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El descubrimiento de la radiación de Fondo y la Teoría del Big Bang
 

El día 26 de abril se cumplen 81 años del nacimiento, en 1933, de Arno Penzias. En conmemoración de dicha efeméride reproducimos a continuación el artículo sobre su vida y obra escrito por el Dr. Luis Vega Martín, Profesor Titular de Física Aplicada en la Universidad de La Laguna y miembro del Aula Cultural de Divulgación Científica. El artículo se publicó en el periódico “El Día”, de Santa Cruz de Tenerife, y está disponible en su formato original en la sección “Biblioteca” de esta página web.

El descubrimiento de la radiación de Fondo y la Teoría del Big Bang.

En alguna ocasión nos hemos referido a lo que se ha dado en llamar “serendipia”: el descubrimiento de algo importante cuando se busca otra cosa, junto con la capacidad de reconocer esa importancia. Esa facultad de reconocer lo inesperado es determinante en muchos descubrimientos científicos y el ejemplo que hoy traemos a colación ha determinado nuestra concepción actual de cómo empezó el Universo.

En 1964 dos jóvenes investigadores de los laboratorios Bell, Arno Penzias y Robert Wilson, estaban poniendo a punto una antena de alta sensibilidad en Holmdel (NewJersey). El motivo era que la compañía telefónica americana ATT iba a poner en órbita el primer satélite de comunicaciones (Echo I), y necesitaba determinar los factores que pudieran provocar interferencias.

El excelente diseño reveló pronto una anomalía. De un modo inesperado, y más allá de lo que en teoría debería ocurrir dada la sensibilidad de la antena, se aparecía un molesto ruido de producido por alguna interferencia. El ruido en cuestión aparecía a una longitud de onda de 7,35 centímetros (que corresponde a las microondas) y provenía de todas las direcciones del cielo. Según la Física, eso corresponde a la emisión electromagnética de un cuerpo que está a una temperatura de 3° Kelvin (-270° C), como se sabía bien desde la época de Planck.



Wilson y Penzias fueron incapaces de eliminar el ruido. Entre las diversas explicaciones que manejaron especularon que la señal podía estar causada por lo que, eufemísticamente, llamaban un “blancomaterial dieléctrico”, esto es, excremento de palomas o el propio calor generado por los cuerpos de estas aves. Después de limpiar el interior de la antena, armados como una pistola eliminaron a la pareja de palomas acusadas, injustamente, de causar el problema. Este persistía.

Penzias y Wilson decidieron consultar al radioastrónomo Bernard Burke del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), quien sugirió que la señal presentaba claros indicios de naturaleza cósmica y les aconsejó que se pusieran en contacto con los astrofísicos Robert Dicke y James Peebles, los cuales habían pronosticado que si la teoría del Big Bang era correcta, debía perdurar una radiación fósil de la primitiva explosión cósmica que, ahora enfriada, conservaría una temperatura residual de unos 10° K.

En abril de 1965, estando Dicke en su despacho universitario junto a sus colegas Peebles, Wilkinson y Roll, sonó el teléfono y Dicke contestó. Los tres científicos le oyeron pronunciar palabras como “radiación de fondo” y “tres Kelvin”. Luego Dicke se despidió y colgó el auricular, se volvió a sus colegas y les dijo: “Se nos han adelantado”. La caprichosa serendipia les había arrebatado el ansiado hallazgo. La llamada era de Penzias y Wilson, que accidentalmente habían descubierto, sin buscarlo y sin estar en su programa de trabajo, la radiación de fondo isotrópica (de intensidad uniforme en todo el cielo). Esta radiación cósmica de fondo era la “prueba-reliquia” del estallido expansivo del Big Bang.

La constatación de esta radiación fósil (de cuerpo negro) supuso la muerte de la teoría del estado estable (universo de tiempo infinito) propuesta por Fred Hoyle y mantenida por Dennis Sciama. Como también la concesión, merecida o no, del Premio Nobel de Física de 1978 a sus descubridores involuntarios Penzias y Wilson. Así, James Peebles y su equipo se tuvieron que resignar con publicar en Astrophysical Journal Letters la interpretación de los resultados obtenidos por Penzias y Wilson.

La importancia del descubrimiento reside en lo siguiente: si hace 14.500 millones de años se produjo la gran explosión que creó el Universo actual, en el día de hoy nosotros (en realidad cualquier observador en nuestro Universo) al mirar al cielo, debe ver la “bola de fuego” de la explosión, puesto que estamos en el interior de donde se produjo la explosión. Esa bola de fuego, que inicialmente estría a una temperatura inimaginablemente alta, se irá enfriando a medida que emite radiación. Los cálculos a partir de nuestras teorías nos dicen que la temperatura que debería tener esa bola de fuego en la actualidad es de unos pocos grados Kelvin. Eso es lo que descubrieron Penzias y Wilson.

El motivo por el que aún nos llegan estas ondas de radiación del Big Bang y no se hayan difuminado o perdido más allá del universo, no es otro que el mismo Big Bang, que ocurrió en su integridad aquí dentro y por todas partes. Fuera no había nada, ni tan siquiera espacio vacío. Para dejarmás claro este concepto, digamos que la expansión del Big Bang crece con y junto al universo. Cada año nos topamos con nueva radiación cósmica de fondo, pero ésta ha tenido que recorrer 1 año-luz más hacia nosotros.

Resulta curioso que, quien bautizó la expresión “Big Bang” en 1950, desde su popular programa divulgativo de radio de la BBC, lo hiciera de una forma tan burlesca y despectiva. Ese fue el propio Fred Hoyle, el más despiadado enemigo de esta teoría.

Figura:
Sello  conmemorativo del Premio Nobel concedido a Penzias y Wilson, emitido por Suecia en 1987. La imagen de este sello de correos se ha utilizado exclusivamente con fines docentes y divulgativos, sin ánimo de lucro.

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Luis Vega Martín.
ACDC. 25Abr2014.


Enviado el Viernes, 25 abril a las 09:03:12 por divulgacioncientifica (1048 lecturas)
 
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