La
radiació còsmica de fons i el
principi d’incertesa de Heisenberg
La
primera observació de
la radiació còsmica de fons és la que varen fer en 1964 Arno Penzias i
Robert
Wilson. Varen detectar que, de totes les direccions del cel (és a dir,
isòtrop),
rebien una radiació de fotons que corresponia a la distribució de
Planck de
freqüències de radiació d’un cos negre en equilibri tèrmic i amb un pic
de
2,725 K de temperatura i 0,0019 m de longitud d’ona. La seva existència
va ser
predita per George Gamov, Ralph Alpher
i Robert
Hermann el 1948
que estimaren que tenia una temperatura de l’ordre de 5 K. Llavors
l’explicació
teòrica deia que la radiació era la llum dispersada de les estrelles de
les
galàxies llunyanes. Avui, la teoria diu que la radiació és la que va
deixar pràcticament
d’interaccionar amb les partícules de matèria en baixar a 3.000 K la
temperatura després de 379.000 anys de l’inici del univers, l’anomenat
Big
Bang. És a dir que els fotons varen passar d’equivaldre llavors a un
cos negre
de 3.000 K i 0,00000075 m de longitud d’ona a equivaldre ara a un cos
negre a
2,725 K i 0,0019 m de longitud d’ona; aquesta variació de longitud
d’ona es
mesura amb l’anomenat desplaçament al roig z:
Aquest
augment de longitud
d’ona va lligat amb una disminució de l’energia del fotó. L’explicació
ortodoxa
d’aquest fenomen s’atribueix a l’expansió de l’univers i es justifica
amb el
següent símil:
Suposem
que tenim un
recipient aïllat tèrmicament del seu exterior. El recipient conté
molècules de
gas que estan constantment en moviment i xoquen entre ells i amb les
parets del
recipient. La seva velocitat mitja v
si es considera com a gas ideal és:
en que:
K
=
1,380·10-23 J/K és la constant de Boltzmann
T
=
temperatura en Kelvins
m
=
massa de la molècula en kg
Quan una
molècula xoca
amb una paret amb determinat mòdul de velocitat, rebota amb el mateix
mòdul de
velocitat. Si movem aquesta paret fent que augmenti el volum del
recipient, la
molècula rebota amb un mòdul de velocitat inferior, és a dir, té menys
energia
cinètica, està més freda. Amb moltes molècules així, els menors mòduls
de
velocitat es transmeten a la resta de molècules de gas del recipient i
el
conjunt del gas es refreda.
A qui no
el convenci el
símil, ja que es comparen els fotons (i la seva longitud d’ona) amb
molècules
de gas (i la seva velocitat), pot llegir la següent hipòtesi que
caldria
confirmar:
La pèrdua
d’energia dels
fotons es compensaria amb creacions de parells de partícules amb
energia i
duració seguint el principi d’incertesa de Heisenberg. Se suposa que
com més
gran és l’univers, més espai hi ha perquè es creïn dits parells de
partícules i
més parells s’han de crear; en aquest cas, també es pot considerar que
la pèrdua
d’energia dels fotons és deguda a l’expansió de l’univers. Gràcies a
dita
creació de parells de partícules, de passada no es violaria el principi
de
conservació de l’energia de l’univers. També s’explicaria perquè els
fotons de
les galàxies més llunyanes ens arriben amb una desplaçament al roig amb
un
màxim previst de 72, molt lluny del desplaçament al roig de la radiació
còsmica
de fons de 2553.