nuevo estudio elimina necesidad de invocar la energía y materia oscura del universo.

El Premio Nobel de Física, otorgado apenas hace unas semanas atrás, fué para la investigación sobre la luz de lassupernovas de Tipo 1a, la cual demuestra que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado.

El problema bien conocido resultante de estas observaciones es que esta expansión parece estar ocurriendo incluso más rápido de lo que todas las formas conocidas de energía podrían permitir. Aunque no hay escasez de explicaciones propuestas – desde la energía oscura a las teorías modificadas de la gravedad - es menos común que alguien cuestione la interpretación de los datos de las supernovas en sí.


En un nuevo estudio, es lo que Arto Annila, Profesor de Física en la Universidad de Helsinki, está haciendo. La base de su argumento, que se publica en una edición reciente de la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society, radica en la forma siempre cambiante en que la luz viaja a través de un universo en constante evolución.


"El modelo estándar de la cosmología del big bang (el modelo Lambda-CMD ) es un modelo matemático, pero no una representación física del universo en evolución ", dijo Annila . "Así, el modelo Lambda-CMD proporciona la distancia de luminosidad para un corrimiento al rojo dado en función de los parámetros del modelo, tales como la constante cosmológica, pero no en función de los procesos físicos dónde los cuantos liberados de la explosión de una supernova se dispersan en el universo en expansión .
"Cuando la supernova explota, su energía como fotones comienza a dispersarse en el universo, por lo cual , al momento en que se observa el flash, se hace más grande y por lo tanto también más diluida ", dijo. "En consecuencia, la intensidad observada de la luz ha caído inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de luminosidad y directamente proporcional a la frecuencia de corrimiento al rojo. Debido a estos dos factores, el brillo vs desplazamiento hacia el rojo no es una línea recta en una gráfica, sino una curva. "
Como resultado, Annila sostiene que los datos de las supernovas no implican que el universo está experimentando una expansión acelerada.

Como Annila explica, cuando un rayo de luz viaja desde una lejana estrella al telescopio de un observador, se desplaza a lo largo del camino que se recorre en menos tiempo. Este principio de la física es conocido como el principio de Fermat o el principio de tiempo mínimo. Es importante destacar que el camino más rápido no es siempre el camino recto. Las desviaciones de una trayectoria recta se producen cuando la luz se propaga a través de medios de diferentes densidades de energía, como cuando la luz se curva debido a la refracción, ya que viaja a través de un prisma de cristal.

El principio de tiempo mínimo es una forma específica del principio más general, de mínima acción. De acuerdo con este principio, la luz, como todas las formas de energía en movimiento, siempre viaja en el camino que maximiza la disipación de la energía. Vemos este concepto cuando la luz de una bombilla (o estrella) emana hacia afuera en todas las direcciones disponibles.
Matemáticamente, el principio de mínima acción tiene dos formas diferentes. Los físicos casi siempre usan la forma que implica al así llamado integrando Lagrangiano, pero Annila explica que esta forma sólo puede determinar las rutas en un entorno fijo. Dado que la expansión del universo es un sistema en evolución,el sugiere la forma original, pero menos popular, que fué producida por el matemático francés Maupertuis, la cual puede determinar con mayor precisión la trayectoria de la luz de las supernovas distantes.
Usando la forma de Maupertuis del principio de mínima acción, Annila ha calculado que el brillo de la luz de supernovas de Tipo 1a después de viajar a muchos millones de años luz de la Tierra está de acuerdo con las observaciones de la cantidad conocida de energía en el universo, y no requiere la energía oscura o cualquier otra fuerza de conducción adicional.

en la relación entre la distancia y el corrimiento al rojo de las supernovas tipo 1a, los datos (puntos) están de acuerdo con la ecuación en la que la luz se propaga a través de la expansión del universo en el camino de tiempo mínimo (línea continua). Crédito de la imagen: Annila. © 2011 Royal Astronomical Society.

"Es natural para nosotros los seres humanos anhelar predicciones desde las previsiones que contribuyan a nuestra supervivencia", dijo. "Sin embargo, los procesos naturales, como correctamente Maupertuis las formuló, intrínsecamente no son computables. Por lo tanto, no hay ninguna razón real, pero ha sido sólo nuestro deseo de hacer predicciones precisas que nos han llevado a rechazar la forma de Maupertuis, a pesar de que el imperativo de tiempo mínimo es una cuenta exacta de los procesos dependientes de la trayectoria. El principio unificador sirve para racionalizar diversos problemas de fino ajuste, como la homogeneidad a gran escala y la planitud del universo. "

¿Cómo funciona exactamente el viaje de la luz en su camino de mínimo tiempo? Mientras la luz se desplaza, el universo en expansión está disminuyendo en densidad. Cuando la luz atraviesa una región de densidad de energía mayor a una región de más baja densidad de energía, el principio de Maupertuis de la mínima acción dice que la luz se adaptará al disminuir su ímpetu omomento.Por lo tanto, debido a la conservación de los cuantos,la longitud de onda de los fotones se incrementará y su frecuencia disminuirá. Por lo tanto, la intensidad radiante de la luz se reducirá en el camino de la explosión de una supernova desde el pasado distante de alta densidad a su actual entorno de baja densidad universal.También cuando la luz pasa por una zona local de alta densidad energética, como una estrella, la velocidad de la luz cambiará y su dirección de propagación también. Todos estos cambios en la luz en última instancia, se derivan de los cambios en la densidad de energía circundante.

la luz se dispersa desde la explosión de una supernova en (amarillo) hasta el sitio de detección en (azul).Cuando el universo se expande la energía de la luz se diluye cuando ella viaja desde su denso entorno en el pasado hasta su entorno esparcido en el presente .Las longitudes de onda de la luz se incrementan como un resultado del decrecimiento de la densidad de energía en su entorno.Crédito.Annila. ©2011 Royal Astronomical Society.

Si este es el camino que la luz viaja desde las supernovas, entonces nos dice algo importante acerca del por qué el universo se expande, Annila explica. Cuando una estrella explota y su masa se quema en radiación, la conservación requiere que el número de cuantos se mantenga igual, ya sea en forma de materia o radiación. Para mantener el equilibrio global entre la energía unida a la materia y la energía libre en forma de fotones, las supernovas están, en promedio, alejándose las unas de las otras con una creciente velocidad media cercana a la velocidad de la luz.Si la energía oscura o cualquier otra forma adicional de energía estuviera involucrada, se estaría violando laconservación de la energía.
El análisis se aplica no sólo a las supernovas, sino a otras "formas consolidadas" de energía tambien. Cuando formas consolidadas de energía como las estrellas, los púlsares, agujeros negro, y otros objetos se transforman en radiación electromagnética - la forma más baja de energía - a través de la combustión, estas transformaciones irrevocables desde densidades de alta energía a densidades de baja energía son las que causan que el universo se expanda.

si la expansión del universo se debe a los mecanismos que " descomponen la materia en luz", entonces la expansión del universo se espera que siga una curva sigmoidea. Crédito de la imagen: QEF, Wikimedia Commons.

"La continua expansión del universo no es un remanente de alguna explosión furiosa en un pasado lejano, sino que el universo se está expandiendo debido a la energía que esta unida a la materia y se quema propagándo a los fotones libremente, sobre todo en las estrellas y otros mecanismos celestes de gran alcance en transformación de la energía ", dijo Annila. "Por lo tanto, la tasa actual de expansión depende de la densidad de energía que todavía está confinada en la materia, así como sobre la eficacia de los mecanismos actuales que descomponen la materia en luz. Asimismo, la tasa de expansión del pasado dependía de los mecanismos que existían entonces, al igual que la tasa de expansión futura dependerá también de los mecanismos que puedan surgir en el futuro. Puesto que todos los procesos naturales tienden a seguir las curvas sigmoide cuando consumen energía libre en el menor tiempo, también el universo se expandirá de forma sigmoidal ".


Si bien el concepto del camino de menos tiempo de la luz parece ser capaz de explicar los datos de las supernovas de acuerdo con el resto de nuestras observaciones del universo, Annila nota que sería aún más interesante si este concepto teórico podría resolver algunos problemas al mismo tiempo. Y puede que sea - Annila muestra que, cuando las lentes gravitacionales se analizan con este concepto, no requieren materia oscura para explicar los resultados.
La teoría general de la relatividad de Einstein predice que los objetos masivos, como las galaxias, hacen que la luz se doble debido a la forma en que la gravedad distorsiona el espacio-tiempo, y los científicos han observado que esto es exactamente lo que sucede. El problema es que la desviación parece ser más grande de lo que toda la conocida materia (luminosa) puede dar cuenta, lo que llevó a los investigadores a estudiar la posibilidad de la materia oscura (no luminosa).
Sin embargo, cuando Annila utilizó el principio de Maupertuis de la mínima acción para analizar qué parte de una galaxia de una cierta masa debería desviar la luz que pasa, el resultado del cálculo fué que la desviación total es cerca de cinco veces mayor que el valor dado por la relatividad general. En otras palabras, las desviaciones observadas requieren menos masa de lo que se pensaba, y puede ser contabilizada en su totalidad por la materia conocida en las galaxias.
"La relatividad general en términos de las ecuaciones de campo de Einstein es un modelo matemático del universo, mientras que tenemos la cuenta física de la evolución del universo proporcionada por el principio de mínima acción de Maupertuis , "dijo. "El progreso por parches puede parecer interesante , pero fácilmente se vuelven inconsistentes recurriendo a aditamentos ad hoc. Bertrand Russell es terminante al señalar sobre el principio contemporáneo al decir que "toda ciencia exacta está dominada por la idea de aproximación", pero, fundamentalmente, cualquier sofisticado modelo es secundario para comprender el principio simple de cómo funciona la naturaleza. "
Annila agrega que estos conceptos pueden ser examinados para ver si son la forma correcta de analizar las supernovas e interpretar la expansión del universo.
"El principio del tiempo mínimo del consumo de energía libre reclama, por su naturaleza a ser una ley universal e inviolable", dice. "Por lo tanto, no sólo las explosiones de supernova , sino, básicamente,cualquier dato servirá para probar su validez. La coherencia y la universalidad del principio se pueden probar, por ejemplo, por la precesión del perihelio y los datos de rotación galáctica.También los resultados finales de la sonda Gravity Probe B para el efecto geodésico me parecen sin duda lo suficientemente buenos para poner a prueba el principio natural, mientras que los registros del pequeño efecto de arrastre de marcos “frame-dragging “se ven comprometidos por la gran incertidumbre, así como por las imprevisibles, pero esclarecedoras tribulaciones experimentales. " .




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http://www.physorg.com/news/2011-10-supernovae-universe-expansion-understood-dark.html

¿porqué el tiempo fluye en una sola dirección?.

Podemos movernos por el espacio en cualquier dirección que nos guste - pero el tiempo es estrictamente una calle de un solo sentido, y los físicos aún no pueden decirnos el por qué?.

Dé unos pasos hacia adelante, dé la vuelta y camine hacia atrás. No hay problema. Ahora deje pasar unos segundos, luego dé la vuelta y regrese unos segundos en el tiempo. No ha habido suerte? Por supuesto que no. Como sabemos muy bien, el tiempo, a diferencia del espacio, tiene una sola dirección – la cual fluye del pasado al futuro, y nunca al revés. Eso suena, como el orden natural de las cosas, pero si se mira con suficiente atención a la naturaleza, usted encontrará que no lo es. Una búsqueda exhaustiva de las leyes de la física resulta en la no existencia de una flecha del tiempo. Por ejemplo,se pueden utilizar las leyes de Newton del movimiento para estudiar desde donde un balón fué lanzado en el pasado así como tan bien donde aterrizará en el futuro. Y cuando se trata de partículas, las leyes y fuerzas que rigen su comportamiento no cambian si cambias el futuro por el pasado. "Lo verdaderamente extraño es que las leyes de la física, que sin duda deberían ser responsable de lo que vemos en el mundo, pueden funcionar igual de bien hacia adelante como hacia atrás en el tiempo", dice Dean Rickles, un filósofo de la ciencia en la Universidad de Sydney en Nueva Gales del Sur, Australia. "No debería haber una flecha." Si la flecha del tiempo no está en las leyes de la física, ¿de dónde viene? Una pista importante surge de las complejas interacciones de un gran número de partículas. Todos los objetos que se ven a su alrededor, incluyendo a usted, se componen de una amplia colección de partículas. Estas partículas no están fijas a su alrededor – ellas están constantemente moviéndose y reorganizándose. Para cualquier sistema macroscópico - por ejemplo, un charco de agua o un cristal de hielo - los físicos asignan unaentropía. La entropía refleja el número de formas en las que se pueden reorganizar las partículas constituyentes de un sistema sin cambiar su apariencia general. Un charco de agua se puede formar mediante la reorganización de las moléculas de H2O en un gran número de formas, por lo que es un sistema de alta entropía. Un cristal de hielo, por el contrario, tiene que ser ordenado de una manera muy precisa, y porque hay pocas formas de hacerlo el tiene una baja entropía. En términos de la estadística pura, sistemas de alta entropía siempre son más probable que los de baja entropía, ya que hay muchas más maneras para su producción. Es por eso que, dada una temperatura lo suficientemente caliente como para permitir que las moléculas se muevan en nuevos arreglos siempre vas a ver al hielo volviéndose agua, y nunca vas a ver un charco de manera espontánea cristalizándo en hielo. De hecho, si estuviera viendo una película y observó una escena de un charco de repente congelándose en un día caluroso, usted asumiría que la película estaba corriéndo a la inversa – y que el tiempo se estaba moviendo hacia atrás. A pesar de que el aumento de la entropía es una estadística, y no un fenómeno fundamental, , es suficiente para dar origen a un poderoso pilar de la física: la segunda ley de la termodinámica.Según la segunda ley la entropía del universo nunca puede disminuir. Y allí, se podría pensar, está la clave de la flecha del tiempo - la marcha constante de la entropía de menos a más es lo que percibimos como el paso del pasado al futuro. Si todo fuera tan fácil pero por desgracia, la segunda ley en realidad no explica la flecha del tiempo. Simplemente dice que los estados de alta entropía son más probables que los de baja entropía.El tiempo no entra en el cuadro, lo que significa que el mundo cinco minutos a partir de ahora es probable que tenga mayor entropía que el mundo hace 5 minutos. La única manera de explicar la flecha del tiempo, entonces, es asumir que el universo inició su existencia en un muy poco probable estado de baja entropía. Si no hubiera sido así, el tiempo se habría quedado atascado y nada interesante, como nosotros, jamás hubiera ocurrido. "La flecha del tiempo depende del hecho de que el universo empezó en un estado muy peculiar", dice el físico Carlo Rovelli del Centro para Física Teórica en Marsella, Francia. "Si se hubiera puesto en marcha en un estado al azar, no habría nada para distinguir el futuro del pasado". De hecho, la observación demuestra que el universo empezó en un estado de baja entropía. La radiación remanente del Big Bang ofrece una instantánea de la infancia del universo. Muestra que cerca del principio del tiempo, la materia y la radiación se extendían muy uniformemente a través del espacio. A primera vista, pareciera un estado de alta entropía - hasta que se toma en cuenta a la gravedad. La gravedad siempre quiere que las cosas se agrupen, por lo que en un sistema gobernado por la gravedad, un agujero negro es un estado mucho más probable, y así es de mayor entropía que una distribución uniforme. Esta uniforme baja entropía es extraordinariamente poco probable - así que ¿cómo podemos tener tanta suerte? "Si somos capaces de explicar la baja entropía del pasado, entonces vamos a tener más o menos resuelto el problema de la flecha del tiempo", dijo Rickles. Los cosmólogos tienen una explicación para la uniformidad que vemos en el universo temprano. En la primera fracción de segundo después del principio del tiempo, el universo pasó por un estallido breve pero dramático de expansión conocido como inflación, que extendió el espacio como una sábana de goma y suavizó las arrugas. La inflación parece resolver el dilema, pero en una inspección más cercana, sin embargo, sólo empuja el problema de regreso.Para que la inflación se produzca de la manera correcta para producir nuestro universo, el campo que condujo la expansión, conocido como el campo inflatón, tenía que tener algunas propiedades muy poco probables. Así, mientras que el campo inflatón explica el misterio de la baja entropía del universo, el en sí mismo tenía una baja entropía. ¿Cómo tienen en cuenta los físicos eso? Una posibilidad es que la inflación no ocurrió sólo una vez.Supongamos que el campo inflatón comenzó en un estado caótico, de alta entropía - un escenario más probable - de modo que sus propiedades varíaban de un lugar a otro. El inflatón de baja entropía que dio origen a nuestro universo uniforme y por lo tanto a nuestra flecha del tiempo sería solo un centelleo al azar de un más grande, campo de alta entropía. Algunas partes del campo tendrían las condiciones adecuadas para producir un universo como el nuestro, otras permanecerían estériles o producirían otros universos. De hecho, la física del campo inflatón garantiza que hay siempre suficiente campo para crear más universos - lo cual debería conducir a un multiverso infinito. Varias líneas de evidencia ahora convergen en el multiverso, lo que lleva a muchos cosmólogos a tomar en serio la idea. En un multiverso, algunos universos tendrían flechas del tiempo mientras que la mayoría no. No es de extrañar que nos encontremos en uno que lo haga, ya que es el único tipo de universo que podría dar lugar a la vida. "Este es mi escenario favorito", dice el físico Sean Carroll, del Instituto de Tecnología de California en Pasadena. "No tiene completamente atrapada la atención todavía, pero espero que antes de que pase demasiado tiempo se piense que es completamente obvio." Pero incluso si el multiverso puede dar cuenta de la flecha del tiempo, aún quedan muchos misterios. Por ejemplo, ¿cómo la segunda ley encaja con la naturaleza cuántica del universo?Los sistemas cuánticos parecen mostrar su propio tipo de flecha: siempre están descritos por superposiciones de estados posibles hasta que una medida misteriosamente selecciona un estado único, un proceso que parece ser irreversible. La neurociencia proporciona sus propios misterios también. ¿Por qué el cerebro humano sólo recuerda el pasado y no el futuro? "La comprensión de cómo la flecha del tiempo en realidad se manifiesta en numerosas circunstancias - la evolución, el envejecimiento, la memoria, la causalidad, la complejidad - es todavía una vista amplia de preguntas sin respuesta", dice Carroll. Esperemos que los físicos tendrán más respuestas en el futuro - asumiendo, por supuesto, que hay tal cosa.

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http://www.newscientist.com/article/mg21128330.500-about-time-why-does-times-arrow-fly-only-one-way.html

verificada relación entre el entrelazamiento y el principio de incertidumbre .

Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) y la Universidad Nacional de Singapur han verificado el entrelazamientocon ayuda del principio de incertidumbre entrópico y han demostrado su uso práctico para presenciar el entrelazamiento [ver aquí ].

montaje prático que muestra el experimento hecho por Mario Berta sobre la incertidumbre.

En la mecánica cuántica, la capacidad de predecir los resultados precisos de dos observables conjugados, tales como la posición y el momento, para una partícula está limitada por el principio de incertidumbre. Por ejemplo, mientras más precisa la ubicación de la partícula se determina, menos preciso la determinación del momento será. Originalmente formulada por Heisenberg ( ver aquí, la relación de incertidumbre expresada en la forma de la desviación estándar también se extiende a la forma entrópica para reflejar con precisión su significado físico. El principio de incertidumbre es la característica esencial de la mecánica cuántica. Sin embargo, la posibilidad de violar la relación de incertidumbre de Heisenberg ha sido considerada en el pasado . En 1935, Einstein, Podolsky y Rosen publicaron el famoso artículo en el que se consideran el uso de dos partículas libres entrelazadas en posición y momento para violar la relación de incertidumbre de Heisenberg, y para desafiar la exactitud de la mecánica cuántica ( paradoja EPR) [ver aquí]. Karl Popper también propuso un experimento práctico con pares entrelazados para demostrar la violación de la relación de incertidumbre de Heisenberg [ver aquí]. Después de un largo debate y muchos trabajos experimentales, se sabe que estas violaciónes no contradicen la teoría cuántica y que se implementan ahora como una señal de entrelazamiento la cual es la característica fundamental de la mecánica cuántica y la importante fuente de procesamiento de información cuántica. "Recientemente, una más fuerte relación de incertidumbre entrópica, la cual utiliza la previamente determinada información cuántica, fue probada por Mario Berta . [ver aquí], cuya forma equivalente se conjeturó anteriormente por Renes y Boileau [veraquí]. Inicialmente entrelazándo la partícula de interés a otra partícula que actúa como una memoria cuántica, la incertidumbre asociada a los resultados de dos observables conjugado puede ser reducida a cero. El límite inferior de la incertidumbre es esencialmente dependiente del entrelazamiento entre la partícula de interés y la memoria cuántica. Esta nueva relación de la incertidumbre entrópica amplía en gran medida el principio de incertidumbre.El grupo experimental dirigido por el Prof. Chuan-Feng Li en el USTC preparó un tipo especial de estado de fotones entrelazados, llamado como el estado diagonal Bell, en una configuración completamente óptica. Uno de los fotones se envía para la medición y el otro actúa como una partícula asistida que lleva la información cuántica de interés. El fotón asistido se almacena en un spin-echo basado en la memoria cuántica, que constaba de dos fibras de polarización manteneniéndo cada una 120 m de longitud y dos placas de media onda. El tiempo de almacenamiento puede llegar a 1,2 micro segundosEl límite inferior de la incertidumbre relacionada con los resultados de dos observables conjugados es medido, el cual se puede reducir a valores arbitrariamente pequeños, cuando las dos partículas comparten un máximo entrelazamiento. Como resultado, la forma entrópica de la relación de incertidumbre de Heisenberg es violada y la nueva relación es confirmada. Mediante la medición de observables en ambas partículas, el grupo utilizó la nueva relación de incertidumbre entrópica para observar el entrelazamiento y para comparar con las mediciones de otros entrelazamientos. El nuevo entrelazamiento se observa puede ser obtenido por algunas mediciones por separado en cada una de las partículas entrelazadas, lo que demuestra su facilidad de acceso. El verificado principio de incertidumbre entrópica implica que el principio de incertidumbre no es sólo (observable-dependiente), sino también es dependiente del observador, ofreciendo una perspectiva particularmente interesante [veraquí]. El método utilizado para estimar las incertidumbres mediante mediciones directas en ambos fotones tiene aplicación práctica en la verificación de la seguridad de la distribución de clave cuántica.Esta nueva relación de la incertidumbre también encuentra uso práctico en el área de la ingeniería cuántica. La investigación experimental del nuevo principio entrópico de incertidumbre ha causado gran interés. Otro trabajo experimental relevante fue realizado independientemente por Prevedel y colegas [ver aquí] y los trabajos son publicados en la misma edición de Nature Physics.

fuente de la información:

http://www.2physics.com/2011/10/entanglement-assisted-entropic.html#links

¿surgió el universo desde un "gran giro"?.

Una “gran explosión” que a su vez era un “gran giro” podría explicar una alineación sorprendente de las galaxias - por no mencionar el origen de la materia misma.





Albert Einstein tenía razón en muchas cosas. El universo no era una de ellas. Para él, y para muchos antes que él, el cosmos era una entidad estática e inmutable. En 1915, obtuvo sus ecuaciones de la relatividad general (ver aquí ) y el descubrimiento de que el universo que ellas describían no funciona de esta manera, por lo tanto añadió, un término extra para asegurarse de que lo hiciera.
Una década más tarde, las observaciones de las galaxias cercanas revelaron que el universo está lejos de ser estático, sino que se ha expandido con furia desde su nacimiento en una infinitamente caliente y densa bola de fuego hace miles de millones de años atrás: el Big Bang.
Eso no es todo. En la década de 1990, la luz de distantes supernovas nos convenció de que la expansión del universo se está acelerando. Esa fue la suerte póstuma de Einstein: el término amañadoen sus ecuaciones fué revivido para describir una "energía oscurala cual impulsa la aceleración.
Por lo que el universo está a la vez ampliándose y acelerándose. Muy bien.Ahora, sin embargo,sujétence a sus sombreros – ya que podría estar girando, también.
Eso es lo que el físico Michael Longo de la Universidad de Michigan en Ann Arbor cree que ha encontrado. Si es así, una revisión mayor de nuestras suposiciones sobre el cosmos estaría cercana- y tal vez una solución a uno de sus mayores misterios, el hecho desconcertante de la existencia de la materia. Cuando un anónimo revisó el papel más reciente de Longo escribió: "Si esta afirmación , resulta ser cierta, tendría un profundo impacto en la cosmología y resultaría muy probable en un premio Nobel". ¿Qué pasa?
En el corazón de la historia está una regla básica la llamada ley de conservación de la paridadSegún ella la naturaleza, no discrimina entre procesos físicos y objetos y sus imágenes en el espejo.Tome una peonzano gira en sentido horario y antihorario de ninguna manera fundamentalmente diferente. En abreviatura matemática, decimos que una cantidad llamada la paridad sigue siendo la misma siempre que usted voltee una coordenada espacial y haga cosas que apunten o se muevan en la dirección opuesta.

Excepto, por supuesto, cuando no es así. Para empezar, la biología se burla de la paridad. Lasmoléculas quirales vienen en distintas formas diestras y zurdas, que reaccionan de diferentes maneras. Los aminoácidos, los bloques de construcción de las proteínas, favorecen lo zurdo sobre lo derecho. ¿Por qué esto podría ser un misterio?.
Luego están las partículas. A finales de 1956, , un grupo de físicos liderados por Chien-Shiung Wu estaba estudiando ladesintegración betaradiactiva de un rotante núcleo de cobalto-60 en la Oficina Nacional de Normas en Washington DC. Suponiéndo la conservación de la paridad, los núcleos deberían haber emitido una partícula beta, o electrón, con la misma frecuencia a lo largo de la dirección de su giro, como en la dirección opuesta.
Pero no lo hicieron (ver aquí ) alrededor del 70 por ciento más electrones se emiten contra elspinnuclear. La fuerza nuclear débilla cual gobierna el decaimiento beta, favorece los objetos y procesos que se mueven en ciertas direcciones. Ese descubrimiento fue crucial en el establecimiento más tarde del modelo estándar de física de partículasy los dos teóricos que había propuesto el efecto, Tsung-Dao Lee y Chen Ning Yang, fueron galardonados con el premio Nobel en el corto plazo al año siguiente.
Así que si esto ocurre en pequeña escala,podría la conservación de la paridad también tenerse en cuenta a gran escala, tal vez en lo muy grande? Esa es la pregunta que Longo comenzó a reflexionar hace pocos años. "El hecho de que el universo podría violar la paridad fue muy fascinante", dice.
Fascinante - y herética. La asunción de la conservación de la paridad cósmica está ligada a lo que se conoce como elprincipio cosmológicoque donde quiera que estés en el universo, y en la dirección que se mire, las cosas en promedio tienen el mismo aspecto. El universo no distingue de izquierda, o de derecha, de hecho, no conoce de direcciones o lugares especiales en lo absoluto.
Eso hace que los resultados de Longo sean de los más extraños.En el 2007, el estuvo observándo la base de datos del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), un proyecto que desde el 2000 ha estado usando un telescopio de 2,5 metros en el Observatorio Apache Point en Sunspot, Nuevo México, para recoger las imágenes de cerca de un millón de galaxias a través de el cielo del norte. Estaba buscando las galaxias espirales, cuyos brazos arremolinándose eran claramente visibles, mostrándo la dirección en que las galaxias estaban girándo
Eso no fué fácil. Muchas espirales nos enfrentan en un ángulo incorrecto para que sus brazos sean clarificados, mientras que las explosiones de formación estelar en otras sugieren recientes colisiones y fusiones que podrían haber interrumpido su giro original. Longo pronto redujo las iniciales 40.000 galaxias situadas a 540 millones años de luz a sólo 2.817 que eran ejemplos claros.

Con todas las demás cosas en igualdad de condiciones, se habría esperado que estas galaxias en general, estuvieran girando en direcciones al azar, de acuerdo a las condiciones locales cuando se formaron. Y ese de hecho era el caso. En la mayoría de los sectores del cielo del norte, el mismo número de galaxias estaban girándo hacia la derecha o sentido horario y hacia la izquierda,o sentido antihorario. Pero a lo largo de una sola dirección, a unos 10 grados respecto al eje de rotación de nuestra propia galaxia, había más espirales zurdas que de la mano derecha. Eso fué interesante, pero nada más. "Se dio un resultado positivo, pero con ese número de galaxias la significación estadística era marginal", dice Longo.
Para el año 2010, había alrededor de 230.000 galaxias adecuadas en la base de datos del SDSS, y Longo decidió echar otro vistazo. Esta vez, él necesitaba un equipo de estudiantes graduados para repetir su análisis. Terminaron con una muestra de 15.158 galaxias espirales claramente en rotación, las más alejadas a 1,2 millones de años luz de distancia.
El efecto no solo estaba todavía allí, sino que era más fuerte. Esta vez, había sólo un 0,006 por ciento de posibilidades de que fuera una casualidad estadística (ver aquí).
Fué entonces cuando Longo miró al cielo del hemisferio sur, el cual no está cubierto por el SDSS. En 1991, los astrónomos Hajime Sugai de la Universidad de Tokio y Masanori Iye del Observatorio Astronómico Nacional de Japón habían compilado un catálogo de la dirección de giro de alrededor de 8.000 galaxias del sur a partir de datos del telescopio del Observatorio Europeo del Sur en La Silla, Chile. Ellos habían estado buscando un similar efecto de "dipolo" de más galaxias girándo de una manera que de otra, pero habían abandonado la persecución. "Vimos algunas pruebas de la presencia de un dipolo", dice Masanori. "Pero no fue muy significativa.
Longo vió algo que ellos no vieron. Extendiéndose lejos en la medida de lo que el telescopio podía ver, a lo largo del mismo eje en el cielo del sur, había un claro exceso en esta ocasión de espirales de la mano derecha. Era el mismo efecto, sólo que al revés.
Para Longo, esto apuntaba a una conclusión alucinante. "Si esta asimetría es real, esto significa que el universo tiene un momento angular neto", dice. El momento angular, como la energía, no puede ser creado ni destruido, por lo que significa que también debe haber nacido en un giro. Sólo eso explicaría por qué las galaxias a lo largo de una línea, el propio eje de giro original del universo, recibieran un tirón extra para hacer que la mayoría de ellas giraran en la misma dirección.
Y el universo podría estar girando todavía. No es que nos daríamos cuenta. "No podemos ver el giro, porque estamos dentro, y no podemos ver hacia afuera, así que directamente no se puede mostrar que está girando", dice Longo. Sin embargo, si la idea se pone de pie, es una bomba. El universo no es el mismo dondequiera que usted mira, sino que tiene direcciones especiales en las que ciertas cosas ocurren y otras no. La paridad es violada,y el principio cosmológico parece debilitado.
Esto implica que: la Tierra no se encuentra en un lugar especial. Aunque podría parecer que estamos en una posición ideal para mirar a lo largo del eje de giro único del universo,a todo el espacio que se expandió desde un sólo punto infinitamente pequeño en el Big Bang. El eje de rotación inicial se ha expandido con él, así que donde quiera que estés en el cosmos, el también estará allí, apuntando en la misma dirección (ver el diagrama abajo).





En cuanto a lo que podría haber establecido que el universo girara, o lo que las observaciones podrían decir acerca de la posibilidad de otros universos más allá, Longo prefiere no especular. En cuanto al funcionamiento interno de nuestro cosmos se refiere, sin embargo, sus hallazgos han colocado al menos a un cosmólogo a reflexionar . "Quedé impresionado", dice el teórico Stephon Alexander de Haverford College, en Pensilvania. Ello concuerda bien con una idea que el ha estado impulsándo por la mayor parte de una década - una que según él podría explicar otra asimetría: ¿por qué la materia domina la antimateria en el cosmo?.
Este es uno de los problemas más espinosos de la física. El modelo estándar dice que hay absoluta simetría entre materia y antimateria, ambas se habrían creado en la misma cantidad después del Big Bang, y se habrían aniquilado mutuamente por completo dentro de una fracción de segundo. La existencia de galaxias, estrellas, planetas, polvo y vida,hechos de materia es, por decirlo suavemente, una vergüenza para esta teoría de rotundo éxito.
Hay una manera en que la naturaleza podría haber diseñado el dominio de la materia: a través de un fenómeno conocido como la violación CP. Esta idea surgió a partir de preguntarse de que , si la fuerza nuclear débil no respeta la paridad (P) por sí sola, hay simetrías que si respeta. Una respuesta es que podría respetar la conservación de la paridad y la carga (C) en conjunto. En efecto, esto significa que si usted toma un proceso como una reacción de partículas, y les da la vuelta en un espejo y, simultáneamente, cambiar todas las partículas por partículas idénticas de carga opuesta - sus antipartículas - la reacción debe proceder como antes.
Ese no es el caso. Experimentos a partir de la década de 1960 revelaron que la simetría CP es asi misma rota por la fuerza débil (ver aquí), una reacción y su equivalente en imagen invertida y carga invertida proceden a velocidades ligeramente diferentes. El físico soviético Andrei Sajarov en 1967 demostró que una enorme violación CP se debe a un proceso que estuvo en trabajo en el universo temprano, cuando la materia y la antimateria se estaban produciendo, el cual podría explicar por qué una se impuso sobre la otra (ver aquí).
Pero, ¿qué proceso? En el 2004,Stephon Alexander, entonces, en el Stanford Linear Accelerator Center en Menlo Park, California, y sus colegas identificaron un posible culpable: la gravedad, la única de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza que no está cubierta por el modelo estándar.
Ellos demostraron que un proceso de dos pasos podría lograr el truco deseado. Si la gravedad violó la ley de la conservación de la paridad en los primeros instantes después del Big Bang, habría producido ondulaciones en el espacio-tiempo, las ondas gravitacionales, de forma asimétrica. Esta fue una época cuando el universo entró en un período conocido como la inflación, durante el cual se amplió colosalmente y tanto la materia como la antimateria se produjeron. Las ondas gravitacionales asimétricas habría interferido con el campo causante de la inflación, sesgando la producción de la materia sobre la antimateria (ver aquí
"Ese trabajo tenía una belleza en la que se relacionaba la amplitud de las ondas gravitacionales con la asimetría materia-antimateria", dice el físico teórico Robert Brandenberger de la Universidad McGill en Montreal, Canadá. "Si un nuevo mecanismo relaciona dos, en principio, cantidades de observación muy diferente, eso lo convierte en un modelo teórico muy interesante". Interesante, sí - pero es verdad?
Dejando de lado la gran pregunta de lo que podría hacer que la gravedad violara la paridad en primer lugar, Stephon Alexander encontró al menos algún respaldo para su modelo en el fondo cósmico de microondas. Este remanente del Big Bang ha estado propagándose hacia nosotros desde todas partes desde que el universo se expandió y se enfrió lo suficiente para permitir que los fotones lo atravesaran, a unos 370.000 años de su existencia. La radiación tiene una temperatura uniforme de unos 2.725 grados Kelvin, pero si se mira de cerca se ven los puntos más cálidos y más fríos. Este salpicado es uniforme a través del cielo, excepto cuando se mira en las escalas más grandes. Entonces , algunos de los puntos parecen comenzar a alinearse, todos apuntando en más o menos la misma dirección. En el 2005, Kate Land y João Magueijo del Imperial College de Londres, llamaron a esta alineación el "eje del mal".
El equipo del WMAP de la NASA, el cual ha creado mapas increíblemente detallado de la radiación cósmica de fondo, dice que aunque "el hecho de que la alineación no está en duda", se explica mejor como una casualidad estadística (ver aquí). Otros están menos seguros, y la cuestión de patrones extraños en la radiación de fondo no va a desaparecer. Y en lo que Alexander se refiere, este es el justo tipo de efecto que las ondas gravitacionales asimétricas producirían.
Ahora llega Longo. Curiosamente, el eje sobre el cual las galaxias parecen estar girando con la misma mano está más o menos en la misma dirección que el eje del mal. "Esto sugiere que están relacionados", dice. Alexander quien cree que ya sabe como.
Es demasiado pronto para que él haya incorporado los detalles de la asimetría de galaxias en su trabajo de manera explícita,pero ve un hilo sugerente: un universo inicialmente girando provocó una violación de la paridad originándo una asimetría en la gravedad que permitió a la materia triunfar sobre su rival de antimateria. Y ese proceso dejó dos marcas atrás: el eje del mal en la radiación cósmica de fondo, y la alineación poco visible de las galaxias que Longo ha descubierto.
Eso es ciertamente un buen giro en la historia. Por suerte, pronto tendremos los datos para decidir si es ficción o realidad. Elsatélite Planck de la Agencia Espacial Europea, está configurado para proporcionar el mapa más detallado de la radiación cósmica de fondo que jamás se ha hecho. Si Planck, como el WMAP, encuentra un eje del mal, sería la mejor señal de que el efecto es real.
El equipo de Masanori también planea utilizar el Telescopio Subarude 8,2 metros del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, en Mauna Kea, Hawaii, para estudiar las galaxias del norte con mayor detalle. "Vamos a ser capaces de ver un gran número de galaxias con una resolución mucho más fina para juzgar la orientación del giro con más facilidad", dice. El Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos, con un espejo de 8,4 metros y la cámara de 3.200 megapíxeles, estudiará los cielos del sur de Cerro Panchón en Chile a partir de 2020.
Eso debería resolver la cuestión del giro del universo de una manera u otra. ¿Nos hemos equivocado una vez más acerca de cómo funciona el universo? Si es así, la puerta estaría realmente abierta para el premio Nobel.




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http://www.newscientist.com/article/mg21228342.300-original-spin-was-the-universe-born-whirling.html