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La duración del recorrido de la luz: un problema para el Big Bang

Dr. Jason Lisle, Doctor en Astrofísica

 Frecuentemente se utiliza el problema de la luz de las estrellas más lejanas como un argumento frente a la creación bíblica. Quienes sostienen que el universo tiene miles de millones de años a menudo afirman que la luz procedente de las galaxias más distantes no puede haber llegado a la Tierra en solo 6.000 años.

Sin embargo, el argumento de la duración del recorrido de la luz no puede utilizarse para rechazar la Biblia a favor del los miles de millones de años que postula la teoría del Big Bang.

Esto se debe a que el modelo del Big Bang también tiene un problema con el tiempo del recorrido de la luz.

Antecedentes

En 1965, Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson, descubrieron que la Tierra está bañada por una débil radiación de microondas que aparentemente proviene de las regiones visibles más distantes del universo; este descubrimiento les hizo ganar el Premio Nobel de Física en 1978.1a

La Radiación de Fondo de Microondas (en inglés Cosmic Microwave Background o CMB) proviene de todas las direcciones del espacio y tiene una temperatura característica.2a,3a

Aunque el descubrimiento del CMB se ha presentado como una exitosa predicción del modelo del Big Bang,4a en realidad representa un problema para esta teoría.

Esto se debe a que la precisa temperatura uniforme del CMB crea un problema para la duración del recorrido de la luz que utilizan los modelos del Big Bang para determinar el origen del universo.

El problema

La temperatura del CMB es esencialmente la misma en todas partes5a y en todas las direcciones (con una precisión de 1/100.000).6a

No obstante, según los defensores de la teoría del Big Bang, la temperatura del CMB7ahabría sido muy diferente en distintos lugares del espacio a consecuencia de la naturaleza aleatoria de las condiciones iniciales. Estas regiones diferentes podrían haber llegado a la misma temperatura si hubieran estado en muy cerca unas de otras.

Las regiones más distantes habrían llegado a equilibrarse intercambiando radiación; es decir, luz.8a

La radiación traspasaría energía de las regiones más cálidas a las regiones más frías hasta que todas alcanzaran la misma temperatura.

IZQUIERDA:  A principios del supuesto Big Bang, dos puntos A y B tendrían diferentes temperaturas.

DERECHA: Hoy en día, los puntos A y B tienen la misma temperatura, pero no ha habido tiempo suficiente para que se produzca el intercambio de luz.

 Este es el problema: aunque aceptemos el periodo de tiempo propuesto por los defensores del Big Bang, aún así no ha habido suficiente tiempo para que la luz viaje a diferentes regiones del espacio.

  Entonces, ¿cómo pueden las regiones del actual CMB tener unas temperaturas uniformes tan precisas si no se han comunicado nunca entre sí?9a Esto plantea un problema para el tiempo del recorrido de la luz.10a

El modelo del Big Bang presupone que el universo tiene miles de millones de años. Aunque esta escala de tiempo es suficiente para que la luz hubiera viajado desde las lejanas galaxias hasta la Tierra, no provee suficiente tiempo para que la luz hubiera ido desde un rincón del universo visible hasta el otro. En el momento en el que la luz fue emitida, supuestamente 300.000 años después del Big Bang, el espacio ya tenía una temperatura uniforme en una zona por lo menos 10 veces mayor a la distancia que hubiera viajado la luz (llamado ‘horizonte’).11a

Entonces, ¿Cómo pueden estas regiones parecer iguales; es decir, tener la misma temperatura? ¿Cómo puede un lado del universo visible “conocer” las condiciones del otro lado si no ha habido suficiente tiempo para que se intercambie información? Este problema se denomina “el problema del horizonte”.12a

Algunos astrónomos seculares han propuesto muchas posibles soluciones, pero hasta el momento no ha habido ninguna satisfactoria (véase más abajo, Intentos de superar el problema del Big Bang de la duración del recorrido de la luz.)

Resumiendo

El Big Bang requiere que las regiones opuestas del universo visible hayan intercambiado energía a través de la radiación, ya que estas regiones del espacio parecen iguales en los mapas de CMB.

Pero no ha habido suficiente tiempo para que la luz viaje esta distancia.

Tanto los creacionistas bíblicos como los partidarios del Big Bang han propuesto diferentes soluciones posibles para los problemas de la duración del recorrido de la luz en sus respectivos modelos.

Por lo tanto los partidarios del Big Bang no deberían criticar a los creacionistas por plantear hipótesis de posibles soluciones, ya que éstos hacen lo mismo con su propio modelo.

El problema del horizonte sigue siendo a seria dificultad para los partidarios del Big Bang, tal y como muestra las diferentes conjeturas que compiten entre sí intentando resolver el interrogante.

Por consiguiente, es incoherente que éstos utilicen el problema de la duración del recorrido de la luz como un argumento en contra de la creación bíblica, ya que su misma idea tiene un problema equivalente.

Intentos de superar el problema de la duración del recorrido de la luz

Actualmente la idea más popular es la de la “inflación”; una conjetura apuntada en 1981 por Alan Guth.

En este escenario la velocidad de expansión del universo (es decir, el espacio en sí mismo) fue acelerado enormemente en una fase de inflación poco después de originarse el Big Bang.

Las diferentes regiones del universo estuvieron muy cerca entre sí antes de que empezara la inflación. De esta forma las regiones consiguieron llegar a tener la misma temperatura por medio del intercambio de radiación, antes de que fueran rápidamente (más que la velocidad de la luz1b) separadas.

Según las estimaciones de la inflación, aunque actualmente no están cerca, las regiones distantes del universo estuvieron en contacto antes de la fase de inflación, cuando el universo todavía era pequeño.

Sin embargo el escenario de la inflación está lejos de ser algo seguro. Existen muchos modelos inflacionarios, cada cual con una serie de dificultades.

Es más, no hay un consenso sobre cuál es el modelo correcto (si es que hay alguno que lo sea). No se conoce de ningún mecanismo capaz de crear tal inflación, a pesar de las muchas especulaciones.

También hay problemas para explicar cómo podría haberse ido apagado la inflación una vez iniciado el proceso. Este problema se conoce como “la salida elegante”.2b

Se sabe que muchos modelos de inflación son erróneos ya que hacen predicciones que no son consistentes con las observaciones;3b como el modelo original de Guth.4b

Además, muchos aspectos de los modelos son actualmente incapaces de ser probados.

Los astrónomos que no aceptan los modelos inflacionarios han propuesto otras posibles soluciones al problema del horizonte.

Estas incluyen: escenarios donde las constantes gravitacionales cambian con el tiempo, 5b el modelo ekpirótico el cual implica un universo cíclico,6b escenarios en los cuales la luz toma atajos a través de (hipotéticas) dimensiones desconocidas,7b modelos de singularidad nula,8b y modelos que estiman que la velocidad de la luz era mucho mayor en el pasado.

(los creacionistas también han enfatizado que una velocidad lumínica variable puede resolver el problema del tiempo de recorrido de la luz). 9b,10b,11b

A la luz del amplio desacuerdo no es nada descabellado afirmar que el problema del horizonte no se ha hallado una solución definitiva.

Referencias : 
  1. 1a. Este concepto no viola la relatividad, el cuál solo priva a los objetos de viajar más rapdio que la c a través del espacio. Mientras que en la propuesta de la inflación es el espacio quien se expande y lleva a los objetos con él.   
  2. 2a. Kraniotis, G.V., String cosmology, International Journal of Modern Physics A 15(12):1707Ð1756, 2000.
  3. 3a. Wang, Y., Spergel, D. and Strauss, M., Cosmology in the next millennium: Combining microwave anisotropy probe and Sloan digital sky survey data to constrain inflationary models, The Astrophysical Journal 510:20Ð31, 1999.
  4. 4a. Coles, P. and Lucchin, F., Cosmology: The Origin and Evolution of Cosmic Structure, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, p. 151, 1996.
  5. 5a. Levin, J. and Freese, K., Possible solution to the horizon problem: Modified aging in massless scalar theories of gravity, Physical Review D (Particles, Fields, Gravitation, and Cosmology) 47(10):4282Ð4291, 1993.
  6. 6a. Steinhardt, P. and Turok, N., A cyclic model of the universe, Science296(5572):1436Ð1439, 2002.
  7. 7a. Chung, D. and Freese, K., Can geodesics in extra dimensions solve the cosmological horizon problem? Physical Review D (Particles, Fields, Gravitation, and Cosmology) 62(6):063513-1Ð063513-7, 2000.
  8. 8a. CŽlŽrier, M. and Szekeres, P., Timelike and null focusing singularities in spherical symmetry: A solution to the cosmological horizon problem and a challenge to the cosmic censorship hypothesis, Physical Review D65:123516-1Ð123516-9, 2002.  
  9. 9a. Albrecht, A. and Magueijo, J., Time varying speed of light as a solution to cosmological puzzles, Physical Review D (Particles, Fields, Gravitation, and Cosmology) 59(4):043516-1Ð043516-13, 1999.
  10. 10a. Clayton, M. and Moffat, J., Dynamical mechanism for varying light velocity as a solution to cosmological problems, Physics Letters B460(3Ð4):263Ð270, 1999.  
  11. 11a. For a summary of the c-decay implications, see: Wieland, C., Speed of light slowing down after all? Famous physicist makes headlines, TJ 16(3):7Ð10, 2002.

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  1. 1b. Coles, P. and Lucchin, F., Cosmology: The Origin and Evolution of Cosmic Structure, John Wiley & Sons Ltd, Chichester, p. 91, 1996.
  2. 2b. 2.728 K (-270.422¡C).
  3. 3b. Peacock, J.A., Cosmological Physics, Cambridge University Press, p. 288, 1999.
  4. 4b. However, the existence of CMB was actually deduced before big bang cosmology from the spectra of certain molecules in outer space.
  5. 5b. Excluding sources in our galaxy.
  6. 6b. Peebles, P.J.E., Principles of Physical Cosmology, Princeton University Press, p. 404, 1993.
  7. 7b. For convenience, the commonly understood term CMB will be used without implying that the radiation peaked at the same wavelength in all epochs of the model.
  8. 8b. Infrared radiation is part of the spectrum of light.
  9. 9b. This is an internal inconsistency for the big bang model. It is not a problem for a creation model; God may have created the distant regions of the universe with the same temperature from the beginning.
  10. 10b. Misner, C., Mixmaster Universe, Physical Review Letters 22(20):1071Ð1074, 1969.
  11. 11b. Ref. 1, p. 136.
  12. 12b. Lightman, A., Ancient Light, Harvard University Press, London, p. 58, 1991.
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