Ya lo decía Rudy Rucker, matemático y precursor del Cyberpunk: “La única manera de conocer con detalle el tiempo que puede hacer mañana consiste en esperar 24 horas y ver lo que ocurre realmente”. Simultáneamente, que no podamos saber lo que pasará no es condición sine quan non para que los sucesos no sean más que una sucesión de causas y efectos perfectamente regidos por leyes inflexibles.

Lo único que sucede es que no somos capaces de descifrar todas las leyes (sobre todo, también, porque nosotros formamos parte del propio sistema y deberíamos predecirnos recursivamente a la vez que estamos intentando predecirnos.

Una pregunta teológica

Plantearnos si el universo es determinista o no tiene una aureola, sobre todo, teológica, más que científica. Es como preguntar si existe dios. Es una pregunta que no aporta nada ni puede resolverse de ninguna manera, así que es esa clase de preguntas que creo no deben hacerse. A no ser que quieras salir un rato de la cueva de Platón y jugar un poco.

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Libre albedrío mitigado o la idea de que no somos tan responsables de las cosas como creemos

En ese caso, yo soy determinista fuerte. O sea, considero que hay una larga cadena de causas deterministas que es la que lleva inexorablemente a que pase todo lo que pasa, incluido lo que hago o lo que pienso, incluido esto mismo que os estoy diciendo ahora. Yo formo parte de la cadena porque no tenemos ninguna prueba para pensar lo contrario. Es decir, parece bastante absurdo pensar que una cosa son los átomos de toda la materia del universo pero otra muy distinta son mis átomos, los que me conforman a mí, a mi cerebro o a mi Yo.

Sin contar con otros determinismos

Por si fuera poco, hay determinismo psicológico, determinismo sociológico, determinismo biológico. Todos estos determinismos son más o menos blandos, más o menos fuertes, más o menos sujetos de nuestro control.

Y, por encima de todo, hay determinismo físico, que que solo puede ser fuerte, intocable, porque está descrito por leyes inflexibles. Es un poco como la definición que hace Ambroce Bierce de la palabra "Rezar" en su diccionario del diablo: Pedir que las leyes del universo sean anuladas en beneficio de un solo solicitante.

El libre albedrío entonces sería solo una ilusión congitiva. Pensar que el movimiento de una mano puedar a estar provocado (de la nada) por un deseo consciente no tiene sentido. Ese movimiento, en realidad, se inscribe dentro de procesos mucho más amplios conectados entre sí. Si tomo una decisión o actúo en base a una razón o a un fundamento, estoy condicionado por esa razón o fundamento. Pero si mi decisión no está fundamentada, entonces es arbitraria. ¿Cómo puede ser el libre albedrío algo arbitrario? En tal caso, ser esclavo del determinismo no suena peor que ser esclavo de la arbitrariedad.

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Estamos en un universo determinista donde la libertad no existe: ¿aceptarlo podría ser peligroso a nivel moral?

¿Y la cuántica?

La mecánica cuántica solo nos dice que, dado el propio tejido del universo, y que nosotros formamos parte de él, no podemos observar o predecir con exactitud infinita el sistema, porque entonces deberíamos calcularnos a nosotros mismos. Lo que nos dice la cuántica es que solo podemos establecer probabilidades a determinados fenómenos, en este caso, que ocurren a nivel microscópico. Pero eso no significa que el universo no sea determinista, no esté regido por leyes inflexbles, lo que se deduce es que no tenemos herramientas para conocer esas leyes sin influir en ellas.

Pero todo esto no importa, solo es un debate de tipo "estamos fuera de la cueva de Platón". En realidad, todos vivimos dentro y estamos muy bien la mayor parte del tiempo. O sea, que estamos tan programos para creer en el libre albedrío, que fingir no creer en él para comprobar que el comportamiento inmoral aumenta, por ejemplo, resulta difícil.

De momento, solo podemos especular al respecto, tal y como lo hace el novelista de ciencia ficción Ted Chiang en uno de los cuentos incluidos en su nueva antología, Exhalación, titulado: Lo que se espera de nosotros. En él sale un dispositivo llamado Pronostic. Un mando a distancia con un botón y un piloto rojo. Se nos garantiza que siempre que intentemos apretar el botón, una fracción de segundo antes, el piloto rojo se encenderá. Porque el mando accede al cálculo de poderosas computadoras cuánticas que tienen todo el universo en cuenta. Incluido nuestro deseo de apretar el botón.

Al final, en el cuento se describe cómo reacciona una gran parte de la población al descubrirse científicamente, de forma inapelable, que el libre albedrío no existe y todo está determinado: adoptando un mutismo acinético, una suerte de abulia profunda, porque todo carece de sentido. Al fin y al cabo, el propósito de la vida probablemente no tenga sentido: ni siquiera la pregunta lo tiene, como podéis ver en el siguiente vídeo:

Fruto de una colaboración una colaboración científica internacional, Beijing-Arizona Sky Survey (BASS) de la NAOC (Observatorios Astronómicos Nacionales de China) y el Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ha concebido un mapa verdaderamente giganteco del universo.

Se extiende digitalmente más de 10 billones de píxeles y contiene alrededor de 2.000 millones de objetos. Las observaciones astronómicas revelan que el universo se está expandiendo y parece estar acelerándose.

10 billones de píxeles

Para crear este monstruo en forma de mapa, casi 200 investigadores de la NAOC y la DESI observaron galaxias y analizaron los datos de forma conjunta durante los últimos seis años.

Ahora, el DESI llevará a cabo una misión de cinco años para obtener los desplazamientos al rojo de millones de galaxias y construir el universo 3D más grande. De esta forma se pretende resolver el misterio la energía oscura: la materia que impulsa la expansión del universo.

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La primera fotografía de la Materia Oscura

De toda la materia del universo visible, solo un 4% es materia normal, como la materia de la que están formadas todas las cosas que conocemos. Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible.

The Beijing-Arizona Sky Survey (BASS) and the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) International cooperation project team jointly released the new two-dimensional sky map, paving the way for the upcoming new generation cosmological redshifts survey. (photo/BASS) pic.twitter.com/5oiCYrC6Qp

— China Science (@ChinaScience) January 14, 2021

Un nuevo estudio sugiere que la temperatura media del gas en todo el universo ha aumentado más de 10 veces durante ese período de tiempo y ha alcanzado aproximadamente 2 millones de grados Kelvin en la actualidad, aproximadamente 4 millones de grados Fahrenheit.

Eso es aproximadamente diez veces la temperatura de los gases alrededor de objetos más alejados y más antiguos del universo.

Datos sobre la luz

El estudio, publicado el 13 de octubre en la revista Astrophysical Journal, examinó la historia térmica del universo durante los últimos 10.000 millones de años.

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Contempla en este vídeo cómo se está concibiendo el mejor mapa 3D del Universo

A medida que el universo evoluciona, la gravedad atrae la materia oscura y el gas en el espacio para formar galaxias y cúmulos de galaxias. El arrastre es violento, tan violento que cada vez más gas se descarga y se calienta.

Para comprender cómo ha cambiado la temperatura del universo con el tiempo, los investigadores utilizaron datos sobre la luz en el espacio recopilados por dos misiones, Planck y Sloan Digital Sky Survey. Planck es la misión de la Agencia Espacial Europea que opera con una gran participación de la NASA; Sloan recopila imágenes detalladas y espectros de luz del universo.

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¿Cuál es la velocidad máxima a la que puede ocurrir cualquier cambio en el universo?

Combinaron datos de las dos misiones y evaluaron las distancias de los gases calientes cercanos y lejanos midiendo el corrimiento al rojo, una noción que los astrofísicos utilizan para estimar la edad cósmica en la que se observan los objetos distantes.

El concepto de desplazamiento al rojo funciona porque la luz que vemos de los objetos más alejados de la Tierra es más antigua que la luz que vemos de los objetos más cercanos a la Tierra; la luz de los objetos distantes ha viajado un viaje más largo para alcanzarnos. Ese hecho, junto con un método para estimar la temperatura a partir de la luz, permitió a los investigadores medir la temperatura media de los gases en el universo temprano (gases que rodean a los objetos más alejados) y comparar esa media con la temperatura media de los gases más cercanos a la Tierra a día de hoy.

5.000 robots (posicionadores de fibra óptica) y sus componentes electrónicos relacionados están siendo reunidos por científicos del Lawrence Berkeley National Laboratory a fin de contribuir en la creación del mapa tridimensional más grande del Universo.

En el siguiente vídeo podéis ver cómo se está haciendo.

DESI

Este trabajo forma parte de la construcción de DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), un experimento que apuntará a millones de galaxias distantes para señalarlas y recoger su luz. En el proyecto DESI trabaja un equipo internacional de más de 200 científicos. Los robots están configurando juntos una serie de diez pétalos en forma de cuña que se unirán para formar un plano focal circular para el instrumento DESI.

El instrumento está financiado por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos y actualmente en construcción. Todo el conjunto se montará en el Telescopio Mayall de cuatro metros, en el Observatorio Nacional Kitt Peak, cerca de Tucson, Arizona.

La historia de la expansión y la estructura a gran escala del Universo es una predicción clave de los modelos cosmológicos, y las observaciones del DESI permitirán a los científicos explorar diversos aspectos de la cosmología, desde la energía oscura hasta las alternativas de la Relatividad General, las masas de neutrinos y el Universo primitivo. Mediante la obtención de espectros de galaxias distantes es posible determinar su distancia, mediante la medición de su desplazamiento al rojo espectroscópico, y así crear un mapa 3D del Universo.

No hace mucho, enviar una carta suponía un coste similar al salario de todo un año, si bien actualmente, gracias al ancho de banda que nos ofrece nuestra conexión a internet, podemos enviar un mensaje a la otra parte del mundo casi instantáneamente a un coste casi cero.

Un nuevo sistema para medir la radiación cósmica de fondo (CMB) predice el ancho de banda máximo del universo, que es la velocidad máxima a la que puede ocurrir cualquier cambio en el universo.

CMB

La radiación cósmica de fondo (CMB) se descubrió por primera vez en 1964 como un ruido débil y omnipresente en radiotelescopios y es una reverberación o resplandor residual de cuando el universo tenía aproximadamente 300.000 años de antigüedad.

Ahora, en un estudio liderado por Achim Kempf, profesor de matemática aplicada en la Universidad de Waterloo, mide con más precisión el CMB, lo que permitirá descubrir el valor del ancho de banda fundamental del universo, y por lo tanto también nos detallará sobre lo más rápido que sucedió, el Big Bang:

Es como el video en Internet. Si puedes medir el CMB con una resolución muy alta, esto te puede informar sobre el ancho de banda del universo, de manera similar a cómo la nitidez de la imagen de video en una llamada de Skype te informa sobre el ancho de banda de tu conexión a Internet.

600.000 grabaciones. 500.000 fotografías. 4.800 artículos científicos con los datos recabados por el telescopio. Éstas son algunas de las espectaculares cifras que ha generado el telescopio espacial Hubble, un telescopio que orbita en el exterior de la atmósfera, en órbita circular alrededor de la Tierra a 593 km sobre el nivel del mar.

Ahora imaginemos todo lo que podemos conseguir gracias al Telescopio Infrarrojo de Campo Amplio (WFIRST), que tendrá el detalle equivalente de 100 imágenes de Hubble.

WFIRST

Programado para lanzarse a mediados de la década de 2020, el Telescopio Infrarrojo de Campo Amplio (WFIRST) funcionará como el primo de ojos ampliados del telescopio Hubble. El amplio campo de visión de la misión le permitirá generar grandes imágenes nunca antes vistas del universo.

Gracias a este telescopio, entre otras cosas, se mapeará cómo se estructura y distribuye la materia por todo el cosmos y se medirá cómo se ha expandido el universo a lo largo del tiempo.

Según explica el científico del proyecto WFIRST Jeffrey Kruk en el centro Goddard de la NASA:

Para entender cómo el universo evolucionó de un gas caliente y uniforme a estrellas, planetas y personas, necesitamos estudiar los inicios de ese proceso mirando los primeros días del universo. Hemos aprendido mucho de otras encuestas de área amplia, pero las de WFIRST serán las más sensibles y nos darán una mirada más remota en el tiempo.

El Modelo Estándar de Física de Partículas es nuestra mejor teoría sobre cómo funciona el universo a un nivel fundamental, está jalonada de preguntas de difícil respuesta. Preguntas como: ¿qué es la materia oscura? ¿Qué es la energía oscura? ¿Qué causó el Big Bang?

Todas esas preguntas podrían responderse gracias a una partícula, todavía hipotética, llamada taquión, según revela un reciente estudio.

Taquiones

Herb Fried, de Brown University, e Yves Gabellini, de INLN-Université de Nice, consideran que los misterios del Modelo Estándar pueden ser resuletos por los taquiones.

Los taquiones son partículas hipotéticas que viajan más rápido que la luz. De acuerdo con la teoría de la relatividad especial de Einstein, las partículas nunca pueden viajar más rápido que la luz. Lo cual es bueno: si lo hicieran, nuestras ideas sobre causa y efecto se descartarían, porque sería posible ver un efecto manifestarse antes que su causa.

Fried y Gabellini llegaron a su modelo basado en taquiones mientras trataban de encontrar una explicación para la energía oscura en el espacio que parece alimentar la expansión acelerada del universo. Primero propusieron que la energía oscura es producida por fluctuaciones de pares virtuales de electrones y positrones.

Sin embargo, este modelo se topó con dificultades matemáticas con números imaginarios inesperados. En la relatividad especial, sin embargo, la masa en reposo de un taquión es un número imaginario, a diferencia de la masa en reposo de las partículas ordinarias. Mientras que las ecuaciones y números imaginarios en el nuevo modelo involucran mucho más que simples masas, la idea es sugerente: Gabellini se dio cuenta de que al incluir pares fluctuantes de taquiones y anti taquiones, podían cancelar y eliminar los números imaginarios no deseados de sus cálculos. Lo que es más, Gabellini y Fried se dieron cuenta de que al agregar sus taquiones al modelo, también podían explicar la inflación (la expansión ultrarrápida del universo en los instantes iniciales).

"Esta suposición [de pares fluctuantes de taquiones-anti-taquiones] no puede negarse mediante ninguna prueba experimental", dice Fried, y el modelo encaja perfectamente con los datos experimentales existentes sobre energía oscura y energía de inflación. Los cálculos sugieren que estos taquiones de alta energía podrían reabsorber casi todos los fotones que emiten y, por lo tanto, son invisibles. Y hay más: como explica Fried, "si un taquión de muy alta energía arrojado al vacío se encontrara y se aniquilara con un anti-taquión de la misma especie. Esta pequeña 'explosión' cuántica de energía podría ser la semilla de otro Big Bang, dando lugar a un nuevo universo.

¿Demasiada especulación?

Este modelo, como cualquier modelo de fenómenos no replicables como la creación del universo, se puede caracterizar simplemente como un conjunto tentador de especulaciones. Sin embargo, no solo se ajusta a los datos sobre inflación y energía oscura, sino que también ofrece una posible solución a otro misterio observado. En los últimos años, los astrónomos se han dado cuenta de que el agujero negro en el centro de nuestra galaxia Vía Láctea es "supermasivo", que contiene la masa de un millón o más de soles. Y el mismo tipo de agujero negro supermasivo se puede ver en los centros de muchas otras galaxias en nuestro universo actual.

Cómo se forman esos objetos sigue siendo un misterio. La energía almacenada en el vacío cuántico lo suficientemente grande como para contrarrestar la tendencia gravitacional de las galaxias a colapsarse sobre sí mismas. Sin embargo, en la teoría de Fried y Gabellini, cuando se forma un nuevo universo, una gran cantidad de la energía vacío cuántico del viejo universo escapa a través del punto producido por la aniquilación taquión-anti-taquión (el nuevo Big Bang).

Eventualmente, incluso partes lejanas del viejo universo se verán afectadas, ya que la energía del vacío cuántico del viejo universo se filtra al nuevo universo como el aire que escapa por un agujero en un globo. La disminución de este tampón de energía del vacío cuántico contra la gravedad en el viejo universo sugiere que a medida que el viejo universo muera, muchas de sus galaxias formarán agujeros negros supermasivos en el nuevo universo, cada uno con la masa de los antiguos soles y planetas de la galaxia. Algunos de estos nuevos agujeros negros supermasivos pueden formar los centros de nuevas galaxias en el nuevo universo.

Científicamente, todo parece consistente. Pero como sucede con gran parte de la física teórica, no disponemos aún de herramientas para determinar si todo esto es cierto o simplemente un buen argumento para una novela de ciencia ficción hard.

El Principio Cosmológico postula que el Universo es homogéneo e isotrópico a grandes escalas. La isotropía implica que no hay direcciones privilegiadas, mientras que la homogeneidad significa que no hay lugares privilegiados.

Eso es lo hemos confirmado al descubrir una galaxia, que se encuentran entre las más lejanas jamás detectadas. Es una galaxia muy normal.

MACS1423-z7p64

Según informan en un artículo publicado en Nature Astronomy, un grupo de astrónomos ha descubierto una de las galaxias más distantes del universo, y que ésta no es nada fuera de lo común, aunque nos puede enseñar otras cosas.

El nuevo objeto, llamado MACS1423-z7p64, está en un desplazamiento al rojo de 7,6, poniéndolo alrededor de 13.100 millones de años en el pasado.

Estas galaxias ultradistantes, próximas a los inicios del universo, son interesantes porque están dentro de la "Época de Re-ionización", un período cerca de mil millones de años después del Big Bang cuando el universo se hizo transparente.

Y es que, tras el Big Bang, el universo fue una nube de frío hidrógeno atómico que bloqueaba la luz. Las primeras estrellas y galaxias se condensaron fuera de la nube y comenzaron a emitir luz y radiación ionizante. Esta radiación derritió el hidrógeno atómico y las primeras galaxias extendieron su luz a través del universo.

Según palabras de Austin Hoag, estudiante de postgrado en Física de la UC Davis, que ha dirigido la investigación:

También hay preguntas acerca de qué objetos radiales condujeron a la reionización: ¿fueron en su mayoría galaxias jóvenes o también objetos como agujeros negros y rayos gamma?

El universo contiene al menos 2 billones de galaxias, diez veces más de lo que se pensaba, según una investigación llevada a cabo por astrónomos dirigidos por Christopher Conselice, de la Universidad de Nottingham.

La tecnología astronómica actual nos permite estudiar sólo el 10% de estas galaxias, y el 90% restante sólo se verá una vez que se desarrollen telescopios más grandes y más precisos.

La mayoría son galaxias muy débiles

El equipo de Conselice convirtió las imágenes del telescopio Hubble, y otros, en mapas tridimensionales, lo permitió calcular la densidad de las galaxias, así como el volumen de una pequeña región de espacio tras otro. De este modo, hemos pasado de los 200.000 millones de galaxias contenidas en el universo observable, a la cifra de 2.000.000.000.000 de galaxias.

Los resultados de este estudio se basan en las mediciones del número de galaxias observadas en diferentes épocas, diferentes instancias en el tiempo, a través de la historia del universo. La nueva investigación, de la que habíamos hablado anteriormente, ya ha sido publicada en Arxiv y en The Astrophysical Journal.

Conselice determinó que había significativamente más en épocas anteriores. La mayoría de estas galaxias eran sistemas de baja masa con masas similares a las de las galaxias satélites que rodean la Vía Láctea.

Conforme esas galaxias se combinan para formar otras más grandes disminuye el número de galaxias en el universo, explican en NASA. Tal y como ha declarado Conselice:

Esto es muy sorprendente, ya que sabemos que durante los 13.700 millones de años de evolución cósmica desde el Big Bang, las galaxias han crecido a través de la formación estelar y las fusiones con otras galaxias. Encontrar más galaxias en el pasado implica que una evolución significativa debe haber ocurrido para reducir su número a través de una amplia fusión de sistemas.

Por mucho que tratemos de imaginarlo, concebir las dimensiones del universo es una tarea estéril: sencillamente las hechuras cósmicas son tan gigantescas que resultan imposibles de imaginar. Ni siquiera nos podemos acercar. Ahora, además, debemos incluir muchas más galaxias.

Por lo menos hay 10 veces más galaxias en el universo observable de lo que se pensaba, según la opinión de un equipo de astrónomos que ha analizado un censo de cielo profundo montado a partir de encuestas realizadas por el telescopio espacial Hubble y otros observatorios.

Al analizar los datos, el equipo, dirigido por Christopher Conselice, de la Universidad de Nottingham, descubrió que la mayoría de estas nuevas galaxias eran relativamente pequeñas y débiles, con masas similares a las de las galaxias satélites que rodean la Vía Láctea. A medida que se fusionaron para formar galaxias más grandes, la densidad de población de galaxias en el espacio disminuyó.

¿Cuántas galaxias hay?

Hasta ahora se estimaba que el número total de galaxias en el universo observable contenía alrededor de 100.000 y 200.000 millones de galaxias. A la luz de este nuevo conteo, debemos estimar que hay entre 1.000 y 2.000 billones de galaxias, lo que significa que hay cerca de 700 cuatrillones de estrellas.

Así pues, según este estudio que será publicado en The Astrophysical Journal, las galaxias no se no están distribuidas uniformemente a lo largo de la historia del universo, tal y como señala Conselice:

Estos resultados son una poderosa evidencia de que una evolución significativa de galaxias ha tenido lugar a lo largo de la historia del universo, lo que redujo drásticamente el número de galaxias a través de fusiones entre ellas. La reducción de su número total nos da una verificación de la llamada formación arriba-abajo de la estructura en el universo. (...) Es alucinante que más del 90 por ciento de las galaxias en el universo aún no se han estudiado. Quién sabe qué propiedades interesantes nos encontraremos cuando descubramos estas galaxias con las futuras generaciones de telescopios? En un futuro próximo, el telescopio espacial James Webb será capaz de estudiar estas galaxias ultra-débiles