Como explicar porque el universo se acelera sin usar energía oscura

Uno de los descubrimientos más importantes de la Física moderna fue el darse cuenta que la expansión del universo hace billones de años atrás era más lenta que la que vemos ahora en las galaxias que están relativamente “cerca” a la nuestra. Eso implica que nuestro universo se expande cada vez más y más rápido. Eso fue una sorpresa porque NADIE esperaba esto. Todos los modelos para el Big Bang basados en la gravedad que describe la exitosa Teoría de la Relatividad General de Einstein coincidían en que como la gravedad es atractiva la expansión debía frenarse, ya fuese mucho o apenas un poquito casi indetectable. Pero no debía acelerarse y que las galaxias se movieran cada vez más rápido alejándose unas de otras, que es lo que uno ve que ha pasado.

Esto tiene una de dos implicaciones. La más aceptable y que forma el llamado Modelo Estandar ΛCDM de Cosmología es que el espacio vacío debe contener algún tipo de energía invisible con presión negativa que actua como una anti-gravedad repulsiva. A esto se le conoce como la constante cosmológica Λ ( el símbolo es de la letra griega lambda) o “energía oscura”. Pero para poder lograr la aceleración que vemos tendría que ser como un 75% de todo lo que existe en el universo y no hay todavía una explicación satisfactoria de qué es y de donde viene esta misteriosa energía que no se ve.

La otra opción, (de la que he escrito antes y que es la que estudio en mi actual proyecto de investigación en la UPR), es que no hay la tal energía oscura sino que esta aceleración se debe a que tenemos la teoría de gravedad incorrecta y que se debe modificar las ecuaciones de Einstein para lograr el efecto observado en las galaxias más lejanas que podemos ver.

Como tuve que hacer un reporte para justificar mi investigación y no tiene matemáticas avanzadas y es para que gente de otros campos lo lea, pues decidí publicarlo en el blog para los interesados en tan interesante tema. Es un poco técnico y algunos conceptos que aquí se tocan bien rápidamente prometo explicarlos con más detalle en artículos futuros del blog.

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“Este semestre se trabajó en desarrollar algoritmos y estructuras matemáticas y conceptuales para los modelos teóricos específicos que estaremos investigando para tratar de hacer sentido del fenómeno de expansión acelerada del universo que revelan los datos provenientes del estudio de las Supernovas 1-A. Este es el problema más interesante y apremiante en la cosmología y la física fundamental ahora mismo.

Se han producido una avalancha de modelos teóricos que postulan ideas como la constante cosmológica original de Einstein, campos cuánticos de “quintaesencia”, modelos de cancelación de la energía del punto cero en el vacío de la mecánica cuántica, y diferentes modificaciones a la gravedad de la Teoría de la Relatividad General.

La motivación de nuestra línea de investigación es tratar de explicar fenómenos observables como los que dan origen a curvas de rotación de galaxias o la expansión acelerada del universo a altos corrimientos al rojo y que ahora requieren de “materia oscura” y/o “energía oscura” para poder ser explicados. Como estos componentes hipotéticos no han sido observados directamente, ni hay un consenso en la comunidad científica de cual debe ser su origen y naturaleza es deseable explorar la alternativa teórica de postular modificaciones a la Relatividad General que sean indistinguibles de la formulación de Einstein a las escalas en que se ha probado con éxito empíricamente esta teoría pero que pueda dar cuenta de forma económica y natural de los fenómenos a escala cosmológica que ahora requieren componentes extraños y poco naturales.

Una de las ideas básicas para extender la Teoría de Relatividad General es la de postular nuevos campos escalares o tensoriales adicionales que se acoplarían matemáticamente a la métrica del espaciotiempo pero introduciendo fuerzas efectivas a escalas intergalácticas que expliquen y sean empíricamente idénticas a los efectos observados en la aceleración atribuida a la “energía oscura”.

Hay básicamente tres tipos de modelos teóricos actuales para lograr esto.

o Scalar-tensor theories (MOG & TeVeS) – estas son en las que estoy especializando mi investigación. Se basan en diseñar a nivel de la acción y el Lagrangiano de la teoría la forma que deben tener los campos adicionales postulados para diferenciarse cosmológicamente de la Relatividad General.

o Modelo DGP basado en teoría de supercuerdas – esta propuesta (cuyas iniciales vienen de sus proponentes Dvali, Gabadadze & Porrati) intenta modificar la fuerza de gravedad a escalas cosmológicas postulando su transmisión a las dimensiones adicionales requeridas por las supercuerdas.

o Modelos f(R) – Un set de varios modelos fenomenológicos basados en añadir componentes extra a las ecuaciones de Einstein similares a fuerzas físicas adicionales que provienen de términos adicionales que son función de la curvatura del espaciotiempo, y que respetan las simetrías y limitaciones empíricas que constriñen la Relatividad General.

Nuestra aportación a este proyecto de investigación en cosmología teórica ha estado en implementar algoritmos para calcular el efecto que tendrían las desviaciones introducidas por estas teorías alternas de gravedad en la distribución estadística de lentes gravitacionales débiles.

Las diferencias observables en la distribución de distorciones observadas en galaxias a altos corrimientos al rojo debido a como la materia que hay entre medio dobla la luz proveniente de estas galaxias se pueden parametrizar en un set de cifras (conocidas como parámetros post-Einsteinianos) que miden los efectos de cada propuesta teórica específica. Esto permite comparar y guiar las búsquedas de experimentos futuros como la misión EUCLID para medir en detalle el espectro de potencias por masa (“mass power spectrum”) que detalla como se distribuyen las desviaciones en luminosidad y forma que introduce los lentes gravitacionales débiles.

La idea que estamos trabajando en implementar matemáticamente es utilizar la forma específica de la teoría de gravedad alterna TeVeS de J. Bekenstein para explotar simetrías galileanas (en un “slice” de tiempo constante definido convenientemente a escalas extragalácticas) en la acción gravitacional que afecta los lentes gravitacionales a altos redshifts z pero que desaparece por interacciones no-lineales cerca de masas grandes para hacer la teoría indistinguible de la Relatividad General a escalas del Sistema Solar y entre estrellas cercanas, que es donde único tenemos data experimental confiable de la interacción gravitacional.

Actualmente estamos derivando las ecuaciones específicas de cómo calcular las simetrías galileanas dada una parametrización única en los campos tensoriales de TeVeS. El próximo paso sería codificar en FORTRAN estas ecuaciones para empezar a hacer tablas publicables de cómo serían los indicadores estadísticos en la data de los lentes gravitaciones débiles observados vis a vis la parametrización teórica usada para cuantificar la desviación de la teoría alterna de gravedad estudiada (TeVeS).”

BIBLIOGRAFÍA

1. “The Tensor-Vector-Scalar theory and its cosmology” – C. Skordis; Class.Quant.Grav. 26:143001, [2009]

2. “Brane-World Gravity” -- R. Maartens & K. Koyama; Living Rev. Relativity 13:5, (2010)

3. “Fundamental Theoretical Bias in Gravitational Wave Astrophysics and the Parameterized Post-Einsteinian Framework” -- N. Yunes and F. Pretorius, Phys. Rev. D 80:122003 (Dec. 2009)

4. “Galilean-invariant scalar fields can strengthen gravitational lensing” – M. Wyman, arXiv:1001.1295v1 [astro-ph.CO] (2010)

5. “EUCLID Imaging Consortium Science Book” – A. Refregier et al, arXiv:1001.0061v1 [astro-ph.IM] (2010)

6. “Modified gravity models of dark energy” – S. Tsujikawa, Lect. Notes Phys. 800: 99 (2010)

Los costos ocultos del fascismo en la UPR

Esto es insólito. Hoy es un día de fiesta federal y justo antes de la semana de exámenes finales en el Recinto de Río Piedras. Todas las entradas excepto una están bloqueadas por la policía y para entrar debes identificarte con tarjeta de ID ante una horda de agentes armados del régimen autoritario bajo el que por desgracia vivimos. Las bibliotecas están trancadas y en los pasillos de los edificios solo hay policías virando huevo. Ninguno estudia nada, ni lee ni un paquín. Y el pasillo a mi oficina está trancado con candado. Se me impide accesar mis libros, mis revistas científicas, los trabajos para corregir de mis estudiantes, y mi computadora. Perdí el viaje desde casa.

No hace mucho uno entraba a la IUPI hasta un día 24 de Diciembre por la noche y había flujo de estudiantes en Ciencias Naturales o Derecho. Yo podía ir y salir de mi oficina a cualquier hora sin interrupciones ni “check points” pseudomilitares. El estudio, la convivencia universitaria y la investigación eran libres y sin impedimentos de ninguna clase. Bajo esta Administración se ahoga la investigación, el estudio y el uso de la universidad para socializar, investigar e intercambiar conocimientos, lo que antes ocurría libremente sin importar la hora o la fecha.

Este gobierno de morones, por morones y para morones no respeta ni le interesa la educación. La ven como un ataque político que debe ser aplastado sin misericordia. Si no nos unimos a luchar contra este gobierno insensible, ignorante y autoritario que todo lo resuelve con la fuerza bruta y la intransigencia estaremos hipotecando nuestro futuro, nuestra economía, nuestra ciencia y nuestra juventud en aras de una ganancia político-partidista efímera y para unos pocos.

La lucha entre la ciencia y la estupidez humana

Los seres humanos somos una especie totalmente inconsistente y contradictoria. Por un lado somos capaces de una inteligencia, creatividad y actos de heroísmo desprendido por los demás que nos hace únicos en el mundo animal. Y por el otro nuestra herencia evolutiva salvaje nos hace capaces de las atrocidades más horrendas, actos de destrucción masiva e irresponsable a escalas inimaginables, y un egoísmo y una inercia social perniciosas y aparentemente sin límites.

En el lado negativo vemos un crecimiento poblacional que continúa a niveles peligrosos aún cuando nuestro uso excede por mucho la capacidad de regeneración natural de los recursos naturales planetarios con los que contamos, un cambio climático peligroso y mucho más rápido de lo que las predicciones más centristas y sensatas esperaban, un aumento en ataques terroristas que son cada vez más extendidos y díficiles de controlar o regionalizar, unos niveles de criminalidad y narcotráfico que crecen como un cáncer imparable, y la amenaza de hambre y epidemias contra las cuales no hay defensas ni medicinas. Si estas tendencias siguen como van podemos visualizar una catástrofe neomalthusiana en unos 50 a 100 años que acabe con la humanidad como la conocemos.

Mientras que en el lado positivo vemos el desarrollo exponencial de las tecnologías de información y las múltiples versiones futuras del Internet, una mayor cooperación entre naciones antes enemigas para atacar problemas comunes, y avances impresionantes en ciencias de materiales, nanotecnología, neurociencia y cognición, biología y genética sintéticas, y formas cada vez más ingeniosas y prometedoras de producir energía renovable. Los futuristas optimistas ven por este lado que en 50 a 100 años podríamos tener una humanidad radicalmente diferente y sin muchos de los problemas que hoy aquejan a las grandes mayorías.

Según el último reporte “El estado del futuro al final del 2010” producido por el Millenium Project (un grupo de asesores en tecnología y economía adscrito a la ONU) vemos que hay una menor mortalidad infantil, cada vez es mayor la fracción de niños en el planeta que van a una escuela, la gente vive por más tiempo, y estamos en el período más largo en la historia de la humanidad sin guerra entre las más grandes potencias. Pero a la misma vez hay un aumento en los niños con hambre y malnutrición en Asia y Africa, la educación parece cada vez más inefectiva para lidiar con pseudociencias y preparar a la mayoría para los retos tecnológicos del futuro, el tener tanta gente envejeciente empieza a debilitar la capacidad financiera de los sistemas de retiro en todos los países y la accesibilidad a sistemas de salud justos y equitativos para todos, y los ataques terroristas aumentan sin parar.

DONDE VAMOS EMPEORANDO

• Cada vez hay menos gente votando aunque más países dicen ser “democracias”. Eso refleja una falta de confianza en los políticos y las instituciones de gobierno que amenaza la sana convivencia social dentro de los países.
• La corrupción aumenta sin parar. El robo y malgasto de recursos sociales comunes es imparable.
• Mientras el calentamiento global se hace cada vez más claro y evidente, la incapacidad política de bregar con la contaminación es también deprimentemente clara.
• El desempleo producto del crecimiento poblacional y los avances tecnológicos crece y amenaza también con desestabilizar la fibra político-económica de todos los países.
• Las muertes violentas por asesinatos y terrorismo aumentan como consecuencia de la desestabilización social causada por los problemas anteriores.

DONDE ESTAMOS MEJORANDO

• Las condiciones de vida de las grandes mayorías de seres humanos fuera de los países ricos de EE.UU., Europa y Japón mejoran grandemente.
• Hay mayor salud, comida, agua potable, cuidados médicos y educación.
• Hay menos pobreza endémica, menos guerras, menor mortalidad infantil, menos injusticias hacia las mujeres, y menos analfabetismo.
• Y al menos el incremento de la población se está reduciendo. Todavía crece, pero al menos crece más lento que antes.

LA BORGIFICACIÓN DE LA ESPECIE HUMANA

Se estima que ya el 30% de la humanidad está conectada a internet ya sea por tener acceso a una computadora o por un dispositivo móvil como celulares, consolas de juego, o tabletas. En unos 5 años cerca de la mitad de los humanos estarán conectados a Internet, mayormente mediante aparatitos portátiles que se podrán accesar a toda hora y desde cualquier lugar. Con un poco de suerte dentro de 15 a 20 años los celulares serán tan baratos que prácticamente todo ser humano tendrá una conección 24/7 a Internet.

Y la Internet también ha evolucionado de ser un mero almacén pasivo de información (Web 1.0) a una herramienta de comunicación y generación de información compartida socialmente (Web 2.0), y ya se puede ver que la próxima versión (Web 3.0) incluirá que computadoras cada vez más inteligentes y creativas puedan generar y modificar la información buscándonos y creando las respuestas y conocimiento que necesitemos sin tener que pedírselas.

Esto sugiere la creación de una INTELIGENCIA COLECTIVA que hará explotar de forma sin precedentes el cambio tecnológico, el conocimiento científico, y la creación de nuevas formas de comunicación, socialización y convivencia. Para bien o para mal la tendencia a unir nuestras individualidades en una comunicación social constante similar a la de los Borgs en Star Trek parece imposible de detener.

Pero hay muchos problemas que amenazan nuestra supervivencia como especie y que no se pueden resolver mediante mejor tecnología.

El poder asombroso pero terrible que nos da la ciencia y la tecnología debe ir acompañado de cambios en valores morales, rol de las religiones, nociones de lo que es la democracia, tolerancia, y capacidad de unir voluntades hacia metas comunes de supervivencia a nivel de individuos, países, gobiernos, corporaciones , y sistemas educativos en todo el mundo.

Somos todos nosotros a la vez nuestra única esperanza para un futuro justo y de paz, y nuestro más temido y peligroso enemigo que nos lleva a la muerte y la extinción como especie.

Año Nuevo, Huelga Nueva

En el natalicio de Eugenio María de Hostos la Administración del Recinto de Río Piedras decretó que empezaban las clases necesarias para terminar el semestre de Agosto a Diciembre del 2010 que quedó trunco por la huelga estudiantil en contra de una cuota de $800 anuales, que quiere poner en los hombros de los estudiantes el costo de un déficit millonario en las finanzas de la universidad pública creado por la mala Administración, las consecuencias malsanas de la Ley 7, y la falta de compromiso de este gobierno con una educación pública accesible a los pobres de este país.

Pero como es usual ya en estos tiempos, la resistencia del estudiantado y el resto de la comunidad que defiende la justicia y la educación en este país asediado se impuso frente a los designios autoritarios de los que creen que mandan solo por emitir órdenes y decretos con la prepotencia que le otorga ostentar posiciones de poder impuestas por pura politiquería, y no porque los gobernados acepten la autoridad moral del que pretende dirigir instituciones de estudio y diálogo racional como lo son las universidades. La Rectora del Recinto de Río Piedras, al verse amenazada por una huelga de estudiantes imparable que es apoyada no solo por un gran número de estudiantes sino también por el resto de la comunidad universitaria, la prensa y las organizaciones comunitarias del país, decide prohibir las manifestaciones dentro del campus riopedrense. Decreto fútil que es retado con valentía e inventiva por un estudiantado aguerrido y con una gran creatividad para la resistencia y la lucha por sus derechos.

En el acto de conmemoración a Hostos se destacó el pensamiento del prócer boricua sobre la moral y la educación. Y como las luchas de los estudiantes de la UPR son la concretización moderna de un pensamiento hostosiano que instaba a luchar por una educación crítica donde el ciudadano se apoderaba de un conocimiento que le diera armas intelectuales y fuerza moral para retar las injusticias de gobiernos donde se conduce el país solo para el beneficio de unos pocos.

Luego se dió una gran marcha por el Recinto en desafío a las prohibiciones de la Rectora Ana Guadalupe y ocurrieron varios incidentes violentos por encapuchados en el Centro de Estudiantes en donde se rompieron cristales, y se viraron mesas y sillas de forma intimidante y abusiva. El gobierno y el PNP tienen un “field day” mediático con estos deplorables sucesos que han sido condenados unánimente por todo el liderato estudiantil.

Hay que entender que en manifestaciones masivas cosas como esta, aunque condenables, son parte de la lucha y que comparado con otras huelgas en Europa y en el mundo no es la gran cosa. Más daño hace a las familias la Ley 7, la cuota abusiva, y la criminalidad rampante que promueve la recesión de Fortuño que unos cristalitos que no valen mucho. Romper cristales está mal y hay que controlar mejor la gente que va a las marchas pero no se sabe ni quienes son los vándalos, ni si son estudiantes, ni de donde vienen. Y como NADIE extrañamente los arresta pues está medio raro eso, ¿no? Ese vandalismo hace lucir mal a los estudiantes, beneficia el discurso de los PNP, y NADIE los arresta aunque hay cientos de policías alrededor. Eso me huele a infiltrados de derecha...

En una huelga tú no rechazas ningún apoyo. Lo coges venga de donde venga. Lo que hay que desarrollar es un control más efectivo en las actividades porque la violencia de estos encapuchados le viene como anillo al dedo al gobierno y a la Administración universitaria para sus campañas de miedo y palos... Por eso me está bien raro que hagan escante y no los arresten.

Pero no pueden parar la huelga ni la lucha de los estudiantes y demás universitarios. Lo importante no son cristales. Es EL DERECHO A UNA EDUCACIÓN PÚBLICA barata en una universidad apoyada por un gobierno que sabe el valor de esa imprescindible inversión en nuestro futuro como pueblo.

LA HUELGA SIGUE...