Cosmología, una introducción fácil

En esta serie de entradas vamos a ir construyendo la cosmología. Estudiar lo que significan las ecuaciones cosmológicas, en qué se diferencian los diferentes modelos (fundamentalmente los modelos Frieddman-Robertson-Walker) e ir introduciendo cosas como el factor de expansión o la «constante» de Hubble.

Todo esto lo haremos basándonos en la teoría de la gravitación universal de Newton evitando así entrar en las complicaciones añadidas por el tratamiento que habría que darle si empezamos por relatividad general (que es el modo exacto de hacerlo).

1.- ¿Hacia dónde se atrae?  En esta entrada pretendemos mostrar el teorema de Gauss en gravedad que será importante para empezar a estudiar los modelos cosmológicos empleando la teoría gravitatoria de Newton.

2.- De Newton a la ecuación de Friedmann. Primera parte.  En esta entrada introducimos los elementos básicos para afrontar el estudio de la cosmología. Repasamos la gravedad de Newton y el concepto de densidad. También hacemos una breve presentación del principio cosmológico.

3.-  De Newton a la ecuación de Friedmann. Segunda parte.  Aquí concluimos con la derivación de la ecuación de Friedmann.  Introducimos el concepto de coordenadas comoviles y el factor de escala que es la variable importante en cosmología.  Además introducimos, de una forma indirecta, el factor en estas ecuaciones que corresponde a la información sobre la curvatura espacial del universo.

4.- El universo y su densidad.  En esta ocasión nos proponemos a estudiar como varía la densidad del universo conforme este evoluciona en el tiempo.  Esta información es vital para poder definir los modelos cosmológicos como veremos en la próxima entrada.

5.- Ingredientes para hacer un universo.  En esta entrada preparamos el terreno para estudiar los modelos cosmológicos explicando para que´son necesarias las ecuaciones que hemos introducido en las entradas anteriores.  Se hace una discusión sobre el significado de las ecuaciones de estado en cosmología.

6.-  La Ley detrás de lo que vio Hubble.  Introducimos el parámetro de Hubble y discutimos qué es la constante de Hubble.  Mostramos que las ecuaciones de Friedmann son las que nos dicen como evoluciona dicho parámetro de Hubble en el tiempo.

7.-  Desplázate al rojo…  Introducimos conceptualmente el concepto de desplazamiento al rojo.  Este es uno de los fenómenos que soportan la idea de un universo en expansión.  En las siguientes entradas veremos como tratar matemáticamente este concepto pero en esta ocasión queríamos dar la imagen intuitiva del mismo.

8.-  Si el universo se expande… nosotros nos expandimos ¿no?  Discusión conceptual del significado de la expansión del universo y su efecto en los sistemas físicos que nos rodean.

9.-  El desplazamiento al rojo NO ES DEBIDO a la velocidad de las galaxias.  En esta entrada discutimos conceptualmente el por qué el desplazamiento al rojo no es un efecto asociado al movimiento relativo de las galaxias sino al propio comportamiento del espacio en expansión.

10.-  El último paso:  El desplazamiento al rojo y la expansión.  Aquí cerramos el bloque sobre el desplazamiento al rojo y su relación con la expansión del universo. Daremos la relación matemática entre el desplazamiento y el factor de escala.

11.-  En un universo hecho de materia…  Empezamos a estudiar como evoluciona el universo dependiendo de su contenido.  En esta entrada presentamos el caso de un universo donde sólo hay materia.

12.-  En un universo  hecho de radiación… Estudiamos el caso de un universo que sólo contiene radiación o dicho de otro modo partículas que se mueven a la velocidad de la luz.

13.- La importancia de la curvatura.  Como hemos explicado en anteriores entradas, además del contenido de materia hay un factor en las ecuaciones de Friedmann que tiene que ver con la curvatura del espacio.  En esta entrada estudiamos cualitativamente su influencia en la evolución del universo.