EL
EFECTO DOPPLER Y LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO
Desde principios del siglo XIX, los
estudios de la naturaleza de la luz había demostrado que esta se propaga en
forma de ondas (Young, 1801)). No obstante, el efecto fotoeléctrico descubierto
por Hertz en 1887, predijo también la presencia de luz en forma de partículas;
descubrimiento que serviría a Einstein para presentar en 1905 su estudio sobre
el fenómeno fotoeléctrico.
Todos hemos sido testigos del de cómo
el sonido de un avión, o un automóvil, especialmente aquellos con sirena cuando
se acerca o se aleja de nosotros cambia el tono de sonido que emiten. Este fenómeno se conoce como Efecto Doppler,
y su descubrimiento se debe al científico austríaco Christian Andreas Doppler (1803-1853),
quien en 1842 lo describió.
El Efecto Doppler está definido como
el aparente cambio de frecuencia de una onda que se produce por el movimiento
relativo de la fuente respecto a su observador.
El Efecto Doppler relativista es el cambio observado en
la frecuencia de una radiación electromagnética que se origina en una fuente que
está en movimiento relativo con respecto al observador. El Efecto Doppler relativista se diferencia
de los efectos Doppler de otro tipo de ondas en que la velocidad de la luz es
constante para el observador.
Una consecuencia del Efecto Dopler
relativista es el corrimiento al rojo que se observa cuando una fuente de luz se
aleja del observador, o corrimiento al azul cuando se acerca a este. Por corrimiento al rojo, se denomina al
aumento de la frecuencia de onda de una radiación electromagnética cuando la
fuente se aleja del observador, sin importar si esta radiación pertenece al espectro
visible.
El corrimiento al rojo es un fenómeno
que fue descrito por el físico francés Hippolyte Fizeau en 1848, cuando observó
que el desplazamiento en líneas espectrales visto en las estrellas era debido
al efecto Doppler, dada de la naturaleza ondulatoria de la luz. Este fenómeno fue utilizado en 1868 por
William Huggins para determinar la velocidad con que una estrella se aleja de la
Tierra.
El corrimiento al rojo puede ocurrir
por tres posibles mecanismos:
1. El desplazamiento
Doppler de la fuente
2. La
expansión métrica del espacio
3. La
dilatación del tiempo que ocurre cerca de objetos masivos
Consecuencias del corrimiento al rojo
en la expansión del universo
 |
| Expansión del Universo |
El astrónomo Vesto Slipher, descubrió
en 1914, mientras realizaba otras observaciones, el primer indicio de que el
universo podía estar expandiéndose, ya que ciertas nebulosas espirales se
alejaban de nuestro planeta y del sol a enorme velocidad, ya que, tenían
considerables corrimientos al rojo.
Entre los años 1925 y 1930 Edwin Hubble
y Milton Humason, continuaron las observaciones hechas por Slipher utilizando el
telescopio gigante del Monte Wilson, así midieron las velocidades y distancias
recesionales de un gran número de galaxias lo que bastó para demostrar que se
alejan de nosotros a velocidades proporcionales a la distancia que hay entre
ambos. Como resultado de ello, Hubble
formuló la ley que lleva su nombre, y que comprueban las formulaciones hechas en
1922 por el matemático y meteorólogo ruso Alexander Aleksándrovich Friedman (1888-1925).
Independientemente de Friedman, en 1927 Georges
Lemaître (1894-1966), sacerdote jesuita y astrofísico belga, llegó a a
similares resultados que dieron origen a la llamada modelos dinámicos Friedman-Lemaître,
los cuales fueron comprobados en los años 1930 por los físicos Howard
Percy Robertson de EE. UU. y Arthur Geoffrey Walker de Gran Bretaña,
para producir la llamada métrica FLRW o métrica Friedman-Lemaître-Robertson-Walker.
La importancia de la métrica FLRW es que ella
es una es una solución exacta de las ecuaciones
de campo de Einstein de la relatividad general.
Con base en estas
ecuaciones, Lemaître postuló que el universo se originó en la explosión de un “átomo
primigenio”, “huevo cósmico” o hylem*,
que se expandió hasta producir el universo.
Esta propuesta fue desarrollada por el físico ucraniano nacionalizado
estadounidense George Gamow (1904-1968), en la que conocemos hoy en día como la
Teoría
del Big Bang.
En 1965 Arno Penzias y Wilson
descubrieron una misteriosa radiación de
microondas procedía de más allá de su receptor, esta radiación parecía estar en
todas partes. Esta radiación, que tiene
una energía que ronda los 3K, es la evidencia de un origen del universo, denso
y caliente, como el de la gran explosión que propuso Lamaître.
Momento
|
Suceso
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Big Bang
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Densidad infinita, volumen cero.
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10 e-43 s
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Fuerzas no diferenciadas
|
10 e-34 s
|
Sopa de partículas elementales
|
10 e-10 s
|
Se forman protones y neutrones
|
1 s
|
10.000.000.000ºC. Universo tamaño Sol
|
3 minutos
|
1.000.000.000ºC. Nucleos de átomos
|
30 minutos
|
300.000.000ºC. Plasma
|
300.000 años
|
Átomos. Universo transparente
|
1.000.000 años
|
Gérmenes de galaxias
|
100 millones de años
|
Primeras galaxias
|
1.000 millones de años
|
Estrellas. El resto, se enfría
|
5.000 millones de años
|
Formación de la Vía Láctea
|
10.000 millones de años
|
Sistema Solar y Tierra
|
Modificado
de: Astrono Mía
La gran explosión
una teoría en desarrollo
Algunos científicos como Richard Tolman
propusieron que el desarrollo del universo es oscilante, sin embargo, Stephen Hawking
y otros han demostrado que esto no es factible, ya que, que la singularidad es un componente esencial de la gravedad
de Einstein.
Con respecto al origen del universo, otros físicos
como Alan Guth, continúan la búsqueda de una nueva
teoría física que pueda explicar el origen del universo de la nada u origen ex
nihilo.
Los estudios actuales del
universo están íntimamente relacionados con el desarrollo de las
investigaciones de la partículas elementales de la materia, la llamada materia
oscura (fría y caliente) y su relación con la energía oscura, y los modelos
multidimensionales del espacio-tiempo
La teoría de Kaluza-Klein es una generalización de la teoría de la
relatividad general. Fue propuesta por Theodor Kaluza (1919), y refinada por
Klein (1926), y trata de unificar la gravitación y el electromagnetismo, usando
un modelo geométrico en un espacio-tiempo de cinco dimensiones.
El principio de certeza (2005) permite generalizar y unificar tanto el principio de incertidumbre de Heisenberg (1927) y la relación Mandelstam-Tamm (1945). Resultó ser aplicable a cualquier sistema cuántico, incluyendo los campos cuánticos relativistas.
(*) Notas:
Hylem: Ylem o hylem
(forma aumentativa de la palabra griega ὑλη -hylé-= materia) es el nombre dado por Aristóteles a la
que consideraba sustancia fundamental de la cual procedería todo ente de materia.
(Wikipedia)
Videos recomendado:
1. Universo,
planetas y estrellas: http://www.youtube.com/watch?v=zCIR5lYDLOw
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Bibliografía
1. Arbatsky, D.A (2006). The certainty principle (review). Recuperado el 29/10/2011, de: http://daarb.narod.ru/tcpr-eng.html
2. Martínez,
Yaiza (9 Febrero 2007) Detectan huellas
de otras siete dimensiones en el Universo.
Recuperado el: 29/10/2011, de: Tendencias Científicas: http://www.tendencias21.net/Detectan-huellas-de-otras-siete-dimensiones-en-el-Universo_a1382.html
3. ____ (). Expansión
del Universo. Recuperado el:
29/10/2011, de http://html.rincondelvago.com/origen-y-expansion-del-universo.html
4. Wikipedia
[b] (19/10/2011). Ylem. Recuperado el:
02/11/2011, de: http://es.wikipedia.org/wiki/Ylem
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