Cuando hablamos de cosmología en muchas ocasiones recurrimos a esta bonita imagen:
Esta imagen representa los fotones liberados en el universo cuando este tenían aproximadamente 300.000 años de edad.
En esa época el universo se volvió transparente y los fotones se propagan libremente desde todas las direcciones.
Esta es la radiación cósmica de fondo y nos aporta gran información sobre la estructura, evolución y constitución del universo.
En esta entrada vamos a describir un problema del modelo cosmológico estándar, el conocido como problema del horizonte.
Este es uno de los problemas que provocaron la introducción de la teoría inflacionaria en cosmología.
Referencias sobre cosmología y sus problemas
Por aquello de hacer esto lo más completo posible vamos a indicar las entradas que podrían ser de interés para esta.
En principio pretendemos que esta entrada se pueda leer sin recurrir a otras pero si alguien quiere tener una imagen más completa pueden leer las que vamos a poner a continuación:
Todo el mundo tiene problemas… el big bang también
En esta entrada presentamos los tres problemas esenciales que tiene la teoría cosmológica original. Entre ellos encontramos el que vamos a tratar en esta entrada, el problema del horizonte.
Radiación Cósmica de Fondo
Esta es una recopilación de las entradas en las que hemos hablado
de la radiación cósmica de fondo.
Todas a nivel divulgativo.
El equilibrio térmico
Cuando uno mira la foto de la radiación cósmica de fondo observamos que todo el cielo, la radiación tipo microondas proveniente de todos los puntos, tiene una temperatura de aproximadamente 2.7K.
Y esto significa que todo el cielo está aproximadamente a la misma temperatura, las diferencias son despreciables en primera aproximación.
Llegados a este punto tenemos que explicar como se alcanza el equilibrio térmico. Si tenemos dos sistemas a distintas temperaturas y los ponemos en contacto al cabo de un tiempo acabarán con la misma temperatura, a esto se le llama alcanzar el equilibrio térmico.
En la información anterior hay que hacer dos puntualizaciones:
1.- ”Poner en contacto”:
Por poner en contacto los sistemas nos referimos a permitir que haya un intercambio de energía entre los sistemas de forma que el sistema con más temperatura cede energía al de menor temperatura.
De este modo el de más temperatura va bajando la misma y el de menor temperatura la va subiendo hasta llegar a la temperatura de equilibrio.
El calor, o la energía que intercambian estos sistemas,
se transmite de tres formas.
Por radiación, convección, conducción:
Radiación:
Los sistemas por tener una temperatura emiten radiación electromagnética que al llegar a otro sistema aumentan la misma.
Convección:
Si tenemos un fluido en el que tenemos partes del mismo con más temperatura que otras se produce un proceso de corrientes que mezclan
las mencionadas partes.
Con esto se consigue uniformar la temperatura.
Conducción:
Los materiales son capaces de conducir el calor.
Si caliento una barra metálica por un extremo con el paso del tiempo toda la barra va aumentando su temperatura.
En el universo primitivo el proceso que dominaba era el de radiación,
las partes más calientes tenían fotones de más energía que al llegar a otras partes del universo las calentaban.
Entonces el equilibrio térmico se consigue mediante el intercambio
de partículas, esencialmente fotones.
El problema del equilibrio térmico en la radiación cósmica de fondo
Dado que la transferencia de energía se llevaría a cabo por radiación electromagnética la distancia entre dos puntos que vemos en el cielo (en la radiación cósmica de fondo) tiene que ser tal que a los fotones les haya dado tiempo a llegar de uno al otro.
De otra forma no sería posible ni justificable que estuvieran
en equilibrio térmico.
El problema viene cuando miramos a la radiación cósmica de fondo, digamos en puntos diametralmente opuestos del cielo:
Esto equivale a mirar en la foto de la radiación cósmica
de fondo en estos puntos:
Si hacemos los cálculos, cuando los fotones salieron hacia nosotros desde esos puntos, la distancia entre ellos era tan grande que ningún fotón de A podría haber llegado a B. Es decir, el equilibrio término no es técnicamente plausible. Y sin embargo, todo está más o menos a la misma temperatura.
La situación es tal que así:
Los puntos de los que ahora recibimos la luz, cuando la emitieron no había posibilidad de que hubieran estado conectados por partículas de luz, y mucho menos por partículas masivas que se mueven a velocidades mucho más pequeñas que la velocidad de la luz.
Así, el problema a resolver es:
¿Por qué nuestro universo, tal y como vemos en la radiación cósmica de fondo, está en un aceptable equilibrio térmico cuando
no hay razón alguna para que sea así?
