30/5/08

Origen de l'univers

Quan es formulen teories de l’origen del nostre univers, apareix el concepte de multivers que es refereix a un conjunt hipotètic de múltiples universos que inclouria el nostre. El desenvolupament de la física quàntica, i la cerca d’una teoria unificada (teoria quàntica de la gravetat), juntament amb el desenvolupament de la teoria de les cordes, han fet entreveure la possibilitat de l’existència de múltiples dimensions i diversos universos. La majoria de científics estan d’acord que l’univers va començar després d’una gran explosió (el Big Bang), fa uns 14000 milions d’anys. L'Univers va néixer a partir del que s'anomena una singularitat: un estat de temperatura i densitat infinites, on encara no existien ni l'espai, ni el temps ni les lleis de la física. Per causes no conegudes encara aquesta singularitat va començar a expandir-se i van aparèixer l'espai, el temps, la matèria, l'energia i totes les lleis de la natura. Durant els primers instants aquesta acceleració va ser inimaginablement ràpida (període inflacionari), la qual cosa va augmentar la seva mida de manera extraordinària "planxant" l'Univers i fent que adquirís la geometria plana que ara ostenta.

La teoria de l’ inflació soluciona diversos problemes cosmològics. Bàsicament en considerarem dos:

I. El problema de l’horitzó:

Quan s’observa l’univers molt llunyà veiem que l’horitzó disminueix més ràpidament que les galàxies. Això té la seva lògica ja que la velocitat de la llum és superior a la velocitat d’allunyament de les galàxies. Ara bé, com justifiquem que en una determinada zona, objectes molt llunyans entre sí tinguin la mateixa temperatura?

II. El problema de la plenitud:

Ara per ara la teoria més acceptada que justifica l’actual geometria plana de l’univers és el període d’inflació ja que l’espai queda estirat fins a quedar pla, sigui quina sigui la geometria original.

En els últims anys dos cosmòlegs Joao Magueijo i Andreas Albrecht han defensat una teoria alternativa anomenada VSL (Varying Speed of Light). Aquesta teoria diu que la velocitat de la llum no ha sigut constant al llarg del temps. En formar-se l’univers la velocitat era molt més alta i va anar decreixent a mesura que s’anava expansionant fins adquirir la velocitat actual. Si la teoria VSL és certa, llavors tenim una explicació de l’origen de l’univers i de la causa primera de Big Bang. L’energia del buit es transformaria en la matèria que integra les galàxies que podem observar. Aquest procés es produiria durant la variació de la velocitat de la llum i la variació de l’energia del buit, que passaria a un nivell més baix. En el moment del Big Bang se suposa que la matèria es forma ràpidament arribant la temperatura a uns nivells extraordinàriament alts. Després la matèria s’anirà expansionant tot refredant-se la temperatura fins l’estat actual d’uns 2,7 ºK.

Actualment s’acumulen evidències que la major part de l’energia a l’univers té una forma desconeguda i l’anomenem energia fosca. L’origen d’aquesta energia és completament desconegut i es relaciona amb les denominades fluctuacions del buit. En l’univers tenim l’energia fosca en un 73%, la matèria fosca en un 23% i els àtoms formarien part del 4% restant.

5/5/08

¿Podem arribar a tenir un sol a la nostra terra?


Bloc de Bernat Castellanos. Informació i divulgació.

En les centrals nuclears l’energia s’obté mitjançant la fissió d’elements pesats, però ja fa més de 52 anys s’estudia la possibilitat d’obtenir-la per la fusió d’elements lleugers, com per exemple l’hidrogen. La fusió és un procés que desprèn energia de la mateixa manera que ho pot fer la combustió del carbó. En la fusió, la unió de dos isòtops d’hidrogen dóna lloc a la formació d’un d’heli ja que en el procés queda matèria residual que es transforma en energia.
Per unir dos àtoms d’hidrogen primerament els hem de convertir en plasma, és a dir hem de separar els electrons del nucli atòmic. Els combustibles més adequats per la fusió serien el deuteri i triti, que són isòtops de l’hidrogen. El triti l’hauríem de fabricar partint el liti que podríem obtenir de forma natural en salines o bé en petites concentracions en els oceans. En canvi el deuteri el podem obtenir de l’aigua per simple electròlisi (30g/m³). Es calcula que el llac de Ginebra conté suficient deuteri per subministrar de manera primària l’energia necessària en el planeta durant milers d’anys.
La quantitat de combustible necessari per generar una quantitat d’energia determinada és molt diferent segons el procés. Per obtenir energia per fusió s’ha de sotmetre el deuteri a una gran pressió que es pot aconseguir a través de procediments magnètics fins aconseguir un plasma amb una temperatura de 100 milions de graus que obliga als protons a bellugar-se a altíssimes velocitats i a xocar entre ells. La part complicada no és la producció de plasma, sinó el control de la temperatura per tal de retenir l’energia resultant.
El projecte ITER, previst que entri en servei al 2009, és fruit de la col·laboració entre Canadà, Europa, Japó i Rússia. Es pretén controlar el procés durant 10 minuts i així obtenir un balanç energètic positiu. Aquest projecte és l’esperança ara per ara que sigui el camí a seguir per solucionar el problema energètic vàlid pel futur. Si el projecte ITER té èxit, passarem a la fase següent anomenada projecte DEMO. L’objectiu d’aquest nou projecte serà estudiar la viabilitat comercial d’obtenció d’energia elèctrica a partir de l’ebullició d’aigua, com qualsevol màquina de vapor.