Preguntas de los Cinco del Día sobre el universo y la físicarespuestas explicadas

Base real

• ¿Cuánto tarda la luz del Sol en viajar desde la superficie solar hasta la Tierra? Respuesta: unos 8 minutos y 20 segundos. La distancia media Tierra–Sol es de unos 150 millones de km, y la luz tarda unos 499 segundos en recorrerla. El Sol que ves es siempre el de hace poco más de 8 minutos.

• ¿Cuál es hoy la temperatura del fondo cósmico de microondas? Respuesta: unos 2,7 K. Unos 2,725 K. Nació cuando el universo tenía 380 000 años y unos 3000 K, y desde entonces la expansión del universo lo ha estirado y enfriado unas 1100 veces.

• ¿Cuántos años tiene aproximadamente el universo? Respuesta: unos 13 800 millones de años. Unos 13 800 millones de años. 4600 millones de años es la edad del sistema solar; 46 000 millones de años luz es el radio del universo observable, no una edad.

• El universo tiene solo 13 800 millones de años, pero el universo observable tiene un radio de unos 46 000 millones de años luz. ¿Por qué? Respuesta: el universo siguió expandiéndose mientras la luz estaba en camino. La luz ha viajado 13 800 millones de años, y en ese tiempo el lugar del que salió fue empujado aún más lejos por la expansión. La velocidad de la luz nunca cambió.

• Aparte del Sol, ¿cuál es la estrella más brillante del cielo nocturno? Respuesta: Sirio. Sirio, a unos 8,6 años luz. La Polar ocupa solo el puesto 50 aproximadamente en brillo; es famosa porque casi no se mueve.

• ¿Cuánto vive aproximadamente una estrella de 20 masas solares? Respuesta: unos 10 millones de años. Cuanto más masiva, más feroz arde: la vida es aproximadamente inversamente proporcional a la masa elevada a 2,5. El Sol vive unos 10 000 millones de años, y las enanas rojas más pequeñas viven billones de años.

• ¿Cuál es el elemento más abundante del universo? Respuesta: el hidrógeno. Por número de átomos, cerca del 92 % es hidrógeno, y por masa, cerca del 74 %. Casi todo es un resto de los primeros minutos después del Big Bang.

• ¿De dónde vinieron más probablemente los átomos de oro de tus joyas? Respuesta: de sucesos violentos como las fusiones de estrellas de neutrones. Los elementos más pesados que el hierro necesitan muchos neutrones para formarse. El evento de ondas gravitacionales GW170817, en 2017, permitió ver por primera vez de forma directa fusiones de estrellas de neutrones que forjaban elementos pesados.

• ¿Cuál es la estrella más cercana al Sol? Respuesta: Próxima Centauri. Próxima Centauri, a unos 4,24 años luz. Es la enana roja más pequeña del sistema triple de Alfa Centauri, y en 2016 se encontró un planeta a su alrededor.

• ¿Qué es el "horizonte de sucesos" de un agujero negro? Respuesta: la frontera más allá de la cual ni siquiera la luz puede escapar. El horizonte no es una superficie física. En un agujero negro muy grande, quien cruza el horizonte puede no notar nada en ese momento, pero ya nunca podrá salir.

• ¿Qué agujero negro apareció en la primera imagen de un agujero negro, publicada en 2019? Respuesta: el agujero negro del centro de la galaxia M87. El Event Horizon Telescope enlazó radiotelescopios de todo el mundo en un único telescopio "del tamaño de la Tierra". La imagen del agujero negro del centro de la Vía Láctea se publicó en 2022.

• ¿Por qué las estrellas "titilan"? Respuesta: la turbulencia de la atmósfera terrestre. Las masas de aire a distinta temperatura actúan como lentes en movimiento y hacen que la luz de la estrella se haga más fuerte y más débil. Un planeta se ve como un pequeño disco, así que titila menos.

• ¿Por qué la Luna muestra siempre la misma cara a la Tierra? Respuesta: el período de rotación de la Luna es igual a su período orbital. Se llama acoplamiento de marea. La Luna gira una vez en unos 27,3 días, justo lo que tarda en dar una vuelta a la Tierra.

• ¿Cuántas estrellas hay aproximadamente en la Vía Láctea? Respuesta: entre 100 000 y 400 000 millones. La estimación está entre 100 000 y 400 000 millones. El rango es tan amplio porque las enanas rojas débiles son difíciles de contar.

• ¿En qué se convertirá el Sol al final? Respuesta: en una enana blanca. El Sol no tiene masa suficiente, así que primero se hinchará hasta ser una gigante roja, expulsará una nebulosa planetaria y por último dejará una enana blanca del tamaño de la Tierra.

• ¿Por qué el universo fue "opaco" durante sus primeros 380 000 años? Respuesta: los electrones libres dispersaban los fotones una y otra vez. Hacía demasiado calor y los electrones aún no habían sido capturados por los núcleos. Al enfriarse hasta unos 3000 K se formaron los átomos y la luz pudo viajar libremente. Esa luz es el fondo cósmico de microondas de hoy.

• ¿Qué fracción de toda la materia del universo es aproximadamente materia oscura? Respuesta: cerca del 85 %. Cerca del 85 %. Los átomos que conocemos son solo una pequeña parte de la materia, y la materia oscura solo se ha detectado hasta ahora por su gravedad.

• ¿Qué publicó Hubble en 1929? Respuesta: cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja de nosotros. En 1924 demostró por primera vez que Andrómeda está fuera de la Vía Láctea, y en 1929 publicó la relación de que la velocidad de recesión es proporcional a la distancia. Lemaître ya había deducido esa relación en 1927.

• ¿A qué velocidad se mueve ahora aproximadamente la Voyager 1? Respuesta: unos 17 km por segundo. Unos 17 km por segundo. A esa velocidad, llegar a Próxima Centauri tardaría unos 75 000 años.

• ¿Cuál de estos objetos no se formó en el sistema solar? Respuesta: ʻOumuamua. ʻOumuamua, descubierto en 2017, es el primer objeto interestelar conocido. Vino de otro sistema estelar y ahora se aleja.

• ¿Qué significa el "horizonte de sucesos cosmológico"? Respuesta: la luz que emiten hoy algunas galaxias nunca nos alcanzará. El universo se expande de forma acelerada, y las galaxias suficientemente lejanas se alejan tan rápido que la luz que emiten hoy jamás podrá alcanzarnos. El universo de allí no ha terminado.

• ¿Cuál es la mayor diferencia entre las primeras estrellas (Población III) y las de hoy? Respuesta: casi no contienen elementos más pesados que el helio. Aún no había elementos pesados en el universo. Pudieron ser extremadamente masivas y de vida extremadamente corta, y ninguna se ha confirmado todavía por observación directa.

• ¿Cuánto pesa más o menos una cucharadita de materia de estrella de neutrones? Respuesta: miles de millones de toneladas. La densidad de una estrella de neutrones es de unos 4×10¹⁷ kg por metro cúbico, así que una cucharadita (unos 5 mL) pesa unos 2000 millones de toneladas.

• Cuando se detectaron por primera vez las ondas gravitacionales en 2015, ¿cuánto cambió la longitud de los brazos de 4 km de LIGO? Respuesta: aproximadamente una milésima del diámetro de un protón. Unos 10⁻¹⁸ m. Para medir un cambio tan pequeño, LIGO tiene que aislarse de los terremotos, del tráfico e incluso de la vibración de las olas del océano.

• ¿Por qué el cielo es azul? Respuesta: las moléculas del aire dispersan con más facilidad la luz de longitud de onda corta. Se llama dispersión de Rayleigh. Al atardecer la luz atraviesa más atmósfera, la luz azul se dispersa y quedan el rojo y el naranja.

• ¿De qué está hecha la mayor parte de un átomo? Respuesta: de espacio vacío. El núcleo mide solo una cienmilésima parte del diámetro del átomo. Si un átomo fuera del tamaño de un estadio de fútbol, el núcleo sería como un guisante en el centro del campo.

• ¿Por qué el agua es H₂O y no HO? Respuesta: un átomo de oxígeno necesita dos electrones más para ser estable. El oxígeno tiene 6 electrones en su capa externa, y compartir 2 más la completa, así que comparte un par de electrones con cada uno de dos átomos de hidrógeno.

• Por masa, ¿cuál es el elemento más abundante de la Tierra? Respuesta: el hierro. Contando el núcleo, el hierro es cerca de un tercio de la masa de la Tierra. Mirando solo la corteza, el más abundante es el oxígeno.

• ¿De qué están hechos el diamante y el grafito? Respuesta: de carbono. Son los mismos átomos de carbono dispuestos de otra manera: en el diamante cada átomo de carbono está unido a cuatro vecinos, y en el grafito los átomos forman capas de hexágonos.

• ¿Cuál fue el primer elemento fabricado artificialmente? Respuesta: el tecnecio. Se encontró en 1937 en una lámina de molibdeno desechada de un ciclotrón. Su nombre viene del griego para "artificial".

• ¿Por qué el hierro es el punto final de la fusión estelar? Respuesta: fusionar hierro ya no libera energía. Los núcleos cercanos al hierro-56 son los más fuertemente ligados. Fusionar algo más pesado absorbe energía, así que cuando el núcleo de una estrella masiva se llena de hierro, colapsa.

• ¿A qué velocidad viaja aproximadamente la luz en el vacío? Respuesta: 300 000 km por segundo. El valor exacto es 299 792 458 metros por segundo. Desde 1983 el metro se define usando la velocidad de la luz.

• ¿Qué dice E = mc²? Respuesta: que la masa y la energía se pueden convertir una en otra. Convertir 1 gramo de materia por completo en energía da unos 9×10¹³ julios, equivalentes a unas 20 000 toneladas de TNT.

• ¿Dónde se descubrió el bosón de Higgs en 2012? Respuesta: en el Gran Colisionador de Hadrones. El Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Su descubrimiento confirmó el mecanismo por el que las partículas adquieren masa, y el Nobel de Física de 2013 fue para los físicos que propusieron ese mecanismo.

• ¿Cuál es el cero absoluto en grados Celsius? Respuesta: −273,15 °C. −459,67 es en grados Fahrenheit. Al cero absoluto se puede uno acercar sin límite pero nunca alcanzarlo; es la tercera ley de la termodinámica.

• ¿Cuántos neutrinos solares atraviesan cada segundo una superficie del tamaño de tu uña? Respuesta: unos 60 000 millones. Unos 60 000 millones por centímetro cuadrado por segundo. Casi todos te atraviesan a ti y a la Tierra sin dejar rastro.

• ¿Se puede usar el entrelazamiento cuántico para enviar información más rápido que la luz? Respuesta: no. Los resultados de la medición en los dos extremos de un par entrelazado están correlacionados, pero cada extremo por separado parece aleatorio. Hay que comparar los dos conjuntos de resultados con una señal ordinaria antes de ver la correlación. Se llama teorema de no comunicación.

• ¿Qué quería mostrar originalmente el "gato de Schrödinger"? Respuesta: que llevar la superposición cuántica al mundo macroscópico resulta absurdo. Schrödinger lo propuso en 1935 como crítica a la interpretación entonces popular de la mecánica cuántica, pero se convirtió en la imagen más conocida de la mecánica cuántica.

• ¿Qué dice la segunda ley de la termodinámica? Respuesta: la entropía de un sistema aislado no disminuye. El calor fluye de forma espontánea de lo caliente a lo frío, y no al revés. Le da una dirección al tiempo.

• ¿Por qué el agua hierve por debajo de 100 °C en una montaña alta? Respuesta: la presión del aire es baja. Cuanto menor es la presión, más fácilmente escapan las moléculas de agua. En la cima del Everest, el agua hierve a unos 70 °C.

• ¿Por qué un espejo intercambia izquierda y derecha pero no arriba y abajo? Respuesta: lo que un espejo invierte de verdad es delante y detrás. El espejo invierte la dirección perpendicular a su superficie. Imaginamos a la persona del espejo como alguien que se ha dado la vuelta para mirarnos, y por eso parece que izquierda y derecha están invertidas.

• Los protones de un núcleo tienen todos carga positiva, entonces, ¿por qué no se repelen? Respuesta: la interacción fuerte los mantiene unidos. A la escala del núcleo, la interacción fuerte es mucho más fuerte que la repulsión electromagnética, pero su alcance es muy corto y fuera del núcleo casi desaparece.

• ¿Qué es una "semivida"? Respuesta: el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los núcleos. La semivida del carbono-14 es de unos 5730 años, por lo que sirve para datar material orgánico de hasta unas decenas de miles de años.

Investigación relacionada

Estos estudios tienen relación con el tema, pero no son una prueba directa de esta página.

• El universo se expande: Hubble descubrió que cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja. El universo no es estático: se expande.

  Fuente:Hubble, PNAS 1929, "A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae"

• El átomo primigenio: Lemaître propuso por su cuenta que el universo se expande y luego imaginó que empezó como un «átomo primigenio», precursor de la teoría del Big Bang.

  Fuente:Lemaître, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles 1927, "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant"

• El hallazgo de la partícula de Higgs: El Gran Colisionador de Hadrones encontró una partícula nueva de unos 125 GeV, con lo que se confirmó una predicción hecha 48 años antes.

  Fuente:ATLAS Collaboration, Physics Letters B 2012, "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"

• Fondo cósmico de microondas: Dos investigadores de Bell Labs no lograban eliminar el ruido de su antena y al final comprendieron que era el resplandor del Big Bang. Ganaron el Premio Nobel de 1978.

  Fuente:Penzias & Wilson, The Astrophysical Journal 1965, "A measurement of excess antenna temperature at 4080 Mc/s"

• Sombra de un agujero negro: Radiotelescopios de todo el mundo formaron un «telescopio virtual» del tamaño de la Tierra y fotografiaron la sombra del agujero negro del centro de M87.

  Fuente:Event Horizon Telescope Collaboration, The Astrophysical Journal Letters 2019, "First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The shadow of the supermassive black hole"

• Ondas gravitacionales: Dos agujeros negros se fusionaron hace 1300 millones de años, y las ondulaciones del espacio-tiempo por fin las oyeron los humanos, con lo que se confirmó la predicción de Einstein de hacía un siglo.

  Fuente:Abbott et al. (LIGO & Virgo), Physical Review Letters 2016, "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger"

• La receta del universo: El satélite Planck midió las diminutas fluctuaciones del fondo cósmico de microondas: la materia ordinaria es cerca del 5 % de la energía total del Universo, la materia oscura cerca del 27 %, y el resto es energía oscura.

  Fuente:Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"