La eficiencia es necesaria pero no suficiente.

El acertado comentario de un lector en el post ¡Qué difícil es demostrar lo obvio! sobre la eficiencia me ha animado a escribir esta entrada y tratar de analizar  las implicaciones de la eficiencia, en este caso la energética fundamentalmente, en nuestro consumo y en la crisis. 
El resultado podrá parecer una paradoja pero como siempre la realidad se basa en hechos: en general el aumento de la eficiencia de un recurso conlleva un incremento en su consumo total, por encima del que se tenía antes de implantar los procesos eficientes. Muy válido cuando hay transacciones económicas y demanda de por medio, que es casi siempre...


Pero esto no es nuevo, si nos remontamos a 1865 ya William Stanley Jevons indicó con relación a la eficiencia energética o economía en el consumo de los combustibles o determinados bienes:
"Es una confusión de ideas total suponer que el uso económico del combustible es equivalente a un consumo reducido. Lo contrario es la verdad misma."
En resumen viene a decir que al aumentar la eficiencia disminuye lógicamente el consumo instantáneo del bien o combustible pero conlleva un incremento del uso del modelo que utiliza ese bien lo que en definitiva significa que el consumo global se incrementa de manera significativa.
De forma equivocada se le llama Paradoja de Jevons pero en absoluto es una paradoja lógica o semántica sino que puede formularse matemáticamente, (muchos economistas la llaman paradoja porque parte de este colectivo no sabe Matemáticas ni Física, con permiso de los que si lo entienden):
E = la eficiencia en el consumo.
C = el consumo instantáneo unitario.
N = es el número de consumidores o también usos de un modelo.
i = estado inicial
f = estado final
Si mejoramos la eficiencia entonces Ef > Ei y Cf < Ci
Pero al aumentar la eficiencia resulta que también aumenta, en general bastante, el número de consumidores o los usos que se dan:
Nf >> Ni

Con lo que tenemos:

Ci.Ei.Ni < Cf.Ef.Nf

en definitiva, tenemos un aumento del consumo total del combustible o del bien afectado por este efecto de la demanda provocado por una mejora en la eficiencia.

¿Tenemos ejemplos de este efecto?
Con la invención de la máquina de vapor y un aumento tremendo de la eficiencia debido al padre de la revolución industrial Thomas Newcomen, se pensaba que el consumo de carbón iba a disminuir de manera importante, pero lo que ocurrió fue lodo lo contrario, se incremento el consumo al instalarse cientos de máquinas eficientes de vapor no solo en las minas sino en otras industrias y el ferrocarril.
Este fue un primer efecto de la eficiencia energética,  aumentado el consumo de carbón y por tanto el consumo de energía y el crecimiento. Posteriormente la eficiencia energética todavía dio un salto cuantitativo mayor al cambiar la fuente primaria y utilizar el petróleo que es mas eficiente, aquí también de manera paralela al mejorar la fuente energética de manera eficiente se incrementó brutalmente el consumo que ha permitido entre otras cosas que en 1859 éramos 1.000 millones de habitantes y ahora 7.000 millones, con una estimación de la ONU para 2050 de mas de 9.300 millones. En sólo unos 152 años hemos crecido ¡siete! veces mas que en las decenas de miles de años anteriores., todo ello gracias a la eficiencia energética y a una alta Tasa de Retorno Energético  inicial y además barata: carbón y petróleo.

Pero hay mas, otro ejemplo:  tenemos coches más eficiente que consumen menos y por tanto hacemos mas uso de ellos con lo que ¡no ahorramos ni combustible ni dinero! porque gastamos lo mismo o mas combustible al circular más o por haber más coches  y también porque el precio de la gasolina o diesel sube hace que paguemos más. Nos damos cuenta que cuando se gestionan este tipo de variables y recursos el tamaño si importa, y mucho sobre todo si se quiere seguir creciendo aunque se consigan eficiencias bien directamente o por cambio de fuente energética, ¡en el caso de que se encuentren,  claro! Todavía hoy no tenemos la alternativa al petróleo, debido al peak oil, como la tecnología basada en el carbón-vapor si la tuvo en su día con el propio petróleo. De hecho ahora estamos volviendo al carbón y no sólo en China.

Al hablar de eficiencia energética y economía es obligado referirse también a la Intensidad Energética que nos calcula la relación entre el consumo energético de un país y el producto interior bruto(PIB). Intensidad energética baja nos indica eficiencia, menos energía para obtener un euro, si es elevada quiere decir que consumimos mucha energía para generar nuestro PIB. Pero las economías más eficientes no han parado de crecer, aumentar su  PIB con lo que cada vez, y  a pesar de su eficiencia precisaban de más energía.

Crecer pero sólo hasta donde se permiten pagar el coste de la unidad de energía. Llegado a un valor del precio del barril de petróleo no todo el mundo puede seguir creciendo aunque sea con una tecnología eficiente. ¿Por qué sube el precio entonces,  si todo el mundo quiere energía? Bueno este es un tema de otro posible post, pero la realidad es que si fuera más barato la cantidad disponible de producción para soportar la elevada demanda de los  países con una buena intensidad energética no sería suficiente. Vamos, que no hay para todos. Con el precio alto se controla la demanda, y no se gastan las fuentes, o al menos se alargan todo lo que se pueda. Al menos eso parece.

Todo esto no quiere decir que la eficiencia es mala o no deseable, todo lo contrario es muy necesaria dada la situación de escasez de fuentes de primarias de energía capaces de mantener el PIB, no ya para que crezca  en todas las economías. La eficiencia debe ir acompañada de otras medidas, en primer lugar aunque duela decirlo, de austeridad, el KWh más eficiente es el que no se consume. Revisar el modelo logístico industrial y de la agricultura dejando de transportar bienes o alimentos desde miles de kilómetros cuando la producción o el cultivo pueden estar localizados cerca del consumo, transportes colectivos, mayor penetración de las energías renovables y descentralizadas a ser posible, que son además las más democráticas. Veáse por ejemplo lo que significa la Generación Distribuida y el Autoconsumo Energético  cuyo concepto,  y propuestas para legislar ya las sabe el Sr. Ministro de Industria por medio de una carta. pero el asunto está bloqueado de momento.

Otro nombre por el que se conoce esta Paradoja de Jevons de la eficiencia es por el de efecto rebote, y no por lo relacionado con las dietas al dejar de seguirlas y ganar kilos...

Se reconocen los dos "rebotes" indicados:

• rebote directo: cuando el efecto de la eficiencia en un servicio o bien conlleva asociado una reducción de su coste y resulta por tanto en un aumento de su consumo porque es más barato.
• rebote indirecto: cuando los ahorros obtenidos por la eficiencia de un producto o servicio se gastan en otros bienes o servicios al disponer de más dinero.

Además de estos dos rebotes locales con efectos microeconómicos también la teoría considera otro rebote "macro" que afecta a toda la economía:

• rebote completo de la economía: cuanto más eficiente y productiva es una economía resulta que más se ve forzada a crecer y consumir. Se necesita cada vez más energía primaria.

Cuando esta energía adicional barata no está disponible se agudiza la crisis sobre todo en los países de la OCDE que son los más eficientes,  viendo reducidas sus importaciones energéticas al no poder pagar los costes del mercado y por otra parte los países emergentes absorben dicha producción sin poder encontrar otras fuentes de suministro que compensen ambas demandas: la de los países emergentes que pueden pagar los precios altos y la de los países de la OCDE cuyas economías sólo son capaces de crecer con energía barata a precios más bajos, que al ser un recurso finito sigue una función que  por desgracia no entendemos: la función exponencial.

Quién quiera profundizar más en el efecto rebote abajo tiene un informe extenso de la Comisión Europea.

Saludos.


Más información.
European Commission DG ENV. Addressing The Rebound Effect. Final report, April 2011

No salimos de la crisis porque no entendemos la función exponencial

Albert Einstein “El mayor problema de la Humanidad es que no entiende la Función Exponencial.”





Lo mejor será empezar por un ejemplo real y conocido, vayamos a la Isla de St. Matthew en el mar de Bering, a unos 300km de Alaska continental.

En esta isla nunca hubo renos antes y a alguien se le ocurrió introducirlos ya que vieron que la isla estaba repleta de líquenes abundantes que son el principal alimento de los renos. Perfecto.

Veamos que pasó, evolución de la población de renos.

Año 1944, 29 renos.
Año 1957, 1350 renos.
Año 1963, 6000 renos
Mismo año 1963 en invierno: 41 hembras y un macho estéril.

La desgraciada población de renos probó en sus propias carnes el destructor efecto de la función exponencial en un entorno finito. (Los líquenes, su alimento, no crecían a la misma tasa que los renos, de hecho cada vez tenían menos comida por cabeza)

Una función de números reales E(x) se dice que es del tipo exponencial en base a si tiene la forma:




siendo x números reales.

El físico Al Bartlett describe de manera didáctica y muy clara como se comportan las variables en el tiempo cuando evolucionan de acuerdo a una función exponencial, pero:

¡Ya lo sabemos! Igual que los renos de la Isla de St. Matthew.

La función exponencial define la manera en que crece cualquier variable, como por ejemplo población, asesinatos, pobreza, consumo de petróleo, gas, dinero, etc si están sujetas a una tasa de crecimiento.

Aunque la tasa pueda ser pequeña, por ejemplo 1% anual, y de hecho lo es, veamos que ocurre con la cantidad de la variable sujeta a esta pequeña tasa de crecimiento.

¿Cuanto tiempo tardaríamos en duplicar la población de una ciudad al 1% de tasa de crecimiento? La respuesta es 70 años. Pero y ¿si crece al 5%?, entonces 14 años, y cada catorce años más la población se vuelve a duplicar.

Regla: para saber el tiempo que tarda una variable en duplicarse si crece a una tasa en porcentaje sostenible y constante entonces sólo tenemos que dividir 70 por dicha tasa, (70/r). Esta regla la descubrió en la Edad Media el fraile franciscano Luca Pacioli.

Solo con ver el crecimiento real de la población mundial comprobamos que sigue una función exponencial:

Año 1900 referencia 1650 millones de habitantes.
1950 2518 millones de habitantes +52% vs 1900
2000 6070 millones de habitantes +368% vs 1900
2011 7000 millones de habitantes +424% vs 1900
2100 10.000 millones de habitantes +606% vs 1900 (previsión)

Todo parece normal hasta ahora, aunque sorprende por la rapidez con que las cantidades se duplican sólo con pequeñas tasas anuales, pero también se aplica a la economía, al dinero y a los recursos energéticos necesarios, y aquí es donde viene el problema que en general no se entiende.

Parece razonable aceptar que queramos que la economía mundial crezca, (todos los gobiernos y empresas de los países se lo plantean y también sus habitantes), y de hecho llevamos mas de cien años creciendo desde el inicio de la revolución industrial.

Sea sólo una tasa de crecimiento del 3% anual, cada ¡23 años la economía se duplica! Y para ello se deben duplicar los recursos y la Energia que ese mundo requiere, y en los siguientes 23 años volverá todo a duplicarse. Con la propiedad adicional de que el valor duplicado es mayor que su suma en los periodos anteriores.

Este es el problema: la Tierra es finita y también sus recursos, petróleo, minerales, comida, no pueden estar creciendo a la misma tasa de la demanda debido a que son finitos.

Si no hay recursos disponibles, por ejemplo petróleo, que crezcan al mismo ritmo que las expectativas y endeudamiento futuro, (recursos para pagar las deudas), entonces la terrible función exponencial cambian de dirección drásticamente, el modelo de la curva que encabeza este post es desgraciadamente bastante aproximado. (Los renos lo sufrieron amargamente)

El crecimiento al inicio de revolución industrial fue debido al petróleo como fuente de energía barata y abundante, y hoy todavía sigue siendo insustituible como recurso energético primario, sin alternativa a corto plazo desgraciadamente.



La evolución de la producción de petróleo en el mundo ha sido muy bien estudiada, y su curva exponencial nos ha llevado al Peak Oil. Su producción ya no puede crecer estando estabilizada desde 2005, pero con unos costos de extracción cada vez mas altos.

Toda la deuda amortizable a futuro, que depende de esta Energia para crecer y generar riqueza está como estamos viendo en peligro.

Al menos hace diez años deberíamos haber entendido como nos dice la Física lo que significa disponer de recursos finitos y utilizarlos en sistemas que crecen de acuerdo a una función exponencial.

Más información
Comic la Isla St. Matthew
The Essential Exponential! For the Future of Our Planet - a book by Albert A. Bartlett
The Oil Crash

Crisis Energética - El Corio de Fukushima

Si no ocurre un incidente adicional imprevisto, sólo en Enero del 2012 los reactores 1,2 y 3 estarán enfriados y se pasará a otra fase en el control y "normalización" de los efectos provocados por el accidente nuclear de Fukushima

El culpable de que se tarde tanto tiempo y de la incertidumbre de saber como están los recintos de contención la tiene el "corio" que solo se produce en casos de accidentes nucleares graves o en pequeñas cantidades en laboratorio.

Para conocer detalles del corio y sus comportamiento ver el artículo Crisis Energética. El Corio de Fukushima

...El Corio es un magma resultado de la fusión de los elementos del corazón de un reactor nuclear. Está constituido principalmente del combustible nuclear, Uranio y Plutonio, del material (zirconio) de las paredes de las barras que contienen el combustible y de diversos elementos del reactor con los que va entrando en contacto como tuberías, soportes metálicos, cemento y barras. El término Corio es un neologismo formado por la raíz “core” (por corazón en inglés), seguido del sufijo io (ium, en francés) presente en el nombre de varios elementos radioactivos...

..Cada pastilla de combustible tiene el tamaño de un cubo de azúcar, dentro de ella existe la energía equivalente de una tonelada de carbón. Para el caso de Fukushima, la cantidad de pastillas que se presume se fundieron, es de alrededor de 33 millones, debido a que dentro del reactor 1 habían 400 conjuntos de 63 barras cada uno, (cada barra contiene unas 360 pastillas) y en los reactores 2 y 3 548 conjuntos de 63 barras cada uno. En Fukushima está en juego la potencia energética de alrededor de 33 millones de pastillas de combustible nuclear, es decir, unas 33 millones de toneladas de carbón. Está claro que el Corio puede generar una enorme cantidad de calor en total autonomía...

original Crisis Energética.

Mas información sobre accidentes nucleares.

Tabla de clasificación de accidentes nucleares.
¿Pueden hacerse estadísticas de los accidentes nucleares?
¿Por qué son tan valiosas las barras de combustible nuclear gastadas?
Plutonio, combustible de ensueño. Hamaoka

¿Que está pasando con el Sol?

Actualmente hay un interés creciente en la actividad solar debido al debate creado respecto al cambio climático y su posible relación con dicha actividad.

Pero, ¿Hasta que punto esta afectando la actividad solar, o su variación, en el episodio actual de cambio climático y calentamiento global?

A principios de este mes muchos somos los que hemos visto video de la NASA con la fulgurante explosión solar. fenómeno catalogado por su magnitud como inusual.

La web del IOP Institute of Physics ha publicado un articulo en el que analiza la variabilidad de la actividad solar y su posible relación con el clima o cambio climático en la Tierra. What's going on with the Sun?



Si que hay un consenso en los investigadores, confirmado por tres grupos distintos de la División de Física Solar de la Sociedad Astronómica Americana, de que parece que la actividad solar esta a punto de entrar en un periodo prolongado de calma.

Los físicos que estudian el Sol si que están de acuerdo en que ha estado actuando últimamente de manera extraña.

En general cuando la actividad magnética del Sol es baja o próxima a un mínimo solar, su superficie esta relativamente tranquila con pocas manchas solares. Pero cuando la actividad comienza a aumentar, aparecen entonces más y mayores manchas solares hasta alcanzar el máximo de actividad, que es cíclica.


Pero el último mínimo solar en 2006 fue inusualmente bajo. Esto ha llevado a sugerir que el próximo máximo solar previsto en 2013 pueda se más débil que lo acostumbrado en los ciclos anteriores. Incluso algunos científicos indican que la actividad magnética del Sol está disminuyendo y que se acerca a un periodo caracterizado precisamente por un mínimo de su actividad magnética.

Por ello algunos se han atrevido a postular que el Sol podría anular parcialmente los efectos causados por el hombre en el cambio climático, o bien contrarrestar totalmente los efectos causados por esta actividad humana.

En su estudio Frank Hill que pertenece al National Solar Observatory (NSO) indica, junto a su equipo de investigación,  que por esta disminución de la actividad solar va a retrasarse el próximo máximo. En su estudio del viento solar indica que posiblemente el próximo máximo solar se retrasará al año 2021 o 2022, o que no ocurrirá. Han estudiado la "oscilación torsional", midiendo actividad en las latitudes medias hacia el ecuador solar, que es precursora de nuevas manchas solares en cada ciclo, parece que este flujo o es muy débil o no ha aparecido hasta ahora en este ciclo.

En otro estudio independiente, Richard Altrock, del US Air Force Research Laboratory describe un proceso conocido como "carrera hacia los polos",que también parece que esta disminuyendo. Este proceso genera una actividad magnética hacia los polos durante los nuevos ciclos, comenzando a 70 grados de latitud. Esta disminución también posiblemente confirma que tendremos un máximo solar muy débil.

Finalmente en el trabajo de Matt Penna Williams Livingston también del National Solar Observatory, NSO, indica que la intensidad del campo magnético de las manchas solares, que suele ser del orden de 2500-3500 Gauss, ha ido disminuyendo en los últimos tiempos. Utilizó datos recogidos durante 13 años con el telescopio McMath-Pierce del Kitt Peak Observatory, Arizona. y encontraron una tendencia a la reducción del campo magnético del orden de 50 Gauss por año durante todo el ciclo anterior, tendencia que se ha mantenido hasta ahora.

¿Ha habido estados de calma solar anteriormente?



Se tienen datos científicos de actividad solar desde el siglo XVIII y se han reconstruido hasta principios del siglo XVII, sobre la base de observaciones históricas e indirectas de manchas solares. Incluso algunos investigadores han intentado reconstruir la actividad solar de periodos anteriores basándose en observaciones indirectas. Como conclusión se confirma que si bien los periodos solares son de 11 años, las características de cada ciclo están lejos de ser ciclos exactos y repetitivos, teniendo grandes oscilaciones.



Se ha confirmado que a partir del año 1645 se produjo durante 70 años un periodo de calma en la actividad solar llamada Mínimo de Maunder. Este periodo coincidió con la Pequeña Edad de Hielo en la que grandes extensiones de laTierra, incluyendo Europa y América del Norte sufrieron mucho frío e incluso un aumento de la glaciación., este enfriamiento se pudo también comprobar midiendo la abundancia de los isótopos del carbono.

También hubo otro mínimo de 1790 a 1830, conocido como Mínimo Dalton.

¿Estamos cerca de otra Pequeña Edad de Hielo?

Hay muchas incertidumbres antes de poder confirmar que nos dirigimos a otra época fría producida por la actividad del Sol. Una investigación reciente en el Reino Unido prevé una probabilidad del 8% de que vamos a volver a las condiciones de Maunder en los próximos 40 años. Se han basado en el comportamiento del Sol durante los últimos 9000 años.

Además el clima de la Tierra es un sistema complicado, donde puede enfriarse una región, Europa compensado luego inviernos mas suaves por ejemplo en Groenlandia.

Finalmente aunque el Sol estuviera efectivamente entrando en un periodo de mínima actividad, muchos investigadores argumentan que la reducción de la radiación solar en la Tierra seria pequeña en comparación con el calentamiento causado por el hombre: el calentamiento global.

Mike Lockwood de la Universidad de Reading estima que el cambio climático debido a la variación de la radiación en el mínimo de Maunder es de aproximadamente una décima parte del causados por las trazas de los gases de efecto invernadero.

Por si acaso es mejor que tomemos medidas para reducir el cambio climático provocado por nuestras actividades que esperar a que el Sol nos lo resuelva.




Más información sobre el Sol:
NASA, Satélites STEREO
¿Cómo se crean las auroras boreales?
Fotos preciosas de la corona solar con agujeros.

Como se crean las auroras boreales. Fantástico video. Hay que verlo.

El Departamento de Física de la Universidad de Oslo ha elaborado un precioso y didáctico video de divulgación donde puede verse el proceso que produce en la Tierra las Auroras Boreales.
Vemos que ocurre desde el centro del Sol, hasta que el plasma es atrapado en su viaje espacial por el campo magnético de la Tierra

aquí esta el video:

The Aurora Borealis

"Esperen lo inesperado" las naves Voyager se alejan,¿Encontrarán a alguién? #Voyager,#Fermi

Ya dejan el Sistema Solar. Han pasado 33 Años y las dos naves Voyager enviadas por la NASA han llegado a los confines de nuestro sistema planetario y comenzarán a adentrarse en el espacio silencioso.

Su siguiente misión es la de dejarse encontrar por, si la hay, una civilización extraterrestre que sepa leer los mensajes que les mandamos para que nos conozcan y sepan donde estamos.

Antes de analizar esta ultima misión, la llamada Misión Interestelar, y sus riesgos que parece que tiene, vamos a repasar lo que han hecho y nos ha enseñado las Voyager hasta ahora.

Misión original y resultados

Su principal objetivo inicial fue el de explorar Júpiter y Saturno así como sus satélites principales y anillos. Luego debido al éxito de la misión y a la facilidad con que la naves se dejaban gobernar se amplió para la Voyager 2 el visitar Urano y Neptuno.


La lista de descubrimientos de la ambas naves ha sido muy amplia:




Descubrimiento de los volcanes en Io, satélite de Júpiter.

Evidencias de océanos de agua debajo de la superficie de Europa, otro satélite de Júpiter.

Lluvias de Metano en Titán , el mayor satélite de Saturno.

Estudio de la Helioesfera y el punto de termination shock, donde el viento solar tiene una velocidad menor que la del sonido, punto por el que la Voyager 2 ya ha pasado.

"Cada uno de estos descubrimientos cambió la visión que teníamos de otros mundos", dice el científico Dr. Edward C. Stone.

Todos estos descubrimientos, y otros muchos, han mostrado lo inesperado y sorpresas cambiando visiones del mundo y confirmado o refutando teorías científicas, pero la misión que les espera ahora al abandonar el Sistema Solar, ¿va a traemos también sorpresas?, y ¿es peligrosa para nuestra civilización como algunos apuntan?

Sus sistemas de comunicación van a seguir funcionando hasta el año 2020 fecha en que su Generador termoeléctrico de radioisótopos dejará de producir suficiente energia, por decaimiento del Plutonio 238.

A partir de entonces las Voyager serán unos embajadores silenciosos buscando a quien lea y descifre el mensaje que les enviamos, tardaran 74.500 años en llegar a las estrellas más próximas.

Voyager Interestelar Misión. VIM

¿Que mensajes llevan las Voyager?



Cada sonda lleva a bordo un Disco de Oro, disco de fonógrafo hecho de cobre y bañado en oro. Contiene 118 fotografías de la Tierra; 90 minutos de la mejor música del mundo; un ensayo sonoro llamado Sonidos de la Tierra (con sonidos muy variados que van desde burbujeantes depósitos de lodo hasta el ladrido de un perro o el estruendoso lanzamiento del Saturno 5); saludos en 55 idiomas humanos y un lenguaje de ballenas; las ondas cerebrales de una joven mujer enamorada; y una salutación del Secretario General de la Organización de las Naciones Unidas.


"Mis sentimientos de mujer de 27 años, locamente enamorada, están en ese disco", dice Ann Druyan., tercera esposa de Carl Sagan, debido a los Voyager.

Un equipo, que fue dirigido por Carl Sagan, confeccionó estas grabaciones como mensaje para civilizaciones extraterrestres que pudieran toparse con las naves espaciales.

"Dentro de mil millones de años, cuando todo lo que hemos construido en la Tierra se haya convertido en polvo, cuando los continentes hayan cambiado más allá de lo reconocible y nuestra especie haya sido alterada de manera inimaginable o se haya extinguido, los registros que hay a bordo de las naves Voyager hablarán por nosotros", escribieron Carl Sagan y Ann Druyan en la introducción de la versión en CD del disco.

La misión VIM además de estudiar la heliosfera lejana y sus fronteras lleva el disco de oro y los mensajes a otras posibles civilizaciones, fuera del sistema solar.

Si hay otras civilizaciones, ¿es peligroso que sepan que estamos aquí?

Para empezar a buscar respuestas a las dos preguntas, ¿hay civilizaciones?, ¿serán un peligro para nosotros?, debemos remontarnos al Proyecto Manhattan, donde el físico Enrico Fermi que trabajaba en el desarrollo de la primera bomba atómica y se sintió inquieto por el hecho de no haber detectado civilizaciones extraterrestres. Formuló su ya famosa Paradoja de Fermi:

¿Por qué a pesar de las estimaciones que indican de la existencia probable de civilizaciones extraterrestres todavía no hemos detectado ninguna?

Salvo la Señal Wow! que todavía se está estudiando y hay serias dudas de su origen extraterrestre no se tiene evidencias contrastables de otras civilizaciones, ¿Por qué?

En la información adicional que mas abajo se cita se pueden encontrar buenas explicaciones y soluciones a la paradoja, que se reducen fundamentalmente a:



Los extraterrestres están aquí y somos nosotros.
Estamos solos, hipótesis de las Tierra Rara o especial, donde es imposible que se den las misma condiciones y casualidades para que se cree una civilización como la nuestra, donde si estamos aquí es por ejemplo por el ángulo en que impactó el meteorito que formó la Luna, que es clave para el origen de la vida al estabilizar la precisión de los equinoccios y por tanto el clima.
Han existido y ya han desaparecido.
Solo nosotros, Principio antrópico.
Están ahí y no las oímos.
No quieren que los detectemos.

El abanico del número de posibles civilizaciones que da la Ecuación de Drake es muy amplio porque sus parámetros no son bien conocidos.

Nuestro sol es sólo una estrella solitaria en la abundancia de estrellas en el universo observable.

La Vía Láctea es tan sólo una de entre las 500.000.000.000 galaxias del Universo. Parece que debería haber un montón de civilizaciones y vida ahí fuera, parámetros de la ecuación de Drake:


Donde N representa el número de civilizaciones que podrían comunicarse en nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Este número depende de varios factores:

R * es el ritmo anual de formación de estrellas "adecuadas" en la galaxia.
fp es la fracción de estrellas que tienen planetas en su órbita.
ne es el número de esos planetas orbitando dentro de la ecosfera de la estrella (las órbitas cuya distancia a la estrella no sea tan próxima como para ser demasiado calientes, ni tan lejana como para ser demasiado frías para poder albergar vida).
fl es la fracción de esos planetas dentro de la ecosfera en los que la vida se ha desarrollado.
fi es la fracción de esos planetas en los que la vida inteligente se ha desarrollado.
fc es la fracción de esos planetas donde la vida inteligente ha desarrollado una tecnología e intenta comunicarse.
L es el lapso de tiempo, medido en años, durante el que una civilización inteligente y comunicativa puede existir.

¿Dónde está el riesgo si contactamos ambas civilizaciones?

Los que postulan este riesgo es precisamente por la rareza que parece darse en el universo de las condiciones para crear la vida, lo que hace que los mundos como el nuestro sean deseables por sus recursos biológicos y por sus condiciones idóneas para la vida.

Por ello, dicen, es mejor esconderse y no dar las coordenadas.

Si estudiamos la historia de nuestras civilizaciones en la Tierra, vemos que casi todas fueron beligerantes con sus vecinos, y con guerras por los recursos y las fronteras, todavía hoy tenemos varias guerras en curso.

¿Que razón hay para considerar que esta beligerancia sea distinta al considerar civilizaciones extraterrestres? ¿Por qué tendrían que ser amigables en el supuesto de que precisaran de nuestros recursos?

¿No habrá demasiada información en el Disco de Oro?

No tenemos de momento suficiente información ni conocimientos para contestar a ninguna de estas preguntas y quizá nunca podamos hacerlo porque no nos de tiempo para aprender y resolver esta paradoja.

Las Naves Voyager si que lo descubrirán pero no podrán enviarnos la respuesta.




Más información.

Video. Las naves Voyager se adentrarán en el espacio interestelar.
Misión Voyager, web oficial de la NASA.
Fotografías de la Tierra que viajan en el Disco de Oro.
Voyager, Una Historia de Amor
La Paradoja de Fermi, ¿Donde están las Civilizaciones Extraterrestes?.
La Paradoja de Férmi.
50 Soluciones a la Paradoja de Fermi

¿Cuándo nos movemos más deprisa alrededor del Sol de día o de noche? #física #Perelmam

Pues la respuesta es que a medianoche.

La diferencia con los que estén en el hemisferio opuesto a mediodía es de un kilometro por segundo más deprisa.






Como nosotros nos trasladamos con la Tierra en su órbita estamos sujetos a dos movimientos, el de traslación alrededor del sol y el de rotación sobre su eje.

Viendo la figura vemos que por la noche la velocidad del movimiento de rotación se suma a la velocidad de traslación y durante el día se resta. Este efecto hace que vayamos de noche a mayor velocidad contra el cielo estrellado que de día, y no nos enteramos. Cada punto del Ecuador gira a medio kilometro por segundo, con lo que la diferencia entre el hemisferio en el que es de día y en el que es de noche es de un kilometro por segundo. 3.600 Km/h más rápidos por la noche.

La velocidad de traslación de la Tierra alrededor del Sol es de 106.000 Km/hora.

Física Recreativa
¿Conocer aquello que ya sabemos? Es maravilloso.






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Es cierto y siempre lo ha sido:la Luna no gira alrededor de la Tierra. #fisica #astronomía #Luna

Quizá es mejor empezar por la respuesta y explicarlo luego, indicar antes que no hay truco ni se trata de una inocentada. La Luna NO gira alrededor de la Tierra.





Ambas si que giran alrededor del centro de masas del sistema Tierra-Luna, que está casi a nivel superficial de la Tierra.
Ambas realizan un movimiento circular alrededor del centro de masas y con distintos radios de giro.
Es el centro de masas el que orbita alrededor del Sol y no la Tierra o la Luna. El centro de masas arrastra a ambos consigo en su órbita alrededor del Sol al tiempo que Tierra y Luna giran a su alrededor. Cada aproximadamente 28 giros, días de al Tierra sobre su eje, la Luna da un giro alrededor del centro de masas y sobre su eje. Este fenómeno se llama wobbling y se utiliza para detectar planetas que orbitan en torno a estrellas lejanas.

¿Cuantas veces es menor la velocidad de un caracol que la de un peatón? #física #Perelman #velocidad

El caracol tiene bien merecida la fama que se le atribuye en los refranes. Su velocidad es de 1,5 mm por segundo o de 5,4 m por hora, es decir, exactamente mil veces menor que la del hombre al paso, 5.000 m por hora. El otro animal clásicamente lento, la tortuga, no adelanta en mucho al caracol, porque su velocidad ordinaria es de 70 m por hora.






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¿Conocer aquello que ya sabemos? Es maravilloso. #física #Perelman

El que los libros de Física Recreativa I y II fueran escritos en la década de 1910 por Yakov Perelman , no impide ahora después de pasados más de 100 años el poder disfrutar con su lectura de la belleza de la Física ni de sorprendernos con el descubrimiento de las situaciones y hechos de nuestro entorno que son aparentemente obvias, y que pensábamos que ya conocíamos perfectamente.

Yákov Perelman nació en la ciudad de Grodno, provincia de Bialystok del Imperio ruso, y murió de disnutrición al igual que su mujer en el frío invierno de Leningrado durante el asedio del ejército alemán.

Además ahora tenemos la suerte de disponer de Internet con lo nos da la oportunidad de localizar y leer sus libros y explicaciones sobre hechos de la vida cotidiana.

Física Recreativa I, y Física Recreativa II son uno de sus mejores ejemplos de divulgación científica y amenidad en la explicación de hechos científicos, no en balde se han traducido a varios idiomas y cada edición que se produce se agota.

Agradecer a Patricio Barros y Antonio Bravo su selección de Libros Maravillosos.

Se confirma con más precisión que Einstein tenia razón. #ciencia #física

La Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein ya era una de las teorías demostradas mediante experimentos con mayor precisión y confirmada por relojes atómicos, pero ahora se ha mejorado incluso su precisión 10.000 veces más, y la gravedad si hace que los relojes atrasen..








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La energía oscura: ¿cómo ha cambiado el paradigma? Nueva concepción del universo.

Fuente original: IOP A website from the Institute of Physics

La idea de que nuestro universo está dominado por la misteriosa energía oscura fue descubierta en dos estudios donde se cambió la visión y paradigma de las supernovas, publicado en 1998. Lucy Calder y Ofer Lahav explicaron que el universo se aceleraba, y a partir de entonces se comenzó a especular sobre cual será el próximo salto en nuestro conocimiento del mismo.

Próximos pasos, se utilizará un telescopio de 4 m en Chile con una nueva cámara para llegar  profundamente en el cielo del sur y realizar un mapa de la distribución de 300 millones de galaxias  en más de 5000 grados cuadrados (una octava parte del cielo) con  un corrimiento al rojo de 2. El estudio de cinco años incluye más de 100 científicos de los EE.UU., el Reino Unido, Brasil y España, y está previsto que comience en 2011.

El misterio de la energía oscura está estrechamente relacionada con muchos otros misterios de la física y la astronomía, y casi cualquier resultado de estas investigaciones será interesante y cambiará nuestro enfoque del universo.  Si los datos muestran que no hay ya necesidad de la energía oscura, esto será un gran avance. Si, por el contrario, los datos apuntan a una nueva interpretación de la energía oscura, o una modificación de la gravedad, será una revolución. Por encima de todo, es esencial que la astrofísica sigue centrándose en una diversidad de cuestiones, de modo que los individuos tienen la oportunidad de hacer investigación creativa y sugerir nuevas ideas. El siguiente cambio de paradigma en nuestro conocimiento puede venir de la dirección que menos esperamos.

¿Cambios de paradigma en el futuro?

Podría decirse que el misterio más grande al que se enfrenta la humanidad hoy en día es la posibilidad de que el 75% del universo está hecho de una sustancia conocida como "energía oscura", de la que casi no tenemos conocimiento en absoluto.

 Fuente la NASA

Dado que un 21% del universo está hecho de la invisible "materia oscura" que sólo puede ser detectada a través de sus efectos gravitacionales, la materia ordinaria y la energía que componen la Tierra, los planetas y las estrellas es, aparentemente, sólo una pequeña parte de lo que existe., 4% - 5%.

Estos descubrimientos requieren un cambio en nuestra percepción tan grande como la que hizo después de la revelación de Copérnico que la Tierra se mueve alrededor del sol. Hace apenas 25 años la mayoría de los científicos creían que el universo puede ser descrito por Albert Einstein y modelo simple y elegante Willem de Sitter de 1932 en el que la gravedad es gradual y provoca una desaceleración de la expansión del espacio. Pero desde mediados del decenio de 1980 una notable serie de observaciones indicaron que no encajaban en esta teoría estándar, lo que lleva a algunos físicos a proponer que un término antiguo y desacreditado de la teoría general de la relatividad de Einstein - la "constante cosmológica" o "lambda" (Λ) - debe ser considerado de nuevo para explicar los nuevos datos de las observaciones.

Esta constante, o "lambda" (Λ), fue originalmente introducida por Einstein en 1917 para contrarrestar la fuerza atractiva de la gravedad, porque creía que el universo era estático y eterno. Se la considera una propiedad del espacio mismo, pero también puede ser interpretado como una forma de energía que llena uniformemente todo el espacio, si Λ es mayor que cero, la energía uniforme tiene una presión negativa y crea una forma extraña, repulsiva de gravedad. Sin embargo, Einstein no lo creyó y se desilusionó con el término y, finalmente, lo abandonó en 1931 después de Edwin Hubble y Milton Humason descubriaran  que el universo se está expandiendo. (Curiosamente, Isaac Newton había ya había considerado una fuerza lineal que se comportaba como Λ,  diciendo en sus Principia en 1687 que "explica los dos casos principales de atracción".) Λ resurgía de vez en cuando, al parecer nueva contradicción  en la cosmología cada vez que se procuraba explicar un problema - de nuevo sólo para ser desechada cuando dispusieron de más datos. Para muchos científicos, Λ es simplemente innecesaria y poco natural. Sin embargo, en 1968, Yakov Zel'dovich Universidad Estatal de Moscú convenció a la comunidad de físicos que había una conexión entre Λ y la "densidad de energía" del espacio vacío, que surge de las partículas virtuales.  El problema era que las diversas contribuciones no relacionadas con la energía del vacío significaba que Λ, si existiera, sería de hasta 120 órdenes de magnitud mayor que las observaciones sugeridas. Se pensaba que debe haber algún mecanismo que cancelaba Λ exactamente a cero.

En 1998, después de años de observaciones especiales y meses de incertidumbre, dos grupos rivales de los cazadores de supernovas - la Alta-Z Supernova Search Team dirigido por Brian Schmidt y el Supernova Cosmology Project (SCP), dirigido por Saul Perlmutter - revelaron el asombroso descubrimiento de que el universo en expansión se está acelerando.

Se presentó entonces una constante cosmológica con un valor diferente a la originalmente propuesta por Einstein para un universo estático - rebautizada al año siguiente como "energía oscura", y  explicar quien provocaba la expansión, y a partir de entonces la comunidad científica aceptó un nuevo modelo de el universo. Sin duda, las observaciones de supernovas son fundamentales en el cambio de perspectiva de la ciencia, pero la clave para la rápida aceptación de la energía oscura se encuentra en las décadas anteriores.

La inflación y la materia oscura fría

Λ causaría una ligera repulsión gravitatoria que actúa contra la gravedad atractiva, lo que significa que la expansión del universo podría disminuir más lentamente. Esto implicaba que el universo era más viejo de lo que la gente pensaba en el momento y así  se podría cofirmar la edad de sus estrellas más antiguas. Aunque Turner, Steigman y Krauss se dieron cuenta de que Λ podría resolver algunos problemas, fueron - teniendo en cuenta lo ocurrido en el pasado - todavía cautelosos acerca de su inclusión en cualquier teoría razonable. De hecho, el trío prestó mucha más atención a la posibilidad de que la densidad de masa adicional necesaria para un Universo plano fuera proporcionado por las partículas relativistas que se han creado recientemente (en términos cosmológicos) por la descomposición de partículas masivas que sobreviven desde los inicios del universo.

Una de las personas que más apoyaron la vuelta de la constante cosmológica fue James Peebles de la Universidad de Princeton, quien en ese momento estaba estudiando cómo pequeñas fluctuaciones en la densidad de la materia podían crecer  debido a la atracción gravitatoria, y a continuación y en  última instancia  el colapsar para formar galaxias. Escribió en septiembre 1984, The Astrophysical Journal (284 439),  donde también se deduce que sus datos apuntaban a un promedio de densidad de masa en el universo de cerca de 20% del valor crítico - pero fue más allá y dijo que podría ser razonable invocar un no-cero para la constante cosmológica y así hacer frente a las nuevas limitaciones de la inflación. Aunque Peebles fue bastante cauteloso acerca de la idea, este trabajo contribuyó a sacar Λ de la oscuridad y se comenzó a preparar el terreno para la aceptación de la energía oscura.

Nuestra historia comienza en 1980 cuando Alan Guth, que era entonces un postdoctorado en el Centro del Acelerador Lineal de Stanford en California, sugirió una solución audaz para algunos de los problemas de la teoría estándar del Big Bang de la cosmología. Él descubrió un mecanismo que haría que el universo se expanda más, en un intervalo de tiempo de aproximadamente 10^–35 segundos justo después del Big Bang, con lo que se ha estimado la edad del universo de 13.7 mil millones años desde entonces. Las implicaciones de esta "inflación" fueron significativas.


Figura 1: La geometría del universo

La teoría general de la relatividad de Einstein, que hasta ahora ha resistido todas las pruebas de observación que se han hecho con ella, nos dice que la curvatura del espacio está determinada por la cantidad de materia y energía en cada volumen de ese espacio - y que sólo para una cantidad concreta y densidad de energía se tiene la geometría euclidiana o "plana" (figura 1). En la cosmología inflacionaria, el espacio se estira tanto que incluso si la geometría del universo observable comenzó lejos de plano, al igual que un pequeño parche en la superficie de un globo parece cada vez más plana que el globo se revienta al estirarse. A mediados de la década de 1980 una versión modificada del modelo de Guth fue aceptada mayoritariamente por la comunidad de la física.

El problema era que mientras que la inflación sugiere que el universo debe ser plano y así estar dentro de densidad crítica, la densidad real - se estima haciendo cálculos con el número de estrellas en una gran región y estimar sus masas de su luminosidad - fue sólo el 1% del valor requerido para la geometría del modelo. En otras palabras, la densidad de masa observada en el universo, material bariónico (es decir, protones y neutrones) parecía demasiado baja. Por otra parte, la cantidad de materia bariónica en el universo se ve limitada por la teoría de la nucleosíntesis, que describe cómo los elementos ligeros (hidrógeno, helio, deuterio y litio) se formaron en el universo muy temprano. La teoría sólo puede coincidir con las observaciones de las abundancias de elementos ligeros, si la densidad de materia bariónica es de 3-5% de la densidad crítica considerando el valor real en función de la tasa de expansión del universo que se ha medido.

Para compensar este déficit de energía y materia, los cosmólogos lconcluyeron que tiene que haber una gran cantidad de material extra, invisible no bariónica en el universo. La evidencia de esta materia oscura se había ido acumulando desde 1932, cuando Jan Oort se dio cuenta de que las estrellas en la Vía Láctea se estaban  moviendo demasiado rápido en el caso de que la atracción gravitatoria viniera sólo de la materia visible. (Más o menos al mismo tiempo, Fritz Zwicky también encontró evidencia de materia exótica oculta dentro de los cúmulos de galaxias).

Grupo de Galaxias HCG (Hickson Compact Group) 87, vista desde el Observatorio Gemini en Cerro Pachón, Chile.

Inevitablemente, la idea de la materia oscura fue muy controvertida y hubo disputas sobre su naturaleza durante 50 años. En particular, hubo desacuerdos sobre la velocidad con la que las partículas de materia oscura se movían y cómo esto afectaría a la formación de estructuras a gran escala, como galaxias y cúmulos de galaxias.

Luego, en marzo de 1984, un documento por George Blumenthal, Sandra Faber, Joel Primack y Martin Rees convencieron a muchos científicos de que la formación de la estructura en el universo era más probable si las partículas de materia oscura tienen velocidad despreciable, es decir, que son "fríos" ( Nature 311 517). Encontraron que un universo con cerca de 10 veces más materia oscura fría (CDM)  que materia bariónica predecía correctamente muchas de las propiedades observadas de las galaxias y cúmulos de galaxias. El único problema con este "modelo CDM" fue que la evidencia apuntaba a la densidad total de materia en el universo baja - apenas el 20% de la densidad crítica dada por la teoría si fuera cierta.

 Sin embargo la mayoría de los científicos esperan que esta "densidad de masa perdida" se encontrará cuando se mejoren  las mediciones de la materia oscura.

Problemas con la teoría estándar

En este punto el modelo cosmológico estándar  es un universo plano con una densidad crítica formada por una pequeña cantidad de materia bariónica, protones y neutrones,  y la mayoría es la materia CDM. Aparte del hecho de que la mayoría de la materia se pensaba que era peculiar, este modelo  sigue siendo el modelo de Einstein-De Sitter, por lo que el prejuicio teórico de que era fuerte.

Por desgracia para la teoría de la inflación y el  modelo del CDM, este cuenta con una predicción muy extraña:  dice que el universo no tiene más de 10 mil millones de años, mientras que, a la vez, indica que algunas estrellas son mucho más antiguas. Por esta razón, y porque las observaciones de la distribución de la materia eran a favor de una baja densidad de masa media, los cosmólogos EE.UU. Michael Turner, Steigman Gary y Lawrence Krauss publicaron un artículo en junio de 1984, que investigó la posibilidad de una baja constante cosmológica Rev. (Phys. Lett 52. 2090).

La presencia de

                                 Pistas cósmicas

Sería tentador pensar que el camino para confirmar la existencia de la energía oscura fuera claro. Sin embargo, los astrónomos se dieron cuenta de que la densidad de masa promedio del universo podría ser tan alta como la densidad crítica, si había una gran cantidad de materia oscura adicional oculta en los vastos espacios, o espacios, entre los cúmulos de galaxias. De hecho, cuando Marc Davis, George Efstathiou, Frenk y Carlos Simón Blanco (siguiento el  trabajo de Nick Kaiser) realizaron simulaciones de modelos de ordernador de la evolución de un universo dominado por el CDM, se encontraron con la materia oscura y la materia luminosa se distribuyen de manera diferente, con más de CDM en el vacío. Si sólo se formaron las galaxias, donde la densidad media general era alto, la simple teoría cosmológica de Einstein-De Sitter de cosmología plana podría estar de acuerdo con las observaciones y ya no habría necesidad de invocar la idea de la energía oscura.

Pero para los que se oponen a la idea de la energía oscura, el problema era que no había ni rastro de las cantidades de masa desaparecida en los huecos entre galaxias.  De hecho, cuando Lev Kofman y Starobinskii Alexei calcularon el tamaño de las variaciones de temperatura de la radiación del fondo de microondas cósmico (CMB), utilizando diferentes modelos del universo, encontraron que la adición de Λ, previsra en el modelo del CDM,  proporcionan una mejor explicación de la distribución observada de los cúmulos de galaxias. Incluso si Λ no fuera incluida en la teoría,  ya en las observaciones en la década de 1980 sugirieron que la estructura cosmológica a escalas muy grandes pueden ser más fácilmente explicada por un universo de baja densidad, y esto obviamente era incompatible con la teoría de la inflación.

Sin embargo, mucha gente siguía pensando que la idea de introducir otro parámetro, como Λ, estaba  en contra del principio de la navaja de Occam, ya que los datos no estaban todavía totalmente determinados. No era tanto que los físicos estaban profundamente unidos al modelo estándar, sino que como Einstein, no se quería complicar innecesariamente la teoría. En efecto, en ese momento, casi cualquier cosa parecía preferible a la adición de Λ. Como George Blumenthal, Avishai Dekel y Primack comentó en 1988, la introducción de Λ requeriría "una cantidad aparentemente inverosímil de "ajuste fino"  de los parámetros de la teoría" (J. Astrophys. 326 539).

En su lugar, se propuso que con una de baja densidad, la curvatura negativa universo con constante cosmológica cero podría explicar las propiedades observadas de las galaxias, incluso hasta a gran escala, como en el caso de CDM y bariones.  Este modelo, que entró en conflicto con la nucleosíntesis, con la predicción de la inflación que el universo es plano y con el límite de pequeñas observaciones, y  sobre el tamaño de las fluctuaciones en el CMB, pero que creían que podría haber posibles soluciones.  Esto parecía mucho más agradable a la vista con una Λ igual a cero.

Sorprendentes resultados.

La ruptura con esta calma  llegó en 1990. Steve Maddox, Sutherland, Efstathiou George y Jon Loveday publicaron los resultados de un estudio de la distribución espacial de las galaxias, en 185 placas fotográficas obtenidas por el telescopio Schmidt del Reino Unido Unidad en Australia ( R. Astron. Soc. 242 43). Por su muy alta calidad, las copias de vidrio de las placas fueron digitalizadas utilizando un sistema de medición automática (APM),  que había sido desarrollado en la Universidad de Cambridge por Edward Kibblewhite y su grupo. Este estudio ampliio y notable - fue el mayor en más de 20 años - cubría más de 4300 grados cuadrados del cielo del sur e incluía  cerca de dos millones de galaxias, llegando  al espacio profundo y muy lejos en el tiempo.

Sorprendentemente, los resultados del estudio de galaxias APM no se corresponde en absoluto el modelo del CDM estándar más la inflación. En escalas angulares de aproximadamente  más de 3 °, el estudio proporciona una evidencia muy fuerte de la existencia de agrupación de galaxias que simplemente no fue predicha por el modelo estándar. En 1990 Efstathiou, Sutherland y Maddox escribió una carta directa a la Nature (348 705), en el que argumentó que el CDM y bariones representaron sólo el 20% de la densidad crítica.

El 80% restante, se deduce por tanto, es proporcionada por una constante cosmológica positiva, y esto pronto se hizo conocido como el modelo ΛCDM.  El caso de la baja densidad, el modelo del CDM se obtuvo en el APM estudio  de galaxias  y una análisis del corrimiento al rojo de más de 2.000 galaxias detectadas por el satélite astronómico infrarrojo (IRAS).

Ahora para una constante cosmológica positiva ya había varios argumentos a su favor: la inflación, que requiere un universo plano, el pequeño tamaño de las fluctuaciones de temperatura en el CMB, y el problema de la edad del universo. "Un resultado positivo de la constante cosmológica", escribió Efstathiou, Sutherland y Maddox, "podría resolver muchos de los problemas del modelo estándar del CDM y se debe tomar en serio". Este fue el mayor argumento a favor de traer de vuelta la constante cosmológica Λ de Einstein en la cosmología. El resultado de la APM para esta  densidad baja masa del universo fue confirmada más tarde por el 2dF Galaxy Redshift Survey y el Sloan Digital Sky Survey.

La vuelta de la constante cosmológica

Pero los investigadores aún estaban renuentes a aceptar Λ plenamente. En 1992, Sean Carroll, prensa William Turner y Edwin subrayaron los problemas de Λ considerada como la densidad de energía del vacío - el problema de la coincidencia (figura 2) y el hecho de que la mecánica cuántica predice un valor mucho más alto que las observaciones (Ann. Rev. Astron. Astrophys. 30 499). Señalaron que un universo plano, más el modelo  con una Λ.

Pronto, los demás también comenzaron a estudiar seriamente el caso de el caso de el caso de ΛCDM. Por ejemplo, en 1991 uno de los autores del artículo (OL), con Per Lilje, Primack y Rees, estudiaron las consecuencias de la constante cosmológica en el crecimiento de la estructura del universo, y concluyeron que estaba de acuerdo con los datos disponibles en el momento (MO. no. R. Astron. Soc. 251 128). efectiva requiere la inclusión de la teoría no-bariónica CDM, lo que significa que desde entonces tenemos dos componentes altamente especulativos en la teoría  para entender el universo.

Figura 2: Evolución de la densidad de masa en el universo.

En el modelo de Einstein-De Sitter el universo se compone sólo de los componentes - la materia y la radiación - que dan lugar a la gravedad normal, universo atractivo. A medida que el universo se expande, la gravedad frena la expansión y la densidad de masa, ρm (azul), y la densidad de la radiación, ρrad (rojo), lleva la disminución universo de la expansión , a una tasa dada por la teoría general de Einstein de la relatividad. En este modelo no hay nada especial acerca de la época en que los seres humanos han evolucionado. Si, sin embargo, la constante cosmológica no es distinto de cero y a  que siempre mantendrá el mismo valor,  parece una coincidencia increíble que estamos viviendo en la época cosmológica breve cuando la densidad de energía oscura, ρΛ (verde), y la densidad de masa tienen aproximadamente el mismo tamaño. La gravedad repulsiva de Λ aparece sólo recientemente (en escalas de tiempo cosmológicas) y comenzó a dominar ya que está causando la expansión del universo y a que  se acelere. Adaptado de RA Freedman y WJ Kaufmann Universo (2005 WH Freeman)

En 1993 apareció un artículo en la revista Nature (366 429) sobre el contenido bariónico de cúmulos de galaxias, escrito por Simon Blanco, Julio Navarro, August Evrard  y Carlos Frenk. Se estudió el cúmulo de Coma de galaxias,  CMB - como las medidas del satélite Cosmic Explorer de la NASA Fondo (COBE) y más tarde por el Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) - d mostraron contundentemente que la densidad de masa está muy por debajo de la densidad crítica dada por la teoría y sin embargo a favor de un universo con una geometría plana en general. Algo distinto y que no venga de la teoría del CDM deben proporcionar la masa falta y la energía necesaria para alcanzar el valor crítico.

Aunque todavía hay una serie de modificaciones al modelo propuesto del CDM, ΛCDM fue el único modelo que pudo adaptarse a todos los datos a la vez. Al parecer, la materia representan el 30-40% de la densidad crítica y Λ, como la energía del vacío, representa el 60-70%. Jeremías Ostriker y Paul Steinhardt, de manera sucinta resumieron las limitaciones de la observación en 1995 en una carta a la revista Nature (377 600). El análisis se apoyó fuertemente en la medición de la constante de Hubble,  en la edad del universo, y los resultados del satélite Hipparcos en 1997, las estimaciones teóricas de la edad del universo proponían  finalmente para las estrellas más viejas unos 10-13 mil millones de años, cifra más acorde a las medidas reales.

La mayoría de los físicos eran reacios a considerar la idea de que Λ debía ser presentada de nuevo en la cosmología, pero el escenario estaba listo ahora para un cambio masivo en la opinión (ver "La energía oscura", de Robert P. Crease). Algunas personas sugirieron otras posibilidades para el componente que faltaba, y el nombre de "energía oscura" fue presentado por Michael Turner en 1999 y así dar coherencia a la teorís y observación. Cuando los datos de la supernova de la Alta-Z   y los equipo SCP confirmaron que la expansión del universo se está acelerando, hubo una rápida vuelta al apoyo de la teroría de  la energía oscura de gran parte de la gente que había abogado por su retorno en los años 1980 y 1990.  Superva de la Alta-Z que está a unos 100 megaparsecs (un magaparsec es millón de pársecs, distancia equivalente a unos 3,26 millones de años luz),  lejos de la Vía Láctea y contiene más de 1.000 galaxias. Se asume, a partir de medidas realizadas desde satélites, que es un cúmulo típico de todos los cúmulos abiertos ricos en galaxias y su masa se compone de tres componentes principales: estrellas luminosas,  estrellas calientes de  rayos X que emiten gases y materia oscura. White y colegas se dieron cuenta que la proporción de la masa bariónica al total en este cúmulo sería bastante representativa de la relación en el universo como un todo. Al relacionar luego la fracción de masa bariónica del modelo de nucleosíntesis daría una medida de la densidad  de masa promedio del universo.

Después realizar un inventario y análisis, utilizando los últimos datos y simulaciones por ordenador, el grupo llegó a la conclusión de que la materia bariónica era una fracción más grande de la masa total del cúmulo de galaxias y  fue predicho por una combinación de la restricción de la nucleosíntesis y la norma modelo inflacionario  CDM. Los bariones se podrían haber producido en el grupo durante su formación (por enfriamiento, por ejemplo) pero el número creado no habría sido suficiente para explicar la discrepancia. Las explicaciones más plausibles eran que la interpretación habitual de la abundancia de elementos (teoría de la nucleosíntesis) era incorrecta, o que la densidad de la materia real estaba muy por debajo de la densidad crítica. Una vez más, el modelo estándar del CDM con la densidad de masa igual a la densidad crítica, era insuficiente. La manera de satisfacer la restricción de la inflación que el universo es plano sería añadir una constante cosmológica.

¿Hacia un nuevo cambio de paradigma?

Si la historia reciente nos enseña algo, es no ignorar la evidencia cuando nos está mirando a la cara. Mientras que por  la adición de dos términos poco conocidos - la energía oscura y materia oscura - la teoría de Einstein podía perder su elegancia intrínseca y su belleza, vemos que  la simplicidad no es en sí misma una ley de la naturaleza. Sin embargo, aunque el caso de la energía oscura se ha fortalecido durante los últimos doce años, muchas personas se sienten descontentas con el modelo cosmológico actual. Puede ser compatible con todos los datos actuales, pero no hay una explicación satisfactoria en términos de la física fundamental. Como resultado, un número de alternativas a la energía oscura se han propuesto y parece probable que habrá un nuevo cambio en nuestra comprensión del universo en la próxima década (ver "cambios de paradigma en el  futuro?" más abajo).

Los datos de las supernovas de tipo 1a (azul), las oscilaciones acústicas de bariones (verde) y el fondo cósmico de microondas (naranja) proporcionar información independiente sobre la naturaleza de la energía oscura. Sólo una región muy pequeña en la cantidad de materia, Ωm ≈ 0.25, y la cantidad de energía oscura, ΩΛ ≈ 0,75, coincide con los tres conjuntos de datos. Que convergen en el valor necesario para un universo plano: Ωm ΩΛ + = 1. Adaptado de M Kowalski et al. 2008 Astrophys. J. 686 749

Figura 3: La evidencia de la aceleración cósmica

 

Todo el enfoque de la cosmología ha cambiado drásticamente y muchas observaciones astronómicas ahora en proyecto o en curso tienen como objetivo principal descubrir más sobre la causa subyacente de la aceleración cósmica. Por ejemplo, el basado en el estudio Dark Energy Survey ( , el valor predicho por la teoría fundamental es varias órdenes de magnitud mayor que las observaciones. Muchas ideas interesantes se han propuesto, incluyendo que varía con el tiempo, pero incluso ésto no soluciona la "coincidencia" del problema de por qué la época actual es tan especial.

DES), que propuso la Agencia Espacial Europea a la misión espacial de Euclides, y la NASA, prevista desde el espacio Común de la Energía Oscura Misión (JDEM) se utilizarán cuatro técnicas complementarias: 

1. agrupación de galaxias,
2. las oscilaciones de bariones acústica,
3. débil lentes gravitacionales
4. y las supernovas tipo 1a 

Todo ello  para medir la geometría del universo y el crecimiento de las perturbaciones de densidad (figura 3 arriba).

 

El DES toma todos los valores posibles. Muchas ideas generan desconfianza a científicos en el razonamiento  antrópico, porque no hace predicciones comprobables y parecen dar a entender una especie de principio de la vida o la intención de coexistir con las leyes de la física. Sin embargo, la teoría de cuerdas predice un gran número de universos con diferentes valores posibles de los parámetros físicos, y hasta cierto punto, esto legitima el razonamiento antrópico como una nueva base para las teorías físicas. Λ

Los cosmólogos todavía no tienen una idea real de lo que la energía oscura es y puede incluso no ser la respuesta a lo que constituye la mayor parte de nuestro universo. Éstos son algunos cambios posibles paradigma que es posible que tengamos que afrontar:

Violación del principio copernicano Por ahora suponemos que la Vía Láctea no ocupa ningún lugar especial dentro del universo. Pero si nos toca estar viviendo en medio de un gran vacío,  entonces se podría explicar por qué el tipo de supernovas 1a (nuestra más fuerte evidencia de la aceleración cósmica) se ven oscuras. Sin embargo, lesto requiere que nuestra galaxia ocupe una posición privilegiada y  va en contra de la hipótesis subyacentes más básicas de la cosmología.

¿Es la energía oscura algo más que no sea la energía del vacío? Aunque la energía del vacío es matemáticamente equivalente a Λ el valor predicho por la teoría fundamental es varios ordenes de agnitud superior al medido experimentalmente, medidas posteriores aclararan la situación.

Multiuniversos Λ puede tener un efecto dramático en la formación de la estructura del universo. Si Λ es demasiado grande y positivo, la gravedad hubiera evitado la formación de grandes galaxias y la vida como la conocemos, nunca habría surgido. Steven Weinberg y otros utilizaron este razonamiento antrópico para explicar los problemas con la constante cosmológica y predijo un valor de Λ que es muy cercano a lo que se observó finalmente. Sin embargo, este uso de la teoría de la probabilidad predecía un número infinito de universos en los que Λ puede tomar cualquier valor.

Modificaciones a nuestra comprensión de la gravedad Puede ser que tengamos que mirar más allá de la relatividad general , a una teoría más completa de la gravedad. Nuevos progresos alentadores en teoría "brane"  sugieren la influencia de las dimensiones espaciales extra, pero es probable que el misterio de la energía oscura y la aceleración cósmica no se resolverá hasta que la gravedad puede ser incorporado con éxito en la teoría cuántica de campos.

Resumen: Un cambio de paradigma hacia la energía oscura

La energía oscura es una misteriosa sustancia que se cree que constituyen el 75% del universo actual. Propuesto en 1998 para explicar por qué la expansión del universo se está acelerando, la energía oscura tiene  presión negativa y hace que la gravedad sea repulsiva.
Los datos sugieren que la energía oscura es constante (dentro de los errores) con el caso especial de la constante cosmológica (Λ), que Einstein introdujo en 1917 (aunque por motivos diferentes) y luego abandonada. Λ puede interpretarse como la energía del vacío predicho por la mecánica cuántica, pero su valor es mucho menor de lo previsto
Durante el siglo 20, Λ se volvió a introducir varias veces para explicar diversas observaciones, pero muchos físicos pensaban que era un torpe recurso, además de la relatividad general .
La rápida aceptación de la energía oscura hace una década se debe en gran medida a la labor de los investigadores en la década de 1980 y principios de 1990 que llegó a la conclusión de que, a pesar de los prejuicios en su contra, Λ era necesario para explicar sus datos
Aún no tenemos explicaciones fundamentales de la energía oscura y materia oscura. El cambio de paradigma siguiente podría ser igual de sorprendente y tenemos que estar listos  y con la mente abierta

Más sobre el paradigma de la energía oscura.

L Calder and O Lahav 2008 Dark energy: back to Newton? Astron. Geophys. 49 1.13–1.18
B Carr and G Ellis 2008 Universe or multiverse? Astron. Geophys. 49 2.29–2.33
E V Linder and S Perlmutter 2007 Dark energy: the decade ahead Physics World December pp24–30
P J E Peebles and B Ratra 2003 The cosmological constant and dark energy arXiv: astro-ph/0207347v2

Sobre el autor del artículo original en IOP

Lucy Calder has an MSc in astrophysics from University College London and is currently a freelance writer in London, UK.

Ofer Lahav is Perren Professor of Astronomy and head of astrophysics at University College London

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