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Negacionismo del Big Bang, ¿qué es el tiempo?, elongación espacio temporal o mengua matérica universal

Posted by Albert Zotkin en octubre 6, 2016

Dicen que nuestro universo se expande. Peor aún, dicen que se expande aceleradamente, y nos muestran las evidencias. A menudo, en física y otras disciplinas, no sólo científicas, las evidencias son sólo interpretaciones o medias verdades. ¿Hacia dónde se expande nuestro universo?. Como la respuesta a eso es simplemente “hacia ningún sitio”, y como pretenden mantener como cierta la afirmación de que el universo se expande aceleradamente, sólo les queda argumentar que lo que se expande realmente es el espacio-tiempo, por lo que la materia que se encuentra enclavada en él formando cúmulos está en proceso de recesión relativa. Por lo tanto, la elongación espacio-temporal parece ser un hecho irrefutable, pero no, no es irrefutable. Ese supuesto hecho se basa en el desplazamiento hacia el rojo de las rayas espectrales de la luz de galaxias y cúmulos de galaxias que nos está llegando. Ese desplazamiento al rojo se interpreta como si fuera un efecto Doppler, y por lo tanto, se interpreta que existe una velocidad de recesión de cada galaxia que es aproximada y directamente proporcional a la distancia. Pero a mi me surgen muchas dudas sobre todas esas afirmaciones. La primera es si es cierto que el espacio-tiempo se expande y de forma acelerada ¿por qué han de separarse unas de otras las partículas materiales?. O dicho de otra forma. ¿Dónde y qué clase de ancla tiene cada partícula material clavada en ese espacio-tiempo para que sea arrastrada con su expansión?. Alguien puede argumentar con el ejemplo de un gas dentro de un recipiente. Si el recipiente se expande el gas se expande con él, enfriándose y disminuyendo su presión. Pero yo puedo argumentar también que ese gas se expande acompañando al recipiente porque las partículas de ese gas impactan y rebotan continuamente en las paredes del recipiente. Las partículas del gas intercambian calor continuamente con las paredes del recipiente. Pero, ¿dónde están las paredes de nuestro universo?, o peor aún, ¿alguien ha visto alguna vez que las galaxias reboten contra unas supuestas paredes universales?. Nuestro universo no posee bordes materiales, fronteras, barreras sobre las que impactar, colisionar. Parece ser un universo infinito espacial y temporalmente, por lo tanto, cualquier supuesta expansión del espacio-tiempo no arrastraría materia, no puede haber anclaje de la materia en el espacio-tiempo. Cuando matemáticamente sumas a infinito cualquier número real, sigue dando infinito.

big-bang-camelo

Esta reflexión nos lleva inexorablemente a la pregunta: ¿qué es el tiempo?. El tiempo es simplemente el método que utiliza nuestro cerebro para ordenar nuestras experiencias en la memoria. El tiempo es la acción de un librero numerando las páginas del libro de nuestra vida. Objetivamente, el tiempo no existe. En la naturaleza sólo hay presente, y no hay ni futuro ni pasado. Por esa razón los viajes en el tiempo (como los de las pelis de ciencia-ficción) son realmente imposibles. No se puede viajar a un tiempo futuro por la sencilla razón de que no se puede viajar hacia algo que aún no existe. Igualmente, no se puede viajar a un tiempo pasado por la sencilla razón de que ese tiempo pasado no existe. Evidentemente si pudieras viajar a un tiempo pasado te encontrarías con una duplicación de materia, salida de la nada. Pero no hay atajos ni caminos por los que pueda transcurrir la materia hacia tiempos pasados o futuros. Cuando los físicos teóricos actuales entiendan mejor qué es el tiempo y por qué el tiempo no es sólo esa cosa que miden los relojes, estarán en mejores condiciones de elaborar teorías más certeras sobre la naturaleza. Otra característica que define al tiempo es su inexorabilidad: dime cualquier fecha en el pasado y siempre es imaginable saber que esa fecha ocurrió realmente. Dime cualquier fecha en el futuro y te puedo asegurar que esa fecha llegará. Es como el juego de escribir un número real, siempre podemos escribir otro número real mayor o menor que ese. O al escribir dos números reales, siempre podemos encontrar otro distinto entre ambos. Por lo tanto, el tiempo es cuantificable, y para ello usamos los relojes.

Respecto a la pregunta ¿qué es el espacio?, cabe responder de una forma muy análoga a como lo hemos hecho con el tiempo. Pero el espacio no se nos presenta como el tiempo. Nuestros cerebros no ven al espacio como algo que transcurre, sino literalmenete como un recipiente donde están las cosas que percibimos. El tiempo pasa (siempre hay tiempo pasando, nunca se acaba), el espacio permanece. Percibimos el tiempo como algo dinámico y al espacio como algo estático. Pero ambas cosas son productos imprescindibles para ordenar nuestra experiencia.

¿Por qué percibimos el espacio como poseyendo tres dimensiones?. Cuando algunos físicos teóricos nos hablan de otras dimensiones espaciales extra, además de las tres clásicas (ancho, alto y profundo), para esconder su falta de evidencia científica, nos cuentan que esas dimensiones están como enrolladas sobre sí mismas, plegadas microscópicamente y por eso no podemos verlas. Todos sabíamos desde el principio, porque lo aprendimos bien, que lo que caracteriza a un sistema espacial de referencia es la ortogonalidad de sus ejes. Si una dimensión está plegada, retorcida microscópicamente, creo yo que no es una buena opción para un sistema espacial de referencia, porque ese “enrollamiento” no es precisamente la mejor definición de ortogonalidad. Evidentemente, nuestro espacio puede ser descrito matemáticamente mediante muchos ejes (no sólo tres) que no sean ortogonales, pero todos pueden ser reducidos a tres ejes ortogonales desde los que nuestras ecuaciones se simplifican drásticamente para describir lo mismo con igual éxito. El espacio que percibimos posee infinitas direcciones desde las que nos puede llegar el peligro o la salvación. Son infinitas direcciones por las que podemos huir del peligro, o estar alerta, por las que nos puede llegar el depredador a cazarnos. Nuestras tres dimensiones espaciales tienen mucho más que ver con las características de nuestro cerebro (de nuestra mente), que de algo externo. Nuestros antecesores, simios arborícolas, vivían casi todo el día encaramados a sus ramas, y el alimento lo conseguían desplazándose de rama en rama, al mismo tiempo que miraban en todas direcciones para estar alerta de los acechadores. Nuestro sentido de la vista es capaz de percibir con tres colores básicos de los que se derivan todos los demás. Eso es así por evolución natural. Nuestros parientes ancestrales necesitaban distinguir qué fruta estaba madura por su color, qué alimento era aparentemente comestible por su color y cual no. Del mismo modo que nuestro cerebro y nuestros órganos sensoriales han evolucionado para percibir todos los colores de las cosas que pueden ser expresados mediante esos tres colores básicos, una evolución similar se ha producido para percibir lo que llamamos el espacio. Al igual que los tres colores básicos desde los que podemos percibir cualquier otro color, nuestro cerebro percibe el espacio desde tres direcciones básicas, y cualquier otra dirección puede ser expresada mediante ellas. Así pues, cuando nos preguntamos por qué tres dimensiones espaciales, hay que preguntarse por qué tres colores básicos, y la respuesta es más de fisiología humana que de física universal.

El llamado espacio-tiempo, es pues un constructo, algo más teórico que real. Nuestro cerebro casa muy mal el espacio y el tiempo como un espacio de cuadro dimensiones. Nuestro cerebro no admite como muy natural que el tiempo sea un eje más como los otros tres ejes espaciales. Notamos muy bien qué es intuitivamente el tiempo, y por qué no puede ser una dimensión espacial más. La flecha del tiempo es algo muy subjetivo. El futuro es algo que aún no existe y por lo tanto no puede ser apuntado por ninguna fecha con certeza. El pasado es algo que ya no existe, y por lo tanto ninguna flecha pudo apuntar con certeza hacia nuestro presente.

Y por ultimo. ¿Qué hacemos con el Big Bang?. Puesto que toda la evidencia nos viene de supuestos desplazamientos al rojo de lineas espectrales, y que los santones del paradigma cosmológico actual se han encargado de darnos de comer ese fenómeno como si fuera un efecto Doppler cosmológico, lo que tenemos es un universo en creciente estampida. Pero si pensamos un poquito vemos, que ese efecto Doppler, que también se da en las diferencias de potencial gravitatorio, es simplemente algo relativo, de perspectiva, de horizonte, más que ningún supuesto Big Bang. La distancia a escala cosmológica produce sencillamente una diferencia de potencial gravitatorio, pero esa diferencia de potencial no significa ninguna expansión ni ningún alejamiento de las galaxias. Toda la materia permanecería esencialmente estática en nuestro universo, y lo único que cabría explicar es ¿por qué la distancia cosmológica produce diferencias relativas de potencial gravitatorio?. Cuando dibujamos la gráfica de un potencial gravitatorio producido por una masa puntal, lo solemos hacer como una curva en forma de campana invertida cuyos bordes se aproximan infinitamente hacia un eje horizontal, el cual marca un potencial nulo (potencial cero). Es decir, ese potencial es una curva gaussiana invertida, que posee valores negativos, y que se hacen menos negativos a medida que se aproximan al eje horizontal de potencial cero. Pero a escala cosmológica, esa linea de potencial cero podría ser más un arco de circunferencia que una recta real, por lo que además de las diferencias locales de potencial debido a la presencia cercana de materia, existirían diferencias relativas de potencial gravitatorio debido a la distancia.

Supongamos que un Radio de Hubble, es la mayor distancia cosmológica de la que nos puede llegar luz. Existe pues un horizonte cósmico, que podemos cuantificar de la siguiente forma: Supongamos que el potencial cosmológico es la superficie lisa de una esfera, y que los potenciales gravitatorios locales son pequeños montículos que destacan sobre esa superficie. Cuando nos situamos en un montículo se crea un horizonte desde el cual podemos percibir luz procedente de puntos de otros montículos. Si nos situamos en un punto de la superficie el radio de nuestro horizonte se reduce, y solo podremos ver luz procedente de montículos muy promimentes y cercanos. Pero, si nos situamos en una montaña de potencial local muy grande, nuestro horizonte para ver luz será muy grande. Esto resuelve la Paradoja de Olbers. En otras palabras, vemos el número de estrellas y galaxias que vemos por nuestra posición peculiar dentro de nuestra galaxia. Si estuvíéramos en una región remota, muy alejada de cúmulos grandes de materia, como son las galaxias, es decir, en una región muy cercana al potencial cero, veríamos muy pocas estrellas y galaxias en el cielo, menos de las que somos capaces de ver, porque nuestro horizonte observacional sería mas reducido.

Esto significaría que cuanto más cercanos estamos de una gran masa nuestro horizonte cósmico (observacional) será mas grande. Así, nuestra distancia al nuestro horizonte será:

\displaystyle  d={\sqrt {(R+h)^{2}-R^{2}}} \\ \\  s=R\arccos {R \over R+h} (1)
donde R el radio de Hubble, h nuestra altura local de potencial gravitatorio, s la distancia real al punto H, d la distancia tangencial que recorre la luz.

Figura 1

Figura 1

Esto significa que, según esta teoría del potencial cosmológico, que me estoy inventando, no sólo existe por la misma linea de vision el punto H del horizonte, sino otros más remotos, H1, H2, etc, si están situados sobre potenciales gravitatorios de cierta altura.

Luego en una esfera universal, sin defectos topológicos (como los campos gravitatorios locales), el potencial de deriva cósmica vendrá expresado por la ecuación:

\displaystyle  \phi (r) = c^2  \left (1-\sqrt {1- \frac{r^2}{R^2}}\right ) \\ \\ (2)

cuya gráfica es la siguiente: hemi-circle

Obviamente, si r es muy pequeña respecto a R, ese potencial de deriva cósmica se reduce a cero. Y cuando r tiende a R, el potencial f tiende a c². En un campo de potencial gravitatorio local, los valores son escalares negativos que crecen con la distancia hacia cero. Pero, en el campo de potencial de deriva cósmica los valores escalares son positivos y tienden con la distancia r hacia el cuadrado de la velocidad de la luz en el vacío.

Desde esa expresión explicita de potencial de deriva cósmica es fácil descubrir que el desplazamiento al rojo de las rayas espectrales de la luz de galaxias remotas es el siguiente:

\displaystyle  z=\frac{\Delta\lambda}{\lambda} = \exp\left( \frac{\phi (r)}{c^2}\right) -1 (3)
donde ? es la longitud de onda original (emitida), y ?? es la diferencia entre la longitud de onda observada y la emitida. Y si queremos expresar la distancia r en función del desplazamiento al rojo z y del radio de Hubble, tendremos:

\displaystyle  z+1= \exp\left( 1-\sqrt {1- \frac{r^2}{R^2}}\right) \\ \\ \\  \ln (z+1)=  1-\sqrt {1- \frac{r^2}{R^2}} \\ \\ \\
\displaystyle  r = R\sqrt{2\ln (z+1)-\ln^2 (z+1) } (4)
Esto cambia drásticamente las distancias estándar calculadas hasta ahora para las galaxias y cúmulos remotos. Por ejemplo, se ha observado que los desplazamientos al rojo más grandes corresponden a unos extraños objetos remotos que se llaman cuásares. Estos extraños objetos nos ofrecen desplazamientos al rojo que van de z = 0.16 hasta z = 3.53. Lo cual, según mi hipótesis, implica distancias entre r = 0.524R y r = 0.875R.

Mi hipótesis tiene una serie de ventajas frente a las teorías del Modelo Cosmológico Estándar. En mi hipótesis:

  1. No existe recesión de galaxias y demás objetos remotos, sino que permanecen esencialmente en reposo. Ese desplazamiento al rojo se debe casi en su mayoría a la diferencia de potencial de la deriva cósmica. Después hay que sumar o restar otros efectos Doppler, debidos a potenciales gravitatorios locales, y/o a velocidades cinemáticas.
  2. La localización de la fuente emisora y la del observador en sus respectivos potenciales gravitatorios locales contribuyen al efecto de desplazamiento al rojo, ya que hay que calcular sobre la diferencia neta de potencial (sumando y/o restando potenciales locales y cinemáticos al potencial cosmológico).
  3. La Radiación de fondo de Microondas sería según mi hipótesis vulgares fotones emitidos mayoritariamente por átomos de hidrógeno procedentes de galaxias y cúmulos en el horizonte H, incluso más allá de él, en una franja cercana. Es decir de puntos H1, H2, etc, tal como los he dibujado en la figura 1.
  4. Los cuásares serían, ni más ni menos que galaxias y cúmulos con alta acumulación de materia y muy cercanos al horizonte cósmico H, pero dentro (no fuera) de la esfera de Hubble.
Por lo tanto, según mi hipótesis cosmológica, nuestro universo observable sería tan sólo un hemisferio de la gran esfera cósmica, esfera universal (no confundir con la esfera de Hubble), que tendría cuatro dimensiones espaciales. El otro hemisferio quedaría inaccesible, en su mayor parte, a nuestra observación de ondas electromagnéticas. Esa cuarta dimensión espacial es sobre la que se curva la linea de potencial cero. Es decir, nuestro universo (el observable y el no observable) sería simplemente la superficie de una hiperesfera de cuatro dimensiones espaciales.

figura 2 (Esfera universal)

Figura 2 (Esfera universal)

Si queremos traducir los potenciales a velocidades de recesión o viceversa debemos establecer la siguiente equivalencia, la cual es posible porque se usan coordenadas cosmológicas:

\displaystyle   \exp\left( \frac{v}{c}\right) =z+1= \exp\left( 1-\sqrt {1- \frac{r^2}{R^2}}\right) \\ \\ \\   \frac{v}{c}=\ln (z+1)=  1-\sqrt {1- \frac{r^2}{R^2}} \\ \\ \\
\displaystyle   v =c \ln (z+1) =  c \left(1-\sqrt {1- \frac{r^2}{R^2}}\right) \\ \\ \\ (5)
Por ejemplo. Se observó que la galaxia 8C1435+635 posee un corrrimento al rojo de z = 4.25, que es el más grande que se ha conseguido ver hasta ahora. Así desde el Modelo Estándar, ese desplazamiento correspondería a una velocidad de recesión de v = 0.93c. Pero, si usamos las coordenadas cosmológicas tenemos una velocidad de recesión de:

\displaystyle   v = c \ln (z+1) = = c \ln (5.25) = 1.70475 c (6)
es decir, una velocidad superlumínica. Y en terminos de diferencia de potencial cosmológico tendriamos:

\displaystyle  \Delta\phi = c^2\ln(z+1) = 1.70475 c^2 (7)
Por lo que esta lejana galaxia estaría algo más allá de nuestro horizonte cósmico. Pero nuestros telescopios la pueden ver porque es una gran acumulación de materia, ya que su altura de potencial gravitatorio sobresaldría un poco por encima de nuestro horizonte cósmico. Toda galaxia o cúmulo más allá de nuestro horizonte que no posea suficiente altura de potencial para destacar, sino que estuviera a ras de él. solo puede ser vista como formando parte de la Radiacíón Cósmica de Fondo. Esto significa que cuando una fuente emisora de luz cercana al horizonte posee poca altura de potencial, no sólo su luz nos llegaría con desplazamiento al rojo, sino con poca intensidad (pocos fotones), y cuanto más grande sea su potencial gravitatorio local más intensa veremos su luz y bien diferenciada del ruido de fondo cósmico.

Saludos

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Demostración de que la anisotropía de perfil Doppler en el plasma estelar descarta la inflación cósmica

Posted by Albert Zotkin en marzo 29, 2013

Queridos lectores, hoy voy a demostrar que la llamada inflación cósmica no existe realmente, sino que es un artefacto de aplicar incorrectamente el efecto Doppler de ondas electromagnéticas para fuentes remotas.
Hasta ahora parece indiscutible que las galaxias y cúmulos de galaxias se alejan unas de otras con una velocidad de recesión que crece con la distancia que las separa. Eso lo descubrió, como sabemos, Edwin Hubble.

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Hoy en día, no sólo sabemos que existe esa inflación cósmica, sino peor aún que eso, parece ser que esa inflación tiene lugar de forma acelerada.
Hoy voy a demostrar que no sólo el universo no se está expandiendo de forma acelerada, sino que es esencialmente estático (no hay inflación). Para esa pequeña demostración, aunque rigurosa, me apoyaré en dos hechos irrefutables. El primer hecho es que el efecto Doppler de una onda electromagnética se describe completamente mediante la fórmula f = f_0 \exp (v/c). El otro hecho es el llamado ensanchamiento Doppler.

Observemos la luz de una estrella distante. Sabemos que las estrellas están formadas esencialmente por hidrógeno, el cual mediante reacción de fusión se transforma en helio, liberando gran cantidad de energía. Parte de esa energía nos llega en forma de fotones. Pero, observemos también que una estrella posee una atmosfera casi perfectamente esférica, y sus fuentes de emisión de fotones están distribuidas azarosamente por ella. El ensanchamiento Doppler es el ensanchamiento de líneas espectrales debido al efecto Doppler causado por una distribución de velocidades de átomos o moléculas.

Derivemos ahora una fórmula para el ensanchamiento Doppler de luz procedente del plasma de una estrella muy remota.

Cuando el movimiento térmico hace que en la fotosfera de esa estrella remota un átomo de Higrógeno se mueva hacia el observador, la radiación emitida sufrirá un corrimiento hacia una frecuencia más alta. Igualmente, cuando la fuente emisora se aleja, la frecuencia se reduce. Para velocidades relativistas (RGC, Relatividad Galileana Completa), el corrimiento Doppler en frecuencia será:

\displaystyle f = f_0 \exp \left ( \frac{v}{c} \right ) (1)
donde f es la frecuencia observada, f0 es la frecuencia en reposo, v es la velocidad del emisor hacia el observador, y c es la velocidad de la luz.

Puesto que en cualquier elemento de volumen del cuerpo radiante hay una distribución de velocidades dirigidas tanto hacia el observador como alejándose de éste, el efecto neto será un ensanchamiento de la línea observada. Si \,P_v(v)dv es la fracción de partículas con componente de velocidad v a v + dv a lo largo de la línea de visión, la distribución de frecuencias correspondiente será

\displaystyle P_f(f)df = P_v(v)\frac{dv}{df}df (2)
donde v es la velocidad hacia el observador que corresponde al corrimiento de la frecuencia en reposo f0 a f. Diferenciando (1) tenemos

\displaystyle v = c \ln \frac{f}{f_0} \\ \\ \\ dv = \frac{c\ df}{f} (3)

por lo tanto

\displaystyle P_f(f)df = \frac{c}{f}P_v\left (c \ln \frac{f}{f_0} \right) df (4)
En el caso del ensanchamiento Doppler térmico, que se observa en los perfiles del plasma estelar, la distribución de velocidades viene dada por la distribución de Maxwell-Botzmann

\displaystyle P_v(v)dv = \sqrt{\frac{m}{2\pi kT}}\,\exp\left(-\frac{mv^2}{2kT}\right)dv (5)
donde M es la masa de la partícula emisora, T es la temperatura y k es la constante de Boltzmann. Entonces tendremos que,

\displaystyle P_f(f)df=\left(\frac{c}{f}\right)\sqrt{\frac{m}{2\pi kT}}\,\exp\left(-\frac{m c^2 \ln^2 (\frac{f}{f_0}) }{2kT}\right)df (6)
Podemos ahora observar en (6) que estamos ante la presencia de una distribución log-normal, y esto significa que no solo existe un ensanchamiento de las lineas espectrales sino también un desplazamiento hacia el rojo, debido a la anisotropía que produce la exponencial en el perfil Doppler.

La distribución log-normal tiende a la función densidad de probabilidad

\displaystyle f(x;\mu,\sigma) = \frac{1}{x \sigma \sqrt{2 \pi}} e^{-(\ln x - \mu)^2/2\sigma^2} (7)
por lo tanto, para (6) tendremos que la media sería \mu=\ln f_0, si expresamos f_0 en unidades naturales, e igualmente, siendo \sigma la desviación estándar del logaritmo de variable f, tendremos,

\displaystyle 2\sigma^2 = 2\frac{k T}{m c^2} \\ \\ \\  \sigma = \sqrt{\frac{k T}{m c^2}} (8)
observemos estos ejemplos de funciones densidad de probabilidad de distribuciones log-normales,

LogNormalDistribution

Recordemos ahora la Ley de Planck, la cual predice la intensidad de la radiación emitida por un cuerpo negro con una temperatura T, y una frecuencia f,

\displaystyle I(f ,T) = \frac{2h\pi f^{3}}{c^2}\frac{1}{e^{\frac{h f}{kT}}-1} (9)
y algunas gráficas a modo de ejemplos, como las siguientes
nos están diciendo a gritos que tales curvas son en realidad funciones densidad de probabilidad de distribuciones log-normales. La pregunta del millón es pues ¿por qué la Ley de Planck no se expresa como una distribución log-normal?.

Escalemos ahora las gráficas de arriba de las distribuciones log-normales por ciertos factores de escala s,

LogNormalDistribution2

Esto nos hace pensar que la Ley de Planck puede ser modelada mediante distribuciones log-normales que poseen un factor adicional de escala. Y por lo tanto, nos hace pensar que la derivación de la Ley de Planck usando la mecánica estadística es sólo una aproximación más pobre que la conseguida con distribuciones log-normales.

Fijémonos ahora en el Fondo Cósmico de Microondas (CMB). Cuando hacemos un plot de la intensidad de la CMB en función de las frecuencias de sus fotones (vease la de COBE), obtenemos una gráfica que se define como la de emisión de un cuerpo negro, por lo tanto obedece la Ley de Planck. Pero, observando las distribuciones log-normales, es ya más que evidente que la CMB nos llega precisamente como distribución log-normal. Y eso significa que si adoptamos ese modelo entonces podemos llegar a predecir observables que el modelo estándar no puede predecir.

Saludos

— Continuará —

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Panorama 360º del Fondo Cósmico de Microondas

Posted by Albert Zotkin en marzo 27, 2013

Hace poco terminé de programar este player en flash para fotos panorámicas. En este ejemplo, proyecto el mapa de WMAP de la Radiación Cósmica de Fondo (CMB). Para navegar por la esfera, mantén presionado el botón izquierdo del ratón más o menos sobre el centro de la imagen y arrastra hacia la dirección que quieres visualizar. Si quieres en pantalla completa haz click en el botón de la derecha del menú de navegación del player.
Esta imagen muestra las fluctuaciones de la CMB durante cinco años de exploración de la sonda WMAP. El brillo promedio corresponde a una temperatura de 2.725 kelvin (grados sobre el cero absoluto de temperatura, equivalente a -270 grados centígrados, 0 -455 grados fahrenheit). Los colores presentan variaciones de temperatura, igual que en un mapa del tiempo: las regiones en roja son más calientes y las azules más frias que la media (0.0002 grados menos). Este mapa se elaboró a partir de cinco bandas de frecuencia, de tal forma que las señales provenientes de nuestra Vía Láctea han sido suprimidas.

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Planck también ve “el eje del mal” en el Fondo Cósmico de Microondas

Posted by Albert Zotkin en marzo 25, 2013

Estos días se habla mucho de los nuevos datos aportados por el satélite Planck. Aunque parece ser que muchos han quedado un poco defraudados, porque esperaban datos más contundentes.

Satélite Planck de la ESA

Satélite Planck de la ESA

Andrei Linde, físico teórico ruso-norteamericano y profesor de física en la Universidad de Stanford, y uno de los proponentes de lo que se llama la inflación cósmica, dijo lo siguiente, mucho antes de que se conocieran los resultados del satélite Planck de la ESA:

Si Planck descubre ondas gravitatorias, pondrá en primera plana todos estos modelos [de alta-energía]

Pero, el satélite Planck no ha encontrado ondas gravitatorias. Linde también mostraba esperanza de que Planck demuestre o refute las problemáticas observaciones de WMAP (lease “eje del mal y otros horrores”). Es decir que el llamado “eje del mal”, si se demuestra que su origen es cósmico y no un sesgo sistemático, fastidiaría su teoría de la inflación cósmica. Pero, el satélite Planck no ha refutado “el eje del mal”, lo ve igual que lo veía la sonda WMAP de la NASA, o quizás lo ve aún con más nitidez.

Para cualquier “mainstreamófilo” (seguidor acérrimo de la doctrina oficial, fé ciega, acritico) el “eje del mal” es un horror porque pone en tela de juicio el dogma, la doctrina oficial, y eso no puede ser aceptado de ningún modo. Los acríticos de lo políticamente correcto luchan con todas sus fuerzas para desterrar para siempre ese horror y otros muchos. Pero ¿qué es el “eje del mal” y por qué jode tanto a los mainstreamófilos del lameculismo oficial?. En primer lugar el “eje del mal” se carga cualquier universo isótropo, es decir, el universo observable podría ser más largo en una dirección que en otra, y eso es un horror para el modelo estándar. También indicaría que existe un sistema de coordenadas preferente, lo cual se cargaría de un plumazo la relatividad especial de Einstein. También demostraría ese “eje del mal” que la velocidad de la luz en el vacío no es ninguna constante universal, con lo cual echaría mas tierra sobre la tumba de la relatividad Einsteniana.

La sonda WMAP antes que Planck fue la primera en ver patrones de puntos calientes y fríos en el fondo cósmico de microondas (CMB en inglés) que no están distribuidos al azar como se esperaba. En cambio, parecían estar alineados a lo largo de un eje, al que João Magueijo y su equipo en el Imperial College London (ICL) le pusieron el nombre de “eje del mal”.

Los cosmólogos estaban divididos sobre si el efecto era real o un defecto de los instrumentos de WMAP. Razonaban diciendo que si era real, entonces necesitarían revisar sus ideas de la forma del universo. El patrón observado podría significar que es más largo en una dirección que en la otra. Esto podría significar el cambio en los modelos de inflación —el período de expansión justo después del Big Bang— que postula un universo isótropo, que es igual en todas direcciones. Andrew Jaffe del ICL decía:

“Si vemos el eje del mal con Planck, entonces sabremos que no es un defecto del instrumento”

Pero, vayamos por partes (como dijo Jack “el destriprador”). El Fondo Cósmico de Microondas, como su propio nombre indica, son fotones cuya frecuencia está en el intervalo de lo que llamamos las microondas, es decir ondas electromagnéticas cuya frecuencias van desde los 300 MHz hasta los 300 GHz, lo que suponen longitudes de onda de entre 1 m a 1 mm. Dichos fótones proceden de los confines del universo observable. Es decir, proceden de nuestro horizonte cósmico. Se cree que más allá de donde proceden esos fotones no nos llega radiación de ningún tipo. Pues bien, cuando los cientificos distribuyen las frecuencias de dichos fotones en una gráfica, resulta que el plot obtenido es muy similar al del espectro de radiación de un cuerpo negro, que ofrece diferentes temperaturas, y cuya temperatura media sería de 2.725 K (Kelvin).

El espectro de la radiación de fondo de microondas medido por el instrumento FIRAS en el satélite COBE

El espectro de la radiación de fondo de microondas medido por el instrumento FIRAS en el satélite COBE

Pero, obviamente la CMB no posee en sí misma ninguna temperatura, ya que no existe realmente una única fuente o hipotético cuerpo negro que emita esa radiación. La CMB está únicamente formada por simples y modestos fotones, que según qué teoria uses, su procedencia podrá ser el llamado Big Bang o cualquier otra cosa, quizás más prosaica, como por ejemplo la emisión de luz de átomos de Hidrógenos remotos, procedentes de nuestro horizonte cósmico que ha sufrido un corrimiento al rojo hasta llegar a los valores que se observan. Entonces, nuestra esfera celeste está llena de puntos desde los que nos llegan fotones de CMB, y cada punto en la esfera posee un color representativo de su diferencia de temperatura respecto a la media de 2.725 K

Planck_CMB_node

Este mapa de color que representa diferencias de temperatura de nuestra esfera celeste, y que representa a los fotones que nos llegan de la CMB, puede ser descompuesto en muchos otros mapas más simples. Esa descomposión se llama expansión en multipolos esféricos. Pero, ¿qué es exactamente una expansión en multipolos esféricos?. Si poseemos un mapa esférico que se puede describir mediante la función de dos variables f(\theta,\phi) , donde \theta y \phi son respectivamente el ángulo polar y el ángulo acimutal. Podemos expandir dicha función por medio de sumas de términos que implican a los llamados armónicos esféricos. Por ejemplo, esa función de dos variable la podemos expresar de la siguiente forma:

\displaystyle f(\theta,\phi) = \sum_{l=0}^\infty\, \sum_{m=-l}^{l}\, C^m_l\, Y^m_l(\theta,\phi) (1)

Donde: Y^m_l(\theta,\phi) representan los armónicos esféricos, C^m_l son los respectivos coeficientes de la expansión: El término C^0_0 representa la parte monopolar; Los términos C^{-1}_1,\  C^0_0,\  C^1_1 representan la parte dipolar, etc.

Los armónicos esféricos son esencialmente funciones trigonométricas. Los físicos tienden a referirse a una descomposición en armónicos esféricos como “modos”. Así, el termino correspondiente a l=0 es un monopolo, para l=1 los términos son llamados dipolos, para l=2 cuadrupolos, etc. Una anisotropía dipolo de la temperatura de la CMB es una variación periódica la cual completa un ciclo alrededor del cielo Ese dipolo tiene un polo “caliente” y un polo “frio”. Una anisiotropía cuadrupolar es una variación periódica de la temperatura de la CMB la cual completa dos ciclos alrededor del cielo. En general una anisotropía de modo l del cielo completa l ciclos alrededor del cielo. Despues de sustraer los efectos de la rotación diurna de la Tierra, su órbita alredor del Sol, el movimiento de transalación del Sol en la Vía Láctea, y el movimiento de la Vía Láctea en el Grupo Local, observamos desde la Tierra una anisotropía dipolar de la CMB en la esfera celeste. Esa anisotropía dipolar en nuestra esfera celeste se debe al movimiento propio del Grupo Local de galaxias hacia el supercúmulo de Virgo, a una velocidad de de aproximadamente 600 km/s. Esa anisotropía dipolar de la temperatura se sustrae de la CMB, con lo cual queda un patrón de temperatura que debería ser isótropo estadísticamente.

Desafortunaddamente, parece que los modos de cuadrupolo y octupolo de la CMB (modos con l=2 y l=3) son cualquier cosa menos isótropos. Sus respectivos ciclos de puntos de calor y frio sólo están presentes en un particular plano del cielo, y los ejes de esos dos planos están estrechamente alineados entre sí. Es muy intrigante también que estos ejes apunten hacia la dirección general del supercúmulo de Virgo. Si estos alineamientos ocurren por azar, entonces sus probabilidades serian de 0.015 y de 0.05 respectivamente.

Peor aún. Michael Longo de la universidad de Michigan analizó 1660 galaxias espiral en los catálogos del Sloan Digital Sky Survey, y encontró que sus ejes de rotación están casi alineados con “el eje del mal” (su paper en arxiv fue retractado más tarde, parece ser). Longo estima que la probabilidad de que esto ocurra por azar es menos del 0.4 por ciento.

Las fluctuaciones en la CMB de las escalas angulares mas grandes se cree que son restos de las fluctuaciones de densidad primordiales. El “eje del mal” es por lo tanto un serio problema para la teoría de la inflación.

Sin embargo, hay que recalcar que la cosmología basada en la relatividad general es perfectamente capaz de asumir un universo no-isótropo. Aunque los modelos de la FRW son perfectamente de simetría esférica alrededor de cada punto espacial, existe otra clase de modelos espacialmente homogeneos los cuales sólo son rotacionalmente simétricos sobre cada punto. Entre estos últimos está la clase Kantowski-Sachs. Mientras que el grupo de isotropía espacial de un modelo FRW es SO(3), el grupo de isotropía espacial de un modelo de simetría rotacional es SO(2). Estos modelos de simetría rotacional son también homogeneos , por lo tanto cada punto del espacio es rotacionalmente simétrico alrededor de un eje.

Hasta ahora, todo intento de explicar “el eje del mal” como consecuencia de la contaminación de datos de la CMB por procesos cercanos de primer plano (locales) ha resultado infructuoso. De todas formas, el hecho de que “el eje del mal” apunte hacia el supercúmulo de Virgo parecería ser también una coincidencia bastante remarcable si ocurriera por azar. Quizás procesos locales, relacionados con el movimiento del Grupo Local hacia el supercúmulo de Virgo han alterado la anisotropía dipolar. La consecuencia quizás sea que no hemos sustraido correctamente la anisotropía dipolar de la CMB, con lo cual quedan restos viciados en los modos de cuadrupolo y octupolo.

Planck mapea la noche de los tiempos

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En mi opinión “el eje del mal” se debe básicamente a que la velocidad de la luz en el vacio es variable, pues esa variación depende de la velocidad de la fuente respecto del observador. Esta anomalia, la cual no sé por qué estúpida razón fue bautizada como “eje del mal”, está muy relacionada con un antiguo e histórico experimento, el cual ha sido denigrado y menospreciado. Ese experimento fue el de Dayton Miller. El vió antes que nadie el llamado “eje del mal” y cómo la velocidad “absoluta” de la Tierra apunta hacia el supercúmulo de Virgo. Maurice Allais pudo efectuar mucho después un minucioso análisis estadístico sobre los datos del experimento de Dayton Miller y pudo descubrir cómo existen alineaciones no fortuitas con la ecliptica.

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