julio 20, 2024

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Las trece escalas que definen nuestro universo físico

Las trece escalas que definen nuestro universo físico

Nuestro universo se extiende desde escalas subatómicas hasta cósmicas.

El viaje desde las escalas macroscópicas a las subatómicas abarca muchos órdenes de magnitud, pero descender pequeños pasos puede hacer que cada nueva escala sea más accesible que la anterior. Los humanos están hechos de órganos, células, orgánulos, moléculas y átomos, luego electrones y núcleos, luego protones y neutrones, luego quarks y gluones en su interior. Este es el límite de hasta dónde sondeamos la naturaleza.

crédito: Magdalena Kowalska / CERN / Equipo ISOLDE

Finalmente, actualmente se conocen 13 escalas diferentes.

Estructura de formulario estándar

A la derecha, se ilustran los bosones medidos, que median las tres fuerzas cuánticas fundamentales de nuestro universo. Solo hay un fotón que media la fuerza electromagnética, hay tres bosones que median la fuerza débil y ocho que median la fuerza fuerte. Esto indica que el modelo estándar es una mezcla de tres grupos: U(1), SU(2) y SU(3), cuyas interacciones y partículas se combinan para formar todo lo que se sabe que existe. El tamaño de cada una de las partículas fundamentales conocidas no puede ser mayor que ~10^-19 μm.

crédito: Daniel Domínguez/CERN

1.) Partículas elementales fundamentales. hasta 10-19 metros, estas cantidades no se dividen.

Cuando dos protones, cada uno formado por tres quarks unidos por gluones, interactúan, es posible que se fusionen en un estado compuesto según sus propiedades. La posibilidad más común y comprobada es la producción de un deuterón, compuesto por un protón y un neutrón, lo que requeriría la emisión de un neutrino, un positrón y posiblemente también un fotón.

crédito: Kiko Morano

2.) Escalas nucleares. En un femmómetro (~10-15 m) Las escalas, nucleones individuales, formados por quarks y gluones, están unidos entre sí.

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¿Cuánto es Einstein?

Aunque usted mismo está hecho de átomos, lo que siente como un “toque” no requiere necesariamente que otro átomo externo entre en contacto con los átomos de su cuerpo. Acercarse lo suficiente para ejercer fuerza no solo no es suficiente, sino que es lo más común.

crédito: ipopba / Adobe Stock

3.) Escalas atómicas. Tamaño de Angstrom (~10-10 m), los átomos constituyen toda la materia de la Tierra.

Premio Nobel de Química

Las moléculas, ejemplos de moléculas de materia unidas en formaciones complejas, logran las formas y estructuras que tienen debido a las fuerzas electromagnéticas que existen entre sus átomos y electrones constituyentes. La variedad de estructuras que se pueden crear es casi ilimitada.

crédito: denisismmagilov

4.) Escalas moleculares. nanómetro (~10-9 m) y más grandes, las moléculas contienen múltiples átomos unidos entre sí.

cianobacterias

Esta imagen de microscopio electrónico de efecto túnel muestra algunas muestras de la cianobacteria Prochlorococcus marinus. Cada uno de estos organismos tiene un tamaño de solo medio micrón, pero todas las cianobacterias son en gran parte responsables de la formación de oxígeno en la Tierra: al principio e incluso hasta el día de hoy. Como todas las bacterias, su vida es mucho más corta que la de una persona.

crédito: Luke Thompson de Chisholm Lab y Nikki Watson de Whitehead, MIT

5.) Microescalas. Menos de 0,0001 m (el ancho de un cabello humano), se requieren herramientas fuera del ojo humano.

flamencos rosados

En cuerpos de agua cálidos y poco profundos, los flamencos rosados ​​a menudo se pueden encontrar caminando, acicalándose y buscando comida. La falta de pigmentos carotenoides en su suministro de alimentos, que se observa en algunos (pero no en todos) los flamencos que se muestran aquí, hace que muchos de estos flamencos estén más cerca del blanco que del estereotipo rosado o rojo, pero el comportamiento de pararse en uno pie en lugar de dos, logró reducir la pérdida de calor corporal casi a la mitad.

crédito: gayulo/pixabay

6.) Escalas macroscópicas. Nuestras percepciones convencionales se extienden desde subescalas hasta muchos kilómetros.

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Esta selección de asteroides y cometas visitados por naves espaciales abarca varias escalas de tamaño, desde objetos de menos de un kilómetro hasta objetos de más de 100 kilómetros de un lado. Sin embargo, ninguno de estos objetos tiene suficiente masa para darles una forma circular. La gravedad puede mantenerlos unidos, pero las fuerzas electromagnéticas son las principales responsables de sus formas.

crédito: La Sociedad Planetaria – Emily Lakdawala

7.) Escalas subplanetarias. Donde la gravedad no puede vencer al electromagnetismo, los objetos que flotan libremente pueden viajar varios cientos de kilómetros de distancia.

Saturno Júpiter Urano Neptuno JWST

Ahora que Saturno ha sido fotografiado por el JWST, se puede formar la primera “imagen familiar” de los mundos de los gigantes gaseosos vistos por los ojos del JWST. Aquí, cada planeta se muestra en un tamaño angular calibrado según cómo aparecen entre sí, tal como los ve el JWST. Los planetas pueden tener el doble del tamaño de Júpiter, pero pueden tener 1000 km o incluso menos.

crédito: NASA. CSA. ESA. STScI y varias colaboraciones; Sintetizador: E. Siegel

8.) Balanzas planetarias. Los planetas son esféricos debido a su propia gravedad, y los planetas suelen tener entre 1.000 y 200.000 kilómetros de ancho.

Sol vs enana roja

Las enanas marrones, entre aproximadamente 0,013 y 0,080 masas solares, fusionarán deuterio + deuterio en helio-3 o tritio, permaneciendo aproximadamente del mismo tamaño que Júpiter pero alcanzando masas mucho mayores. Las enanas rojas son solo un poco más grandes, pero incluso la estrella similar al sol que se muestra aquí no muestra escala aquí; Su diámetro sería unas 7 veces el de una estrella de baja masa. Dentro de este universo, las estrellas pueden alcanzar casi 2000 veces el diámetro de nuestro Sol.

crédito: NASA/JPL-Caltech/UCB

9.) Escamas de estrellas. De 0,08 a 2000 veces el tamaño del Sol, estos hornos nucleares iluminan el universo.

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nube de Oort

Ilustración de la Nube de Oort interna y externa que rodea a nuestro Sol. Mientras que la Nube de Oort interna tiene forma de anillo, la Nube de Oort externa es esférica. La verdadera extensión de la Nube de Oort exterior puede ser inferior a 1 año luz o superior a 3 años luz; Aquí hay una gran incertidumbre. Cualquier objeto masivo que pase a través de la Nube de Oort tiene una alta probabilidad de perturbar los objetos en su vecindad.

crédito: Pablo Carlos Budasi / Wikimedia Commons

10.) Las escalas del sistema estelar. Con una extensión de hasta dos años luz de ancho, las nubes tipo Oort sondean los límites de los sistemas estelares individuales.

Hickson Compact Group 40 galaxias

Si bien hay muchos ejemplos de muchas galaxias en la misma región del espacio, generalmente ocurre entre solo dos galaxias o en regiones muy densas del espacio, como los centros de los cúmulos de galaxias. Ver 5 galaxias interactuando en un espacio a menos de un millón de años luz de distancia es extremadamente raro, capturado con fantástico detalle por Hubble aquí. Debido a que todas estas galaxias todavía están formando nuevas estrellas, los astrónomos las clasifican como “vivas”.

crédito: NASA, ESA, STScI; Terapeuta: Alyssa Pagan (STScI)

11.) Escamas de galaxia. Desde alrededor de 100 a 1.000.000 de años luz de distancia, la materia oscura y ordinaria mantiene unidas a las galaxias.

El universo vacío es una estructura de racimo.

Entre los grandes cúmulos y filamentos del universo hay grandes vacíos cósmicos, algunos de los cuales pueden abarcar cientos de millones de años luz de diámetro. Si bien algunos vacíos son más grandes que otros, y abarcan mil millones de años luz o más, todos contienen materia en algún nivel. Incluso el vacío que incluye MCG+01–02–015, la galaxia más solitaria del universo, probablemente contiene pequeñas galaxias superficiales de bajo brillo que están por debajo del límite de detección actual de telescopios como el Hubble.

crédito: Andrew Z. Colvin y Zeryphex/Astronom5109; Wikimedia Commons

12.) Tablas de masas y espacios. De 10 a 100 millones de años luz de diámetro, son las mayores de las estructuras ligadas gravitacionalmente.

Simulaciones de cúmulos de materia oscura

En escalas más grandes, la forma en que las galaxias se agrupan en las observaciones (azul y violeta) no puede coincidir con las simulaciones (rojo) a menos que se incluya la materia oscura. Aunque hay formas de reproducir este tipo de estructura sin incluir específicamente la materia oscura, como agregar un tipo específico de campo, estas sustituciones parecen sospechosamente indistinguibles de la materia oscura o no logran reproducir una de las muchas observaciones que respaldan la materia oscura.

crédito: 2dFGRS, SDSS, Millennium Simulation / MPA Garching, Gerard Lemson y el Consorcio Virgo

13.) Escamas verdaderamente cósmicas. Toda la red cósmica observada abarca 92 mil millones de años luz.

Rebanada web cósmica de Millennium Simulation

En la cosmología moderna, el universo está marcado por una extensa red de materia oscura y materia ordinaria. En escalas de galaxias individuales y más pequeñas, las estructuras formadas por la materia son altamente no lineales, con densidades que se desvían de las densidades promedio en cantidades enormes. Sin embargo, a escalas muy grandes, la densidad de cualquier región del espacio está muy cerca de la densidad promedio: la precisión es de alrededor del 99,99 %.

crédito: Simulación Millennium, pág. Springle et al.

Incluso en las escalas más grandes y más pequeñas, es posible que aún estén esperando ser descubiertos nuevos fenómenos.

Visión logarítmica de la historia del universo.

Este mapa logarítmico del universo orientado verticalmente abarca casi 20 órdenes de magnitud y nos lleva desde el planeta Tierra hasta el borde del universo visible. Cada ‘marca’ grande en la barra de escala del lado derecho corresponde a un aumento en las escalas de distancia por un factor de 10.

crédito: Pablo Carlos Budassi

Silent Monday cuenta principalmente una historia universal en imágenes y visuales y no más de 200 palabras.