansión exponencial del Universo para que separe una parte de la otra". Y Dios hizo una expansión exponencial del Universo para separar los monopolos magnéticos entre sí, de forma que cualquier intento de encontrarlos fuera inútil. Y así fue. Dios llamó a la expansión exponencial "inflación". Y hubo densidad de energía de vacío y hubo inflación: 10-32 primeros segundos.

4   Y Dios dijo: "Reúnanse las partículas y las antipartículas, y aparezcan los fotones". Y así fue. Dios llamó a las pocas partículas restantes "materia", y a las antipartículas aniquiladas "antimateria". Y vio Dios que era bueno. Y hubo neutrones y hubo protones: primer segundo.

5   Y Dios dijo: "Haya reacciones nucleares para producir elementos más pesados". Y así fue. Dios hizo que los neutrones y los protones se combinaran para producir núcleos de deuterio, y Él combinó los núcleos de deuterio para hacer núcleos de helio. Y hubo también algo de litio, y hubo algo de berilio: primeros tres minutos.

6    Y Dios dijo: "Rebose el Universo de fotones energéticos y vuelen los electrones más allá de los núcleos de los átomos". Y así fue. Dios bendijo a las partículas y dijo: "Fructificad y producid átomos neutros", y la radiación se volvió menos energética y los electrones se combinaron con núcleos atómicos. Y vio Dios que esto era bueno. Y hubo radiación de fondo y hubo átomos neutrales: primeros 380 000 años.

7   Y Dios dijo: "Produzcan las perturbaciones de densidad colecciones de materia según su especie: estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias, según su especie". Y así fue. Dios hizo los cúmulos de galaxias según su especie, y las estrellas según su especie. Y vio Dios que esto era bueno.

8   Entonces dijo Dios: "Hagamos a la gravedad a nuestra imagen y semejanza, domine sobre los supercúmulos de galaxias, sobre los cúmulos de galaxias, sobre los grupos de galaxias, sobre las galaxias, sobre los cúmulos de estrellas, y sobre los sistemas estelares."

9   Vio Dios todo lo que había hecho, y he aquí que todo estaba bien. Y hubo relajación violenta y virialización: primeros mil millones de años.

10   Dios dio por terminada su obra al llegar los primeros mil millones de años, y tras pasar los primeros mil millones de años descansó de toda su obra. Y Dios bendijo el tiempo restante del Universo, y lo santificó,  porque en él descansó de toda la obra de su actividad creadora.


( a ) Las antipartículas son como las partículas, excepto que cuando se encuentran una partícula y su antipartícula, ambas se destruyen mutuamente emitiendo un estallido de radiación energética.
( b ) En un sentido cuatro-dimensional. Los caminos del Señor son inexcrutables.
( c ) También llamó a algunas de las partículas y antipartículas "bosones", pero eso es otra historia.



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viernes, 31 de enero de 2014

3. Expansión

Donde el Universo continúa expandiéndose, aunque no tan rápido


El Universo se está expandiendo, pero por alguna razón sigue siendo una odisea encontrar sitio para aparcar. Hay dos razones fundamentales. En primer lugar, el Universo se expande muy lentamente: tendrías que esperar 65 millones de años para que una manzana de casas se expandiera lo suficiente para generar una nueva plaza de aparcamiento. La otra razón es que la atracción gravitatoria entre todas las partículas de la Tierra supera con creces a la expansión del Universo, así que aunque dieras vueltas a la manzana durante 65 millones de años, no se haría más grande. Usar el transporte público sería una manera mucho más eficiente de emplear tu tiempo.

Pero si el Universo se está expandiendo, ¿dentro de dónde se está expandiendo? Para contestar a esta pregunta, imaginemos que somos criaturas bidimensionales viviendo en la superficie de un globo. Las únicas direcciones que conocemos son hacia adelante/hacia atrás y derecha/izquierda. Los matemáticos de entre nosotros son los únicos que tienen algún concepto de arriba/abajo, y los demás sospechamos que se lo están inventando. Sin embargo, llega un día en que unos astrónomos bidimensionales descubren que el globo en el que habitan se está expandiendo. ¿Cómo es posible? Para un observador externo (es decir, tridimensional) es evidente: el globo aumenta su volumen y la superficie de dicho globo (o lo que es lo mismo, el universo bidimensional) aumenta su área. Pero estos conceptos son muy difíciles de entender para los habitantes de globolandia.

¿Estoy diciendo, entonces, que nuestro Universo es como un globo tridimensional expandiéndose en un espacio cuatro-dimensional? Pues... quizás. Pero eso implicaría que el Universo tiene un volumen finito (los astrónomos llaman a esto un universo "cerrado") y que en algún momento dejará de expandirse para pasar a comprimirse de nuevo. Y aunque eso es posible, hoy en día la mayoría de astrónomos consideran que es improbable.

En ese caso, ¿qué pinta tiene el Universo? Lo más probable es que el Universo sea infinito en extensión ("abierto") y que continue expandiéndose para siempre, de donde se deduce que es un paraboloide hiperbólico tridimensional expandiéndose en un espacio cuatro-dimensional. Imagínatelo como la versión en cuatro dimensiones de una silla de montar tridimensional. O mejor aún, trata de no preocuparte por ello en absoluto. No hará que sea más sencillo encontrar sitio para aparcar.


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sábado, 25 de enero de 2014

2. Inflación

Donde la gran fuerza unificada se separa en las cuatro fuerzas fundamentales, y el Universo se expande varias veces de su tamaño original en un breve periodo de tiempo.


"Bienvenidos, damas y caballeros, a otra estupenda jornada aquí en las Colinas Universales. Estamos preparados para el inicio de lo que esperamos que sea el Derby Cosmológico más emocionante. Sólo tenemos cuatro fuerzas compitiendo hoy, pero todas y cada una de ellas son campeonas por derecho propio.

"En la línea de salida tenemos a la Gravedad, junto a ella se encuentra la Nuclear Fuerte, la Nuclear Débil y por último una joven competidora llamada Electromagnetismo. Las cuatro fuerzas están alineadas y unificadas tras las puertas de salida, esperando el sonido de la campana que anuncie el momento del Big Bang, que dará inicio a la carrera que determinará cuál es la fuerza dominante en el Universo.

"Es el sonido de la campana y ¡ahí van!

"A los 10-43 segundos la Nuclear Débil va en cabeza con la Nuclear Fuerte y el Electromagnetismo, con la Gravedad en último lugar.

"Estamos sólo al principio, apenas 10-38 segundos, y ya parece que la Nuclear Fuerte se empieza a escapar. Sí, ¡a los 10-37 segundos, la Nuclear Fuerte se ha despegado del Electromagnetismo y la Nuclear Débil! La densidad de energía es impresionante, damas y caballeros, ¡el Universo se está expandiendo exponencialmente! ¡¡Esto está resultando ser una verdadera revolución!!

"Estamos a 10-36 segundos y esto sigue. 10-35 segundos. 10-34 segundos...

"Un momento... Llevamos 10-33 segundos y parece... parece... ¡Efectivamente, damas y caballeros! La ruptura de la simetría se ha completado a los 10-32 segundos.

"La Nuclear Fuerte es ahora 14 veces más potente que el Electromagnetismo, y el Universo es 100 millones de billones de billones de billones de veces más grande que a los 10-37 segundos.

El público parece haber enloquecido, lanzan sus sombreros al aire y gritan: "¡Higgs!, ¡Higgs!, ¡Higgs!*" ¡Todo un espectáculo el de la Nuclear Fuerte! ¡Menuda fuerza!"


(*) Las cuatro fuerzas se separan gracias a un proceso denominado "ruptura espontánea de simetría" causado por un "campo de Higgs", cuyo "potencial" tiene forma de sombrero. Mientras que los físicos de partículas fruncen el ceño ante la falta de propiedad de esta explicación, el resto de nosotros podemos continuar leyendo el siguiente capítulo, que habla sobre lugares de aparcamiento.


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sábado, 18 de enero de 2014

1. Fluctuación cuántica

Donde empieza nuestro Universo

Érase una vez, hace mucho tiempo, muy lejos de aquí, un universo muy parecido al nuestro. Tenía perros, y gatos, y personas (algunas de las cuales preferían a los perros, y algunas otras preferían a los gatos), y Trigoencefalópodos Gnoccis, y otras cosas de las que no habéis oído hablar porque aún no las hemos encontrado.

Como nuestro Universo, éste tenía un tamaño infinito, y lo interesante de los universos infinitos es que cualquier cosa que tuviera la más mínima oportunidad de ocurrir, estaría ocurriendo en alguna parte, incluso si la probabilidad era muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy muy  muy muy muy pequeña.

Ocurría que uno de los efectos de la mecánica cuántica consistía en que grandes cantidades de materia y energía podían brotar espontáneamente, aunque eso era algo que raramente tenía lugar en un volumen de espacio determinado. Pues resulta que en este cuento, apareció un universo entero. Su densidad era más de 1000 millones de millones de millones de millones de millones de millones de millones de millones de millones de millones de millones de millones de millones de millones de millones de veces la del agua y su temperatura era superior a 100 millones de millones de millones de millones de millones de grados Celsius. Empezó a expandirse inmediatamente, volviéndose menos denso, y enfriándose. Por fortuna para los habitantes del primer universo, el nuevo universo se desenganchó rápidamente del viejo y comenzó a expandirse en un volumen de espacio cuatro-dimensional completamente diferente.

Ésta es la historia de ese Universo, y algunas de las cosas que ocurrieron en él durante los últimos 14 mil millones de años.

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