Big Bang

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Ciencia

"Big Bang" es el nombre dado en la cosmología física a la teoría científica según la cual el universo surgió en un estado de inmensa densidad y temperatura hace aproximadamente 13.820 millones de años, continuando desde entonces.[1][2] Es la teoría predominante que describe el origen y la evolución de nuestro universo. La aceptación religiosa del concepto varía entre religiones y dominaciones. Ha sido tanto criticada[3] como aceptada[4] por la Iglesia Católica.

Explicación simple

La teoría del Big Bang establece que hace 13.7 mil millones de años, el universo se condensó en una increíblemente pequeña, caliente y densa "bola" de espacio y tiempo. Algunos han especulado que emergió de un objeto infinitamente denso y pequeño, conocido como singularidad, pero la mayoría de los científicos prefieren otras hipótesis.[5]

El nombre "Big Bang" es un nombre poco apropiado, ya que el universo no se expandió en un sentido convencional y no explotó ni produjo sonido como normalmente lo entendemos. La primera fracción de segundo vio cambios significativos en la forma en que existían las fuerzas, la materia y la energía y era muy diferente al universo tal como lo observamos actualmente. El universo se expandió muy rápidamente por un proceso llamado "inflación". A medida que la expansión continuaba, el universo se enfriaba, llegando a un punto en el que las partículas de materia de larga vida podían "congelarse" de una mezcla de masa y energía que previamente estaba en continuo flujo y colisionar entre sí para formar los primeros átomos simples. A lo largo de miles de millones de años, estas partículas se combinaron para formar "nubes" de materia que se condensaron aún más, debido a la atracción gravitacional, en estrellas y planetas. Los átomos formaron progresivamente elementos "más pesados" en las estrellas a través del proceso de fusión nuclear.

La historia del universo puede describirse con cierto detalle hasta el momento, aproximadamente 10 elevado a la -43 segundos después del Big Bang. Lo que ocurrió precisamente en los primeros 10 a la -43 segundos (la época de Planck) se desconoce actualmente con muchas teorías en competencia, debido a nuestra comprensión incompleta de las interacciones entre las teorías de la gravitación y la mecánica cuántica.

¿El universo tuvo un comienzo?

Quizás, o quizás no.

La existencia de la singularidad es especulativa. Los teoremas de singularidad se prueban dentro de la teoría de la relatividad general, pero bajo las condiciones prevalecientes uno tiene que considerar los efectos cuánticos. Nadie sabe cómo hacerlo con rigor, pero en general se cree que la mecánica cuántica no permitiría una singularidad.[6] El coautor del universo desde el modelo de la singularidad, Stephen Hawking, afirmó que una interpretación de nuestros resultados, que es favorecida por la mayoría de los científicos, es que indica que la Teoría General de la Relatividad se rompe en los campos gravitacionales muy fuertes en el universo temprano. Tiene que ser reemplazada por una teoría más completa.[5]

Hay varias posibilidades en lo que puede ser la estructura real de la existencia. Estos incluyen la idea de que no hay límites en absoluto, o que hay una especie de límite "borroso" que no es una singularidad. Mientras que una singularidad o un límite son todavía posibles, no hay una buena razón científica en el presente para suponerlos. El universo puede haber preexistido en algún estado no descubierto. Esto socava el argumento del apologista, ya que esto significa que no hay manera de probar la existencia de un "Movimiento imparable" o "Primer evento".

Los eventos son usualmente precedidos por eventos anteriores. ¡Y sin embargo, la singularidad no puede ir precedida de nada! ¿Cómo es esto posible? Porque la singularidad no es en absoluto un "evento". La singularidad es el límite de los eventos físicos. Para una analogía, considere la serie de números 1/1, 1/2, 1/3, 1/4 ... Cada número en esta serie es seguido por un número más pequeño, al igual que cualquier evento tiene un evento precedente. Si seguimos la cadena de números, se ve fácilmente que "en el infinito" alcanzamos el número 0. Sin embargo, no hay un Número más pequeño real dentro de la serie, y esta es precisamente la razón por la cual cada número dado en él va seguido de un número menor. uno. Lo mismo es cierto para la singularidad: no es un punto en el espacio-tiempo, sino más bien un límite de la misma. La singularidad no es un Primer Estado, no hay un "Primer Estado". No es un estado en absoluto.

Desafortunadamente, una discusión informada sobre estos temas está más allá de casi todos, ya que el universo primitivo era bastante diferente al universo observado actualmente. Muchos de estos problemas están entre los mayores problemas no resueltos de la física.[7]

No hay modelos que predicen un universo infinito

Muchos creacionistas afirman que no hay un modelo matemático y físicamente sostenible del universo que sea extrapolable al infinito pasado y que, en consecuencia, la física no se ocupa de las posibilidades.[8] El problema radica en que no se conoce con certeza ningún modelo físico para predecir las primeras etapas u origen del universo. Si bien la mayoría de los modelos parecen implicar una edad finita, simplemente no sabemos y los modelos conocidos son altamente incorrectos; ¡Este tema está en la frontera del conocimiento después de todo! Puede haber un modelo correcto que corresponda a que el universo real tenga una edad infinita que simplemente no hemos descubierto. Solo podemos saber que un modelo es correcto después de las observaciones apropiadas, que no son posibles en este momento. Antes de las observaciones de Edwin Hubble, no había modelos sostenibles de un universo de edad finita, por lo que es muy posible que el consenso científico pueda analizar este asunto. Afirmar que no existe un modelo para un universo infinito en sí mismo implica que un universo finito es un argumento de la ignorancia.

El curso correcto en este caso es suspender el juicio hasta que podamos validar un modelo como correcto. La falta de un modelo no implica imposibilidad física. William Lane Craig utilizó el argumento expuesto, y si al hacerlo se basó en una premisa que no puede verificarse de manera factible, sus conclusiones también deben considerarse tentativas (en el mejor de los casos).

¿Vino el universo de la nada?

Artículo principal: Ateísmo, la nada y los accidentes

Hay una idea errónea de que el Big Bang dice que el universo "vino de la nada". Este es un hombre de paja. Lo que ocurrió en el universo temprano aún es un misterio. Lo que, en todo caso, vino antes del Big Bang, es un misterio.

Muchos creacionistas afirman que sin Dios, las leyes de la termodinámica serían violadas.[9] En este punto, ni siquiera sabemos si el universo es un sistema cercano, lo cual es un supuesto fundamental de la termodinámica. Además, la termodinámica no se ha validado en el universo primitivo; los físicos todavía están luchando con problemas mucho más básicos.

Dado que la energía del universo puede ser cero, o cerca de cero (la energía gravitacional es negativa), el universo entero puede ser una fluctuación cuántica de larga duración.[10]

¿Cómo obtuvo el universo sus leyes y constantes físicas?

Los científicos tampoco lo saben. Muchos se han remontado a principios muy fundamentales, como las leyes de la física son invariantes del punto de vista del observador, en un campo de la física llamado teoría de gauge.[11] La física sólo puede aspirar a rastrear las leyes físicas en un conjunto simple y unificado de principios llamado "teoría de todo". Sin embargo, es posible que nunca descubramos la teoría del todo, o que la teoría del todo ni siquiera exista. Si la teoría del todo existe, podría ser un "hecho en bruto"; un hecho sin causa. Si la teoría del todo existe, y no es un hecho en bruto, es cuestionable lo que queremos decir con una "explicación" para la teoría del todo.

Sin duda, si se descubre la teoría del todo, se usará como otro argumento cosmológico para Dios. La existencia de leyes físicas naturales se usa en el argumento de la ley natural.

Argumentar que los parámetros del universo, como la fuerza de la gravedad, son de alguna manera significativos es el argumento del ajuste fino.

Especulaciones sobre el universo pre-Big Bang

  • El modelo cíclico o universo oscilatorio es la hipótesis, atribuible a Richard Tolman desde 1934, de que el universo experimenta una serie infinita de oscilaciones, cada una de ellas comienza con un big bang y termina con un gran crujido. Después del Big Bang, el universo se expande por un tiempo antes de que la atracción gravitatoria de la materia haga que se colapse nuevamente y sufra un rebote. (Esta teoría ha disminuido en popularidad desde 1998, cuando los astrónomos informaron que la aceleración de la expansión del universo continúa sin cesar). [12] Para apoyar la afirmación de que la edad del universo es finita, los apologistas también señalan la segunda ley de la termodinámica. Lo que parece implicar que la entropía seguiría aumentando. [13] Sin embargo, hay varias teorías especulativas sobre cómo se podría restablecer la entropía en el universo temprano (y el ignorar eso hace que el argumento de la entropía sea un argumento desde la ignorancia ).[14]
  • El universo existió desde siempre, pero eventualmente se convirtió en un Big Bang. Algunos modelos predicen un universo sin principio, sin singularidad, pero aún con un Big Bang.[15]
  • La selección natural cosmológica es una hipótesis especulativa propuesta por Lee Smolin. Smolin especula que cada agujero negro podría contener otro universo en su interior. Por lo tanto, nuestro universo podría ser un agujero negro dentro de otro universo. Cada universo comparte propiedades y constantes fundamentales con su universo "padre", pero puede ser ligeramente diferente. Así, según esta teoría, los universos evolucionan con el tiempo, y los que están particularmente bien adaptados para producir agujeros negros son los que prosperan.
  • La hipótesis del multiverso sugiere que ya existen múltiples universos paralelos, generados en un meta-universo. Chris Hedges llamó al multiverso "a su manera, una forma de misticismo".[16]

Puede que no haya tal cosa como un universo pre-Big Bang.

  • Nuestra intuición sobre el tiempo se basa en el entorno en el que vivimos (y evolucionamos), con pequeñas aceleraciones y un espacio-tiempo relativamente plano. En regiones altamente espaciadas del espacio-tiempo, esas intuiciones se descomponen.
  • Como analogía, "norte" es una dirección que es más o menos constante en la mayoría de las ciudades. Pero la dirección "norte" en Los Ángeles no es paralela a la dirección "norte" en Berlín debido a la curvatura de la tierra. De hecho, ir hacia el norte desde cualquier punto llevará eventualmente al polo norte porque la tierra es una esfera . En el polo norte en sí no hay una dirección de "norte" porque cada punto a su alrededor está más al sur de lo que está.
  • De manera similar, "hacia el pasado" no es una dirección que sea la misma para cada punto en el espacio-tiempo, sino que retroceder en el tiempo desde cualquier punto conduce al big bang. Si no hay un universo anterior del cual surgió nuestro universo, puede ser que haya un "polo pasado", o una región finita del espacio-tiempo alrededor de la cual cada otro punto está más lejos en el futuro. No tendría sentido hablar de lo que sucedió antes de este momento, porque no habría tal cosa como un "antes" de eso. El universo sería sin causa o la "causa" sería algo que no lo precede en el tiempo.

Ninguno de estos conceptos ha sido demostrado de manera concluyente, pero sí ilustran que Dios no es la única respuesta posible.

Origen del modelo

¿Qué tan brillante fue el Big Bang?[17] No mucho, la verdad.[18]

La gente especuló durante cientos de años que el universo tuvo un comienzo; tal especulación presagiaba la premisa del Big Bang. Astrónomos como Johannes Kepler (1571-1630) argumentaron que el universo tenía una edad finita. Edgar Allan Poe en 1848 vio el Universo como de naturaleza cíclica, expandiéndose y contrayéndose desde un solo estado primordial.[19] Poe también creía que el tiempo y el espacio eran uno, casi 100 años antes de que Albert Einstein lo demostrara. En 1927, el físico belga y sacerdote católico Georges Lemaître propuso un modelo en expansión del universo en base a los trabajos de Alexandr Fridman para explicar los desplazamientos al rojo de las nebulosas espirales. Edwin Hubble proporcionó la evidencia observacional de galaxias de desplazamiento al rojo en 1929. Einstein, habiendo implicado deliberadamente que había un Big Bang en su teoría de la relatividad general de 1915, demostró que la evidencia matemática apuntaba hacia un punto de inicio del tiempo y el espacio. Georges Lemaître notó la implicación de Einstein, y así Lemaître anunció oficialmente el modelo de Big Bang. En ese momento, sin embargo, no fue llamado "el Big Bang". Lemaître lo llamó su teoría de los "fuegos artificiales" porque imaginó un comienzo explosivo. El término "Big Bang" no surgió hasta 1949, cuando Fred Hoyle (partidario el estado estacionario) acuñó el término "Big Bang", supuestamente como una etiqueta despectiva.

Evidencias

Habiendo establecido las ideas básicas del lenguaje del Big Bang (y apoyados por TalkOrigins[20]), somos capaces de ver cómo se comparan los datos con lo que esperamos de la teoría. No hay un sólo experimento que sea sensible a todos los aspectos de la teoría del Big Bang. Más bien, cualquier observación dada proporciona información sobre una combinación de parámetros y aspectos de la teoría y debemos combinar los resultados de varias líneas de investigación diferentes para obtener la imagen global más clara posible. Este tipo de enfoque será más evidente en las dos últimas secciones, donde discutimos la evidencia de los dos aspectos más exóticos teoría del Big Bang actual: La materia y energía oscuras.

Homogeneidad a gran escala

Diagrama de Hubble

Abundancia de elementos ligeros

Existencia de la Radiación de Fondo de Microondas

Fluctuaciones en el CMBR

Estructura universal a gran escala

Edad de las estrellas

Evolución de las galaxias

Dilatación del tiempo en curvas de brillo de supernova

Pruebas de Tolman

Además de predecir que la longitud de onda de onda de la luz debería cambiar a medida que el universo se expande (donde la longitud de onda observada se estira en un factor de (1+z) con respecto a la longitud de onda inicial), la teoría también requiere que el brillo de la superficie de las fuentes de luz disminuya, pero como la cuarta potencia de (1+z). Una consecuencia importante de este efecto es que la emisión térmica de un cuerpo negro a una temperatura determinada en algún momento de la historia del universo seguirá apareciendo como un espectro térmico más adelante, pero a una temperatura que es un factor de (1+z) más bajo.[20] Por lo tanto, al medir la desviación del espectro CMBR observado, obtenemos una prueba muy poderosa de la idea de que la expansión del universo sigue la imagen básica de la teoría estándar. Esta medición se llevó a cabo con el satélite COBE en la década de 1990 y se encontró que el espectro coincidía con un cuerpo negro con una parte en 10,000.[21][22]

Se han realizado varios intentos para aplicar esta prueba a otros objetos en el universo desde que Tolman elaboró ​​la escala de brillo de la superficie en 1930. La mayor dificultad para aplicar esta prueba a cualquier objeto en particular es que, para probar el brillo de la superficie observado En contra de la expectativa, uno debe primero conocer el brillo absoluto en primer lugar. La falta de tal "vela estándar" en cosmología se siente profundamente.[23]

En 2001, una serie de trabajos de Lubin intentaron aplicar esta prueba a galaxias distantes. Esta es una tarea difícil ya que las galaxias son entidades dinámicas en la escala de tiempo del universo. Se someten a períodos de estallidos de estrellas (formación rápida de estrellas, generalmente en discos galácticos), se fusionan entre sí, la opacidad del polvo interestelar cambia a medida que aumenta el contenido de metal y sus estrellas constituyentes cambian en luminosidad a medida que envejecen. El papel de Lubin intenta tener todo esto en cuenta. Después de combinar estos efectos en la escala esperada para el brillo de la superficie de la galaxia, encuentran resultados que concuerdan con lo que esperan de los modelos de evolución de la galaxia. Esta no es una indicación tan fuerte de que la relación de Tolman se mantenga como la temperatura de CMBR, pero es un signo positivo de que la variación de la relación estricta es más o menos entendida. En efecto, los resultados fueron lo suficientemente fuertes como para descartar los modelos "livianos" con este método.[24]

Efecto Sunyaev Zel'dovich

Efecto Sachs-Wolfe integrado

Materia oscura

Energía oscura

Consistencia

En más de una ocasión, hicimos referencia frecuente al hecho de que muchos tipos diferentes de observaciones cosmológicas se combinan para producir la concordancia del modelo MDL de Lambda que la mayoría de los cosmólogos utilizan hoy en día. Esto no debe interpretarse como un conjunto de observaciones, todas supeditadas entre sí para el apoyo mutuo, en el que la eliminación de una observación provoca el colapso de toda la estructura. Más bien, es el caso de encontrar intersecciones entre líneas de evidencia mutuas para ubicar la mejor solución general. Incluso si los datos futuros muestran que nuestra interpretación de una línea es incorrecta, las otras no se verán afectadas.

Por ejemplo, consideremos la determinación dada en el paper de la Determinación de Parámetros Cosmológicos, cortesía del equipo WMAP.[25] La edad del universo obtenida en las mediciones WMAP es consistente con los métodos observados a partir de las edades estelares. La proporción de bariones a fotones es consistente con la proporción de deuterio a helio predicha a partir de la nucleosíntesis primordial. La constante de Hubble es consistente con las mediciones de supernovas distantes, la relación Tully-Fisher y el brillo de la superficie de las galaxias. Del mismo modo, el modelo cosmológico de las mediciones WMAP es consistente con las mediciones de la estructura a gran escala de encuestas como Sloan Digital Sky Survey (SDSS) y Two-Degree Field Survey (2dF). Si estos resultados individuales no fueran compatibles entre sí, no veríamos una mejora en las restricciones de parámetros cuando combinamos los conjuntos de datos. El hecho de que veamos una mejora es evidencia de que la teoría sí se mantiene unida.

Creacionistas

Los creacionistas, con mucha frecuencia, se oponen a la teoría del Big Bang basándose en el hecho de que hace innecesario a un dios de la creación. Un argumento creacionista común contra esta teoría es la pregunta "¿qué causó el Big Bang?" y la pregunta estrechamente relacionada, "¿qué sucedió antes del Big Bang?". Varios argumentos se basan en el comienzo del universo. Entre los que se encuentran:

Por supuesto, cada vez que dos científicos no están de acuerdo sobre un aspecto menor de la teoría, la conversación se extrae de cualquier cita que pueda ser tergiversada para apoyar el creacionismo. Sin embargo, cualquier discusión sobre el desarrollo del Universo debe limitarse severamente: todas nuestras observaciones se realizan desde un rincón diminuto del espacio, en un abrir y cerrar de ojos. No hemos terminado de aprender todavía.

Muchos creacionistas tergiversan la teoría del Big Bang ya que solo unos pocos entienden la teoría y sus implicaciones.

Las leyes naturales nacieron en el Big Bang

Muchos creacionistas preguntan "¿por qué las fuerzas naturales no pudieron producir el universo? Porque en realidad toda la naturaleza y sus leyes se crearon en el Big Bang".[13] Esto es directamente falso: Los científicos dicen que el espacio y el tiempo fueron (probablemente) creados en el Big Bang, pero no saben qué sucedió antes, si es que sucedió algo. Decir que las "fuerzas sobrenaturales" explican el Big Bang es una especulación desenfrenada y un argumento de la ignorancia. Podrían haber existido las mismas fuerzas naturales o incluso desconocidas que provocaron el Big Bang. Los apologistas están falsamente combinando "natural" con "el universo posterior al Big Bang".

Los apologistas continúan aplicando la ley de causalidad al origen del universo. Por lo tanto, es inconsistente decir que las leyes naturales entraron en vigencia en el Big Bang. Por eso precisamente no podemos depender de la ley de causalidad cuando hablamos de la causa del universo mismo.[26]

Refutación

Los argumentos de los creacionistas suponen mucho más de lo que la ciencia conoce actualmente. Sin que sus premisas se establezcan con confianza, sus conclusiones son, al margen de todo, igual de confiables. Como nota histórica, es interesante ver áreas muy oscuras de la realidad que se utilizan para un argumento a favor de la existencia de Dios. Este es un signo de dios de los huecos en los argumentos anteriores a favor de la existencia de Dios a partir de fenómenos naturales donde se descartó cuando la ciencia encontró una explicación naturalista.

Referencias y ligas externas

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  1. esa. (21 Mar. 2013). «Planck reveals an almost perfect Universe». European Space Agency. Consultado el 2018-12-21.
  2. «Age of the Universe». www.astro.ucla.edu. Consultado el 2018-12-21.
  3. Juan Pablo II (1997), pp. M11, M12. Vía: Copan, Paul; Craig, William Lane (2017-11-16). The Kalam Cosmological Argument, Volume 2: Scientific Evidence for the Beginning of the Universe (en inglés). Bloomsbury Publishing USA. ISBN 9781501335884. Consultado el 2018-12-21.
  4. Withnall, Adam. Oct 28, 2014: 9:45. «Pope Francis declares evolution and Big Bang theory are real and God is not 'a magician with a magic wand'». The Independent (en inglés). 2014-10-28. Consultado el 2018-12-21.
  5. 5,0 5,1 «The Origin of the Universe». Stephen Hawking (en inglés). Consultado el 2018-12-21.
  6. «Did The Universe Really Begin With a Singularity?». Of Particular Significance (en inglés). 2014-03-21. Consultado el 2018-12-21.
  7. Para un fácil acceso, puede consultar listas como la de Wikipedia de "problemas no resueltos de la física". Preferiblemente en inglés.
  8. Craig, William Lane. «36 Arguments for the Existence of God: Goldstein on the Cosmological Argument». www.reasonablefaith.org. Consultado el 2018-12-21.
  9. Miller, Jeff. «God and the Laws of Thermodynamics: A Mechanical Engineer’s Perspective». apologeticspress.org (en inglés). Consultado el 2018-12-21.
  10. Vuletic, Mark I. «Creation ex nihilo - without God» (1997). The Secular Web. Consultado el 2018-12-21.
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  12. «Scientists stunned to learn universe may be accelerating». cnn.com (en inglés). Consultado vía Web Archive el 2018-12-21.
  13. 13,0 13,1 Geisler, Norman L.; Turek, Frank; Limbaugh, David (2004-03-12). I Don't Have Enough Faith to Be an Atheist. Crossway. Consultado el 2018-12-21.
  14. Bojowald, Martin; Tavakol, Reza (2008-07-14). «Recollapsing quantum cosmologies and the question of entropy». Physical Review D 78 (2): 023515. doi:10.1103/PhysRevD.78.023515. Consultado el 2018-12-21.
  15. Byrd, Deborah. «What if the universe had no beginning?». earthsky.org (en inglés estadounidense). Consultado el 2018-12-21.
  16. Hedges, Chris (2008-08-28). I Don't Believe in Atheists. Continuum International Publishing Group Ltd. ISBN 9781847062895. Consultado el 2018-12-21.
  17. Andersen, Christopher; Rosenstroem, Charlotte Amalie; Ruchayskiy, Oleg (2018-01-10). «How Bright Was the Big Bang?». arXiv:1801.03278 [physics]. Consultado el 2018-12-21.
  18. Sheffer, Yaron (2018-03-28). https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1803/1803.10771.pdf «The Big Bang Was Not That Bright»]. arXiv:1803.10771 [astro-ph, physics:physics]. Consultado el 2018-12-21.
  19. Eakin, Emily (2002-11-02). TANK; What Did Poe Know About Cosmology? Nothing. But He Was Right.». The New York Times (en inglés estadounidense). ISSN 0362-4331. Consultado el 2018-12-21.
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  22. D. J. Fixsen et al., The Cosmic Microwave Background Spectrum from the Full COBE FIRAS Data Set, Astrophys. J. 473 (1996) 576 (astro-ph/9605054) (PDF)
  23. R. C. Tolman, Proc. N. A. S. 16 (1930) 511.
  24. L. M. Lubin and A. Sandage, The Tolman Surface Brightness Test for the Reality of the Expansion; part I: Astron. J. 121 (2001) 227 (astro-ph/0102213); part II: Astron. J. 121 (2001) 2289 (astro-ph/0102214); part III: Astron. J. 122 (2001) 1071 (astro-ph/0106563); part IV: Astron. J. 122 (2001) 1084 (astro-ph/0106566)
  25. Wright, E. L.; Wollack, E.; Weiland, J. L.; Tucker, G. S.; Page, L.; Meyer, S. S.; Limon, M.; Kogut, A. et al. (2003 September). «First-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)* Observations: Determination of Cosmological Parameters» (PDF). The Astrophysical Journal Supplement Series (en inglés) 148 (1): 175. ISSN 0067-0049. doi:10.1086/377226. Consultado el 2019-05-02.
  26. Steve. «An Atheist Reads I Don't Have Enough Faith to Be an Atheist: Chapter 3». stevelikescurse.livejournal.com. Consultado el 2018-12-21.