¿Qué más podría ser el fondo cósmico de microondas, si no el eco de la teoría del Big Bang?
Esta publicación explicará las observaciones de CMB de una manera que pocos que han publicado respuestas a esta pregunta quieren escuchar. Lo sé, voy completamente en contra de la sabiduría convencional, pero la pregunta es: si no, ¿qué más?
Que el CMB tenga algo que ver con un big-bang no es tan difícil como nos hacen creer. Si va a ser tan amable de escucharme, puede comenzar a sentir lo mismo.
Desde que Penzias y Wilson detectaron por primera vez el CMB, innumerables observaciones han confirmado la presencia de una radiación uniforme y uniformemente distribuida que llega a la Tierra desde todas las direcciones en el espacio. La mayoría supone que esto es un “resplandor residual” del big-bang, residuo de la explosión original. Si, de hecho, la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB) es un artefacto del big-bang, entonces el hecho de que el CMB está distribuido de manera tan uniforme indica que el residuo del big-bang también debe haber sido distribuido de manera uniforme.
Se sabe desde hace mucho tiempo que, si la distribución de la radiación original fue absolutamente uniforme, no hay forma de que se formen galaxias. La consistencia extrema de la radiación cósmica de fondo de microondas presenta un obstáculo insuperable. Hasta que podamos entender de dónde provienen las galaxias (los bultos) y cómo se formaron, y hasta que comprendamos cómo la radiación de fondo se volvió tan uniforme, a pesar de una separación intrínseca del espacio por inflación que lo hace imposible, las preguntas más básicas de cosmología y cosmogonía quedará sin respuesta.
En la actualidad, “No tenemos una teoría convincente para el origen de las galaxias”. [Peebles, Principios de Coamología Física, p. 9] No hay ningún truco o truco que podamos aplicar al big-bang que haga posible la existencia de galaxias. Y la inflación empeora las cosas al separar las cosas mucho más rápido de lo que la gravedad puede volver a unirlas. No es de extrañar que algunas personas comiencen a preguntarse si alguna vez hubo una gran explosión en primer lugar.
La formación de galaxias requiere que existan algunas sobredensidades originales que puedan servir como semillas de atracción gravitacional, sin las cuales las galaxias ni siquiera pueden comenzar a formarse. Tenemos galaxias y podemos medir el CMB con extrema precisión. Y son mutuamente excluyentes. Podemos tener uno u otro, no ambos. Entonces, ¿abandonamos el big-bang o negamos que existan galaxias?
Antes de hacerlo, vale la pena mirar primero la forma en que medimos la radiación cósmica de fondo de microondas, aunque solo sea porque medir el CMB es una tarea con el mayor grado de dificultad, en la frontera de las capacidades tecnológicas y teóricas más avanzadas de la humanidad. La gran pregunta es, ¿hay variaciones en el CMB o no? Las apuestas son altas; sin variación … sin big-bang. Actualmente se están haciendo todos los esfuerzos posibles para detectar alguna, cualquier variación.
Para medir con precisión el CMB, primero debemos saber exactamente, con la precisión más extrema, qué es realmente todo lo que existe en el universo: su firma de radio precisa en las longitudes de onda exactas que estamos midiendo. Esto se debe a que restaremos estos cálculos de lo que detectamos y asumiremos que el resto es el CMB.
Debido a que el detector tiene que estar más frío que lo que está midiendo, y el CMB está a menos de 3 ° por encima del cero absoluto, es necesario mantener el aparato de detección a la temperatura más baja que podamos manejar. Teóricamente, esto es completamente factible, pero de manera realista, En la práctica, es extremadamente difícil mantener una temperatura suficientemente baja, incluso en el ambiente helado del espacio.
La luz indirecta de todos los cuerpos en el universo (la tierra, el sistema solar, las estrellas y galaxias cercanas) que se refleja en el satélite en sí es particularmente problemática. Deben calcularse tantas influencias directas e indirectas, con un grado de precisión tan asombroso que, no importa cuán buenos anticipemos la posible interferencia de todas las cosas que sabemos y podemos anticipar, el margen de error, aunque extremadamente pequeño, sigue siendo significativo
A primera vista parece fácil. Como dijimos, simplemente restamos nuestras suposiciones calculadas de nuestras observaciones y lo que queda debería ser la radiación cósmica de fondo de microondas. Un gran problema es que cualquier suposición errónea, o el error acumulado más pequeño en nuestros cálculos, se ve exactamente como una variación en el CMB. El espacio entre la precisión y el error es tan pequeño que a menudo no podemos notar la diferencia.
Desde su descubrimiento, se han realizado una serie de experimentos con globos, cohetes y satélites para estudiar el CMB a longitudes de onda cada vez más cortas, siempre con el objetivo de encontrar alguna variación en la radiación de fondo. Especialmente notables son las recientes observaciones de Cosmic Background Explorer (COBE) a las que nos referimos y abordaremos con más detalle. Nuestras mejores observaciones de COBE muestran algunas indicaciones muy vagas de variaciones, pero hasta donde podemos saber con certeza, no hay ninguna. (Lo sé , esto es muy controvertido. Por favor, tengan paciencia).
Obviamente, esto no significa que no haya ninguno. Simplemente significa, si hay, en este momento no podemos decir con certeza. En el límite mismo de lo que somos capaces de medir, las diferencias son tan pequeñas, los supuestos tan innumerables, es difícil saber si las variaciones que estamos midiendo son reales, o simplemente el límite difuso de nuestra capacidad de medir.
Debido a que las observaciones de COBE no son concluyentes, aunque altamente sugestivas, hay muchas razones para seguir buscando; aunque solo sea porque un CMB perfectamente liso representa una pared impenetrable entre un big bang y el universo en el que habitamos. La respuesta a esta pregunta es nuevamente una diferencia crítica entre la vida y la muerte para el big-bang.
Dondequiera que miremos, sabemos que siempre hay algo más alejado de lo que vemos. No podemos, o aún no sabemos, exactamente qué es, o cuánto más hay por ahí. Lo que sí sabemos, lo sabemos con asombrosa precisión, pero hay limitaciones. Es como redondear números irracionales. Uno solo puede elegir el grado de error; uno no puede eliminarlo por completo.
Siempre hay un error implícito, algo inaccesible, una incertidumbre pequeña pero definitiva en el límite mismo de nuestra capacidad de percibir y medir. Puede deberse a la naturaleza de lo que se está midiendo o a la forma en que medimos. El acto de medir tiene limitaciones. Nuestros instrumentos de medición tienen limitaciones. Por lo general, los instrumentos de medición son más precisos cerca del centro de su rango, pero la naturaleza de la radiación de fondo requiere que todas nuestras mediciones se realicen en el límite más externo de la capacidad de nuestros instrumentos y nuestra capacidad tecnológica para hacerlo, el mismo lugar donde la probabilidad y la posibilidad de error es mayor.
Es un buen truco saber exactamente qué es lo que estamos viendo. Es relativamente fácil permitir el sol, la luna y la Vía Láctea, pero las galaxias en el “espacio profundo” presentan un problema. Cuando enfocamos nuestros mejores telescopios el tiempo suficiente en lugares del universo que al principio parecen totalmente vacíos; es decir, cuando miramos lo suficientemente lejos en el espacio, invariablemente encontramos más cúmulos de galaxias, millones de galaxias de todos los tipos y variedades diferentes conocidos. Para todas las apariencias, no hay fin. Como estas ‘encuestas de cielo profundo’ están lejos de ser exhaustivas, es un poco presuntuoso pensar que realmente sabemos exactamente qué son todas las cosas que existen, cuando en este momento apenas sabemos que están allí. Pero eso es solo una dificultad muy pequeña para las observaciones COBE. Hay problemas mucho mayores.
La verdadera naturaleza del espacio que rodea al COBE, o cualquier satélite, es algo enigmática. El efecto de todo ese espacio volando sobre el satélite es una consideración inesperadamente grande. Lo más importante es calcular el efecto que tiene el satélite en sí mismo en todo el espacio que vuela, porque la influencia del satélite en el espacio que pasa se refleja y es captada por los detectores. Se cree que este es el lugar donde ocurren muchos, pero no todos, los errores más significativos.
Para operar, los instrumentos de medición deben mantenerse por debajo de la temperatura de la radiación que se detecta, pero el satélite en sí es mucho más cálido. El calor del satélite afecta el espacio a su alrededor de una manera que influye en las observaciones. Eso también debe ser conocido con asombrosa precisión y restado de nuestras observaciones. Y todo esto debe hacerse, mientras el satélite entra y sale de las sombras, dando vueltas y vueltas en círculos en muchos niveles diferentes.
No hay duda de que tenemos y seguimos acumulando una cantidad ‘astronómica’ de información sobre lo que hay en el universo. El punto es que siempre llegamos a un lugar donde tenemos que redondear nuestra respuesta, y los errores no solo suman, sino que se multiplican. Medir el CMB requiere tantas mediciones, y hay un límite implícito al grado de precisión de cada medición. Debemos preguntarnos de nuevo, ¿estamos frente a los límites de nuestra capacidad de medir? O, ¿estamos realmente midiendo una característica del universo?
No debemos perder de vista el hecho de que estas son apenas observaciones directas, son inferencias estadísticas, nada más. Y si no me equivoco, nuestras suposiciones sobre lo que estamos restando deben ser precisas con precisión dentro de unos 30 decimales. donde cada error se ve exactamente como una observación del CMB.
Los mapas de la distribución de las diferencias de temperatura detectados por el estudio del satélite COBE del CMB, generalmente llevan la advertencia (y si no lo hacen, deberían) “Aproximadamente la mitad de los puntos en el mapa se deben a incertidumbres de medición. El análisis estadístico muestra que también hay una señal cósmica. ”[JP Mather, J. Boslough, The Very First Light, fig.12, p. 239] Y, quizás deberíamos agregar, ¡nadie sabe cuál es cuál, de lo contrario, no se habrían incluido!
Además de eso, otras encuestas también han encontrado variaciones, anisotropías, pero no siempre se encuentran exactamente en los mismos lugares. “[La mayor parte de la variación en la imagen, que produce esas impresionantes manchas y flecos, fue de radiación aleatoria producida por el detector de microondas mismo. Cuando esto se ha solucionado comparando resultados a diferentes longitudes de onda y utilizando análisis estadísticos, queda muy poco ”. [Clegg, B., Before the Big Bang, p.147] Claramente, existe cierta controversia sobre si los resultados de COBE son tan definitivos como nos hacen creer. Por interesantes que sean, todavía no son, como se anuncia, prueba de variaciones en el CMB, y mucho menos, de que el universo surgió de una gran explosión.
¿Es el CMB realmente un remanente desvanecido de una gran explosión? ¿Podrían las pequeñas variaciones, si existen, ser realmente una prueba de que las galaxias podrían haber evolucionado incluso después de la inflación? Steven Hawking afirma que las observaciones de COBE sobre las variaciones en el CMB son “El mayor descubrimiento del siglo [XX]”. ¿Qué pasa con la relatividad? El atomo? El foton? ¿Avances en medicina, biología, ingeniería genética, electrónica y fotónica, transistores, láseres, descubrimientos del telescopio Hubble, viajes espaciales?
Sin embargo, las observaciones inequívocas de las variaciones en el CMB serían un descubrimiento extremadamente importante para los defensores del big-bang como el Dr. Hawking. De lo contrario, no hay camino desde el big bang a las galaxias. Interviene una grieta cósmica.
Hay otras hipótesis que podrían explicar el CMB que vale la pena mencionar. Quizás la radiación de fondo es un fenómeno local, solo suave en nuestro “vecindario”, como un halo galáctico de la Vía Láctea. Aunque los halos que observamos en otras galaxias son bastante calientes, eso no significa que los nuestros no estén fríos.
Eric Lerner cree que la fuente bien podría ser un “medio intergaláctico”. Si el CMB, como la expansión universal del espacio, solo ocurre en el espacio entre galaxias, entonces, nuevamente, estamos midiendo un fenómeno ‘local’ y no hay forma concebible de distinguir entre eso y la temperatura de todo el universo. Observamos cúmulos galácticos con temperaturas muy diferentes a las nuestras. Desafortunadamente, no hay forma de saber con certeza si lo que observamos como CMB es simplemente la temperatura de (o alrededor) de nuestra galaxia, entre nuestra galaxia y otras galaxias, la temperatura del cúmulo galáctico local o de universo mismo Es decir, hasta que podamos obtener una sonda fuera de nuestra galaxia. Eso será un rato.
La observación de Fred Hoyle parece cierta: “Antes de que se puedan construir los instrumentos, deben hacerse afirmaciones extravagantes sobre lo que encontraremos. No es sorprendente que cuando estos instrumentos finalmente funcionen, tengamos una sucesión de afirmaciones aún más fuertes en el sentido de que lo que se esperaba realmente se ha encontrado “. [Brian Clegg, Before the Big Bang, pp.131-2] A menor evidencia, cuanto más grandioso sea el reclamo. (Con disculpas al Dr. Hawking.) La afirmación de Steven Hawking de que las variaciones de CMB son el “mayor descubrimiento del siglo”, es un ejemplo perfecto.
El verdadero enigma es cómo el intenso calor del big bang, al menos un par de billones de grados, mantuvo una homogeneidad tan perfecta en todo el universo, mientras se sumergía a unos pocos grados por encima del cero absoluto, cuando no había tiempo suficiente, dado un gran estallido y expansión, para que todo en el universo se entremezcle lo suficiente como para establecerse en una sola temperatura en todas partes al mismo tiempo?
Entonces, la respuesta corta a la pregunta, ¿Qué más podría ser el fondo cósmico de microondas, si no el eco de la teoría del Big Bang? es : Es igualmente probable que el CMB sea simplemente la temperatura de (o alrededor) de nuestra galaxia, entre nuestra galaxia y otras galaxias, la temperatura del cúmulo galáctico local o, por cualquier razón, del universo mismo.
Vale la pena mencionar que el CMB en sí no nos da ninguna indicación de si se ha calentado o enfriado a su temperatura actual. Asumimos que se ha enfriado porque asumimos una gran explosión. Si no hubiera big-bang … podría ir de cualquier manera …
Hay otra posibilidad, que explicaré completamente en un próximo libro, El Ministerio del Pensamiento Tonto: Cosmología y Cosmogonía, las Artes de la Ciencia , (del cual se extrajo y adaptó lo anterior).
