Mar. Nov 19th, 2019

Teoría del Big Bang: El origen del Universo

La teoría o hipótesis del Big Bang (Gran Explosión) para explicar el origen del universo, es la más aceptada por la sociedad científica en la actualidad.

Según este paradigma el universo comenzó hace unos 13.700 millones de años con una “gran explosión”. Inmediatamente después de que ocurriera este fenómeno se crearon el espacio, el tiempo, la energía y la materia.

La prueba de esta teoría se debe al astrónomo Edwin Hubble, que, en 1929, desde el observatorio del monte Wilson, en Los Ángeles, hizo un descubrimiento crucial. Observó que las galaxias no eran estáticas, se movían y además se alejaban de la tierra a una velocidad increíble. Fue la primera prueba del Big Bang.

Donde quieras que uno mire, las galaxias distantes se están alejando de nosotros; es decir, el universo se está expandiendo. Esta teoría se denomina Ley de Hubble.

Según esta apreciación, en tiempos pasados los planetas y galaxias debieron estar más cerca, más juntos unos de otros. El movimiento debió de partir de un punto central. Midiendo la velocidad de expansión, los cosmólogos han estimado la fecha de nacimiento de nuestro universo. Parece ser, que hace unos 13.700.000.000 años todos los objetos del universo estaban en el mismo lugar exactamente; siendo entonces infinita la densidad del universo.

La observación de Hubble sugirió, que hubo un fenómeno, llamado big bang (la gran explosión), en que el universo era infinitésimamente pequeño y su densidad infinita. Bajo estas condiciones no es posible aplicar nuestras teorías y predicciones. Podemos considerar que el origen del tiempo es el big bang, ya que, con anterioridad a éste, los tiempos previos no estarían definidos.

¿De dónde viene el termino big bang?

La expresión big bang proviene del astrofísico inglés Fred Hoyle, uno de los detractores de esta teoría y, a su vez, uno de los principales defensores de la teoría del estado estacionario, quien dijo, para explicar mejor el fenómeno, que el modelo descrito era simplemente un big bang (gran explosión). En el inicio del universo ni hubo explosión ni fue grande, pues en rigor surgió de una «singularidad» (Una singularidad gravitacional o espaciotemporal, de modo informal y desde un punto de vista físico, puede definirse como una zona del espacio-tiempo donde no se puede definir alguna magnitud física relacionada con los campos gravitatorios, tales como la curvatura, u otras.) infinitamente pequeña, seguida de la expansión del propio espacio.

Michio Kaku ha señalado cierta paradoja en la denominación big bang (gran explosión): en cierto modo no puede haber sido grande ya que se produjo exactamente antes del surgimiento del espacio-tiempo. Habría sido el mismo big bang lo que habría generado las dimensiones desde una singularidad; tampoco es exactamente una explosión en el sentido propio del término, ya que no se propagó fuera de sí mismo.

La Historia del Universo: Teoría del Big Bang

En el principio de los tiempos el universo surgió de una “explosión”, pasando de la nada más absoluta al todo. Este “todo” es tan sólo un punto infinitamente pequeño, increíblemente caliente y de densidad inimaginable; un punto de energía pura.

La primera fuerza en aparecer fue la gravedad. En este momento ya quedó definida la forma y contenido del universo. La gravedad define la viabilidad de nuestro universo. Si hubiera sido un poco más débil, la materia se disgregaría rápidamente y no se hubieran formado las galaxias. Con gravedad excesiva, no se hubiera formado el universo, los agujeros negros hubieran engullido toda la materia. Es un equilibrio delicado.

Pasada una fracción de segundo después de que apareció la fuerza de la gravedad, se desprendió una onda inmensa de energía y comenzó la expansión del universo en todas las direcciones a una velocidad inimaginable. Todo esto a una velocidad superior a la de la luz, porque la nada puede ir más rápido que la luz, si la entendemos la nada como espacio vacío.

Para describir estos fenómenos tan rápidos, hubo que definir una nueva unidad de tiempo, se llamó tiempo de Planck. Hay más unidades de tiempo de Planck en un segundo que todos los segundos transcurridos desde el Big Bang. Es decir, una unidad de tiempo de Plank es igual a 1/10 eleveado a 43 segundos. Es una escala temporal tan diminuta que escapa al sentido común.

Unas cuantas unidades de tiempo de Planck, después del big bang, el universo era tan pequeño que cabía en la palma de la mano y en una fracción de segundo después se expandió hasta el tamaño de la Tierra y después a la velocidad de la luz, alcanzó el tamaño de nuestro sistema solar. Todavía era una tempestad de energía radiante. La temperatura era de billones de grados.

Al expandirse el universo empieza a enfriarse y empieza una nueva fase en la evolución del universo. La energía pura de la explosión se transforma en materia y aparecen las primeras partículas subatómicas. Entonces aparece la primera materia del universo. La energía se transformó en materia; al revés de como ocurre en las reacciones nucleares.

Las condiciones eran tan extremas que la materia que se formó, nada tenía que ver con la materia que vemos en la actualidad en el universo. Todavía no había átomos sino partículas subatómicas. Se transformó materia y energía simultáneamente. Aparecía y desaparecía materia. Pero poco a poco y como consecuencia del enfriamiento, debido a la expansión del universo, las partículas se hicieron más estables y dejaron de transformarse en energía. Las partículas primitivas al disminuir su temperatura disminuyeron también su velocidad y se dieron las condiciones para la formación de los átomos del primer elemento, el hidrógeno. Un segundo más tarde apareció el helio y el litio.

Después de transcurridos tres minutos desde el big bang, ya ha habían pasado las cosas más importantes en el proceso de formación del universo.

180 millones de años más tarde, las nubes de gas de hidrógeno y helio darían lugar a las primeras estrellas. Entonces el universo inició una etapa de luz y esplendor. El universo empezó a iluminarse en todas las direcciones hasta formar el impresionante espectáculo que vemos hoy cuando miramos el cielo nocturno. 420 millones de años después del Big Bang se formaron las primeras galaxias. Durante los 8.000 millones de años siguientes, continuó el proceso de formación de nuevas galaxias.

Hace unos 4.6000 millones de años se formó nuestro Sol y el planeta Tierra.

El futuro de acuerdo con la teoría del Big Bang

Los cosmólogos consideraron dos posibles escenarios para el futuro del universo. Si la densidad de masa del universo se encuentra sobre la densidad crítica, entonces el universo alcanzaría un tamaño máximo y luego comenzaría a colapsarse. Este se haría más denso y más caliente nuevamente, terminando en un estado similar al estado en el cual empezó en un proceso llamado Big Crunch. Por otro lado, si la densidad en el universo es igual o menor a la densidad crítica, la expansión disminuiría su velocidad, pero nunca se detendría. La formación de estrellas cesaría mientras el universo en crecimiento se haría menos denso cada vez. El promedio de la temperatura del universo podría acercarse asintóticamente al cero absoluto. Los agujeros negros se evaporarían por efecto de la radiación de Hawking. La entropía del universo se incrementaría hasta el punto en que ninguna forma de energía podría ser extraída de él, un escenario conocido como muerte térmica. Más aún, si existe la descomposición del protón, proceso por el cual un protón decaería a partículas menos masivas emitiendo radiación en el proceso, entonces todo el hidrógeno, la forma predominante de materia bariónica en el universo actual, desaparecería a muy largo plazo, dejando solo radiación.

Evidencias Experimentales del Big Bang

El hecho de que las estrellas se estén alejando de nosotros a velocidades gigantescas ha sido verificado repetidamente. Es lo que los expertos denominan efecto Doppler y o corrimiento del espectro de luz que recibimos del universo hacia el rojo. Esto significa un universo en expansión y no en contracción. Atendiendo al corrimiento hacia el rojo, la antigüedad del Universo está cifrada en unos 13,7 mil millones de años, según las estimaciones más recientes.

En 1949, Gamow apuntó que, si el big bang había tenido lugar, la radiación que la acompañaría habría perdido energía a medida que el Universo se expansionaba, y debería existir en nuestro tiempo bajo a la forma de una emisión de radioondas procedente de todas las partes del firmamento. Es decir, dicha radiación de fondo debería ser homogénea e independientemente de la orientación. Sería en mayo de 1964, cuando el físico germano-norteamericano Arno Allan Penzias y el radio astrónomo norteamericano Robert Woodrow Wilson consiguieron detectar la radiación de fondo de microondas que impregna todo el universo conocido.

Imagen: Radiación de fondo de microondas

Temática sugerida por: Dani Luque

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