Futuro Del Universo

EL FUTURO DEL UNIVERSO

MANUEL PEIMBERT

No hace mucho se asociaba el futuro del universo con el futuro de la humanidad, o con el futuro del Sol. Por otra parte, nuestros conceptos del universo, de la humanidad y del Sol han ido cambiando con el tiempo. Mencionaré algunos temas sobre el futuro de la humanidad y sobre el futuro del Sol, pero la mayor parte del ensayo será sobre el futuro del universo, que es un problema abierto sobre el cual se han hecho un buen número de investigaciones y seguramente se harán muchas más.

1. Futuro de la humanidad

Sobre el futuro de la humanidad podemos decir mucho pero con muy poca certeza. Para empezar, que depende de la interacción de un gran número de factores que varían con el tiempo, como por ejemplo: a) la capacidad de autodestruirnos, b) el crecimiento poblacional, c) el consumo de energía, d) el agotamiento de recursos no renovables, e) la disponibilidad de energía solar, f) la posibilidad de viajar a otros planetas, g) el dominio y explotación de la fusión nuclear, h) los cambios climáticos producidos por fenómenos naturales como el vulcanismo y los impactos de asteroides y cometas, o por la acción del hombre sobre los recursos del planeta, i) el surgimiento de epidemias.

No discutiré cada uno de estos puntos en detalle, baste mencionar que desde los cincuenta la humanidad tiene la capacidad para autodestruirse utilizando bombas nucleares o que las predicciones sobre el crecimiento demográfico han cambiado drásticamente, pues mientras en los sesenta se estimaba que para el año 2050 la población del planeta sería de dieciocho mil millones, ahora se estima que será de ocho mil quinientos millones. En un simposio reciente sobre el futuro de la humanidad, los participantes se dividieron más o menos en dos grupos: los pesimistas, que alegaban que esta civilización duraría cuando mucho dos mil años más y los optimistas que alegaban que podría durar un millón de años más si la población en su conjunto asumía actitudes éticas y ecológicas para abordar los problemas de la humanidad.

2. Futuro del Sol

El núcleo del Sol se encuentra aproximadamente a quince millones de grados centígrados y a esta temperatura es posible convertir átomos de hidrógeno en átomos de helio. Cada segundo el Sol produce diez a la treinta y ocho (un uno seguido de 38 ceros o también 1 x 1038) átomos de helio. Cada átomo de helio se forma de cuatro átomos de hidrógeno, y ya que el átomo de helio tiene menos masa que los cuatro átomos de hidrógeno, la diferencia de masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado se convierte en energía.

El Sol ha estado produciendo helio por cuatro mil quinientos millones de años y lo hará por siete mil quinientos millones de años más. Durante este intervalo el Sol aumenta ligeramente su generación de energía y su luminosidad; lo cual produce un pequeño aumento en la temperatura de la Tierra que se estima en cinco grados centígrados cada mil millones de años, suponiendo que la energía solar reflejada por la atmósfera de la Tierra se mantiene constante. Es importante hacer notar que la predicción del aumento de la temperatura en la Tierra durante los próximos cien años debida a la acción del hombre es de alrededor de cinco grados centígrados e implica un problema enorme para el futuro de la humanidad. El calentamiento producido por el hombre se debe al consumo de energéticos, principalmente carbón, petróleo y sus derivados, que aumenta la cantidad de bióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra. Si el hombre no modifica su patrón de consumo de energéticos durante los próximos cien años, tendremos que el aumento en la temperatura de la Tierra será diez millones de veces más rápido que el aumento que produciría el Sol.

Una vez que se agote el hidrógeno del núcleo solar, dejará de generar energía y no podrá mantener la presión suficiente para evitar un colapso gravitacional. El núcleo se contraerá y perderá energía gravitacional, la mitad de esta energía será radiada y el resto se irá en calentar el núcleo, hasta que éste alcance una temperatura de 150 millones de grados centígrados, a esta temperatura es posible producir un átomo de carbono cada vez que se fusionen tres átomos de helio, y como el átomo de carbono tiene menos masa que la suma de los tres átomos de helio la diferencia de masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado generará energía. La producción de carbono en el núcleo y la de helio en la cáscara que rodea al núcleo, serán las fuentes de energía del Sol durante algunos cientos de millones de años, mientras existan átomos de helio en el núcleo. Al producirse estos cambios, el Sol se expandirá hasta convertirse en una estrella gigante roja de tres mil grados centígrados de temperatura y un radio aproximadamente igual al de la órbita actual de la Tierra. El Sol atrapará a Venus y Mercurio en su interior, pero no a la Tierra debido a que en su etapa de gigante roja, el Sol perderá una fracción apreciable de masa disminuyendo su campo gravitacional, lo cual incrementará el radio de la órbita de la Tierra. Sin embargo la temperatura en la superficie de la Tierra será mayor a dos mil grados centígrados y no será habitable.

Una vez que se agote el helio en las regiones centrales del Sol, el núcleo estará fundamentalmente formado por átomos de carbono y electrones libres. Las regiones centrales ya no se podrán contraer debido a la presión de degeneración que producirán los electrones. Las capas externas del Sol serán expulsadas al medio interestelar formando una nebulosa planetaria, la cual se disipará en el medio interestelar en aproximadamente diez mil años, y el núcleo se convertirá en una enana blanca que se irá enfriando lentamente y en la cual ya no habrá reacciones nucleares. En aproximadamente diez a la treinta y tres años los átomos de la enana blanca se desintegrarán y ésta desaparecerá.

3. Teoría de la gran explosión

Para predecir el futuro del universo necesitamos una teoría sobre la evolución del universo. Las distintas teorías que se han propuesto predicen futuros distintos, pero la teoría que mejor explica las observaciones es la de la gran explosión. En este ensayo me basaré en esta teoría para hacer una serie de consideraciones generales sobre el futuro del universo.

La teoría de la gran explosión se basa principalmente en las siguientes observaciones:

a) La expansión del universo

En 1929, Edwin Hubble descubrió que las líneas espectrales de la gran mayoría de las galaxias aparecen corridas hacia el rojo, y que este corrimiento es mayor entre más alejada de nosotros se encuentre la galaxia. Las observaciones reunidas durante los últimos setenta y cuatro años indican que el corrimiento hacia el rojo se puede explicar por medio del efecto Doppler. Esta interpretación implica que la mayoría de las galaxias se están alejando de la nuestra y que las más distantes se alejan más rápidamente, lo que parecería indicar que nuestra galaxia está situada en el centro del universo.

Las galaxias se encuentran en general agrupadas en cúmulos, y cada galaxia se mueve alrededor del centro de masa del cúmulo correspondiente. Entonces es mas preciso decir que los cúmulos de galaxias se alejan unos de otros.

Se puede demostrar que el cúmulo donde se encuentra nuestra galaxia no es el centro de expansión del universo y que desde otro cúmulo observaríamos también que el universo se encuentra en expansión. Una analogía en dos dimensiones sería un globo que se esté inflando con puntos pintados en su superficie; cada punto representaría un cúmulo de galaxias y todos los puntos se alejarían entre sí; esto es, no habría un punto central o privilegiado.

Si los cúmulos de galaxias se alejan con el paso del tiempo, podemos inferir que en el pasado estuvieron más cercanos entre sí, e incluso que hubo un momento en que todo el material del universo observable se encontraba comprimido a grandes densidades y a muy altas temperaturas. En ese momento se produjo la gran explosión.

b) La radiación de fondo o radiación fósil

Un segundo después de iniciada la expansión cósmica, la temperatura del universo era del orden de 10 mil millones de grados centígrados y la densidad del orden de 100 mil gramos por centímetro cúbico. En ese entonces el universo estaba formado por fotones, neutrinos, positrones, electrones, protones y neutrones. Al expandirse, el universo se enfrió y la intensidad de la radiación disminuyó, ya que la radiación depende de la temperatura; cuando el universo observable llegó por fin a los 380 mil años y su temperatura era de 3 mil grados centígrados, por primera vez los electrones y los protones se combinaron formando átomos de hidrógeno neutro; el universo se volvió transparente, lo que significa que la inmensa mayoría de los fotones empezó a viajar libremente sin interaccionar con la materia (a esta temperatura el campo de radiación era similar al de una estrella de color rojo; el universo debe de haberse visto rojo en todas direcciones). Desde entonces el universo se ha seguido expandiendo y la temperatura de la radiación ha disminuido hasta llegar a un valor cercano a los 3 grados Kelvin (esto es 3 grados centígrados arriba del cero absoluto, el cero absoluto se encuentra a menos 273 grados centígrados). La mayor parte de esta radiación se encuentra en la región de las ondas de radio del espectro electromagnético; dicha radiación, que se conoce con

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