Discusión:Radiación de fondo de microondas

message: El lenguaje utilizado en divulgación es casi tan importante como el contenido de lo que se divulga.
Asignar una temperatura a una radiación electromagnética es una forma de hablar de la cantidad de energía que contiene dicha radiación. Una radiación de frecuencia alta tiene más energía que una de frecuencia baja. La palabra "enfriarse" la tenemos que entender como "menos energía por unidad de volumen". Pero no hay que imaginar algo físico (material) más frio que antes (a una temperatura inferior). No es un gas más frio que antes. La radiación de fondo de microondas tampoco es un gas. Tampoco "es" la radiación de un cuerpo negro a 2.7 K. La radiación de fondo de microondas que recibimos y detectamos hoy en la Tierra es la misma radiación térmica (sigue la ley de Planck) roja (en su máximo) que surgió de cada punto del universo primigenio (a sus 380.000 años de edad) cuando la "sopa" de bariones (protones y neutrones) estaba a una temperatura de unos 3000 K. Es decir; la radiación de fondo de microondas es la radiación de un cuerpo negro a una temperatura térmica de 3.000 K que en su viaje hacia la Tierra ha sufrido un desplazamiento cosmológico de sus frecuencias (debido a la expansión del universo) hacia las frecuencias de microondas. Hoy recibimos una radiación equivalente a la que emitiría un cuerpo negro a 2.7 K, pero la radiación que recibimos es la radiación que emitió (hace unos 13.400 millones de años) un cuerpo negro a 3000 K, que era una radiación con su máximo en el rojo (del espectro visible).
La Ley de Planck indica con qué frecuencias e intensidad emite esa "sopa". Si la representamos en unos ejes X-Y obtenemos la típica curva de radiación de cuerpo negro. A una temperatura de 3000 K el máximo de esa curva está en las frecuencias del rojo.
Cuando el universo tenía 380.000 años de edad, en el lugar donde ahora se encuentra la Tierra (llamémoslo "punto T" para no decir Tierra, pues no había Tierra) había un fondo de radicación roja (su máximo era rojo). Era una radiación procedente de los puntos cercanos al punto T. 
Los puntos un poco más alejados de T también emitieron radiación roja a los 380000 años de edad del universo (pues también estaban a 3000 K) pero en su viaje hacia el punto T, por la expansión del universo, la frecuencia disminuyó y al punto T (muchos miles de años después) llegó un fondo de infrarrojo cercano, con longitudes de onda un poco más largas (menor frecuencia) que las rojas. En realidad todas las frecuencias de la curva de cuerpo negro disminuían mientras viajaban hacia el punto T. Recordemos que no sólo se emitió radiación roja. El rojo fue el máximo de emisión (máximo de la curva de cuerpo negro de Planck). Es decir; tres mil millones de años después del Big Bang llegaban al punto T ondas que ya pertenecían al infrarrojo cercano procedentes de esos puntos que estaban más alejados del punto T. Si hubiera habido seres humanos en ese punto T hubieran detectado un fondo de infrarrojos cercano. 
Puntos más alejados emitieron radiación roja a los 380000 años de edad del universo (pues también estaban a 3000 K) pero en su viaje hacia el punto T, por la expansión del universo, la frecuencia disminuyó y al punto T (algunos miles de millones años después) llegó un fondo de infrarrojo lejano.
Los puntos que estaban todavía más lejos del punto T también emitieron radiación con su máximo en el rojo(su "sopa" también estaba a 3000 K). En su viaje hacia el punto T todas las frecuencias de la curva de cuerpo negro de Planck iban disminuyendo (por la expansión del universo). Diez mil millones de años después llegabana a la Tierra. Una Tierra recién formada en la que la vida microscópica empezaba a surgir. Esas ondas llegaban a la Tierra como un fondo de microondas, pero no como las actuales sino con una longitud de onda de menos de 1 mm (las actuales tienen una longitud de onda de 1,9 mm). 
Los puntos todavía más alejados del punto T (cuando el universo tenía 380.000 años de edad) también emitieron radiación roja. En su viaje hacia el punto T, todas las frecuencias de la curva de Planck iban disminuyendo (sus longitudes de onda iban aumentando). La radiación que emitieron esos puntos que he llamado "todavía más alejados" la recibimos ahora como microondas de 1.9 mm de longitud de onda. Lo que recibimos ahora es la "curva de Planck de 3000 K" emitida hace unos 13.400 millones de años que, por la expansión del universo, todas sus frecuencias han disminuido hasta llegar a las microondas (el máximo rojo nos llega como un máximo en las microondas). Lo que nos llega ahora es equivalente a lo que emite un cuerpo negro a 2.7 K, pero sólo es "equivalente". No es radiación emitida por un cuerpo a 2.7 K. Es radiación emitida hace 13.400 millones de años por un cuerpo a 3000 K, que en su viaje hacia la Tierra, por la expansión del unvierso, nos llega con otras frecuencias.
Los puntos que estaban muy muy muy alejados del punto T también emitieron radiación roja (también estaban a 3.000 K) y esa radiación todavía sigue viajando hacia la Tierra. Todavía no nos ha llegado su radiación. Los seres humanos del futuro recibirán un fondo de ondas de radio centimétricas procedente de esos puntos.
Los seres humanos de un futuro más lejano todavía, recibirán un fondo de ondas de radio métricas. 
La radiación que se emitió a los 380.000 años de edad del universo desde diferentes puntos del mismo lo hemos ido recibiendo y lo recibiremos siempre. Es por ello que decimos que es la "señal" (no el eco) del Big Bang. En realidad es la "señal" de una "sopa" que emitió radiación térmica de cuerpo negro a 3000 K, acorde a la teoría del Big-Bang. Es decir; no es la "señal" del Big-Bang. Es la "señal" de algo que había 380.000 años después del Big-Bang. Ese "algo" es esa "sopa" a 3000 K, únicamente explicable si el unverso se originó de un "Big-Bang".
Los puntos del universo desde donde fue emitida la radiación roja que ahora detectamos en la Tierra como radiación de microondas están situados en una esfera que envuelve a la Tierra (a varios miles de millones de años luz). Esa esfera se llama "esfera del último scattering". Es nuestra esfera del siglo XXI. Los seres humanos del siglo II tuvieron otra "esfera del último scattering" (más cercana que la nuestra) y recibieron un fondo de microondas de frecuencia un poco mayor que la que recibimos nosotros ahora. Los seres humanos del siglo XXV tendrán su "esfera del último scattering" (más lejana que la nuestra) y recibirán un fondo de microondas con una frecuencia un poco menor que la que recibimos nosotros ahora. 
Todo el unvierso está atravesado por microondas (son microondas ahora) en todas direcciones. Eso es cierto pero las que detectamos nosotros ahora no fueron emitids de todos los puntos del universo. Fueron emitidas desde puntos que ahora están a unos 45.000 millones de años luz de nosotros. Su luz ha podido llegar hasta nosotros desde tan lejos porque durante su viaje de 13.800 millones de años el universo se ha expandido, llevándose a los puntos que emitieron la luz a esa distancia de 45.000 millones de años luz. Evidentemente cuando esos puntos emitieron la luz, no estaban allí. Esos puntos forman una esfera a nuestro alrededor, llamada "nuestra esfera de último scattering". Cada punto del universo tiene su esfera de último scattering. Como la radiación procede de puntos de una esfera que envuelve a la Tierra, como es lógico, la detectamos en todas direcciones, diciendo que es una radiación homogénea. Como de todas direcciones no llega el mismo tipo de radiación, con una distribución (de Planck) de frecuencias tan similar que hay que aumentar el contraste de las imágenes x 8.000 para que podamos distinguir diferencias, decimos que la radiación es isótropa.
Como ya he emncionado, las variaciones de frecuencia del máximo de emisión de esa radiación que detectamos son tan pequeñas que no las distinguiríamos en una representación gráfica con diferentes tonalidades. Si el color negro equivale a una temperatura de 0 K y el blanco son 3 K, la representación sería de un tono gris clarito (2.7 K) sin cambios de intensidad o tonalidad. Hay que aumentar el contraste x 8.000 para que podamos ver las diferencias respecto a la media. Es el típico gráfico de la radiación de fondo que muestra un óvalo con colores amarillos, rojos y azules. Ese óvalo representa todas las direcciones posibles vistas desde la Tierra. Las zonas azules son unos pocos micro Kelvin más frios que las zonas amarillas (la temperatura media) y las zonas rojas son unos microkelivn más calientes que las zonas amrillas. Debido a estas pequeñísimas diferencias, decimos que la radiación de fondo de microondas es isótropa. Las pequeñas irregularidades que vemos son consecuencia de las inhomogeneidades primordiales (zons de mayor/menor densidad de materia-energía que había en la "sopa" de bariones primordial (a los 380.000 años de edad del Universo)).
Es una extensa explicación pero creo que es preferible escribir mucho dejando las cosas un poco más claras que escribir poco dejando las cosas confusas.
--Juanfer4444 (discusión) 23:23 13 dic 2013 (UTC)
thread_title:  La importancia del lenguaje (entendiendo qué es la radiación de fondo de microondas)

message: Hola,
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