segunda teoría del big bang
LA TEORÍA DEL BIG BANG
Y EL ORIGEN DEL UNIVERSO
El Big Bang, literalmente gran estallido, constituye el momento en que
de la "nada" emerge toda la materia, es decir, el origen del
Universo. La materia, hasta ese momento, es un punto de densidad infinita, que
en un momento dado "explota" generando la expansión de la materia en
todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo.
Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada
partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la
misma manera que al inflar un globo éste va ocupando más espacio expandiendo su
superficie. Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los
hechos a partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada
en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida
exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones,
Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas
conocidas hoy en día.
En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow
modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el
Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que
hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran
Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad
del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos.
Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían
sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se
produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo, la teoría de Gamow
proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios del Universo
y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia
existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al
expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas
y en galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la
ley de Hubble.
Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang
continuó enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 K (-270 °C).
Estos vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por los
radio astrónomos en 1965, proporcionando así lo que la mayoría de los
astrónomos consideran la confirmación de la teoría del Big Bang.
Uno de los grandes problemas científicos sin resolver en el modelo del
Universo en expansión es si el Universo es abierto o cerrado (esto es, si se
expandirá indefinidamente o se volverá a contraer).
Un intento de resolver este problema es determinar si la densidad
media de la materia en el Universo es mayor que el valor crítico en el modelo
de Friedman. La masa de una galaxia se puede medir observando el movimiento de
sus estrellas; multiplicando la masa de cada galaxia por el número de galaxias
se ve que la densidad es sólo del 5 al 10% del valor crítico. La masa de un
cúmulo de galaxias se puede determinar de forma análoga, midiendo el movimiento
de las galaxias que contiene. Al multiplicar esta masa por el número de cúmulos
de galaxias se obtiene una densidad mucho mayor, que se aproxima al límite
crítico que indicaría que el Universo está cerrado.
La diferencia entre estos dos métodos sugiere la presencia de materia
invisible, la llamada materia oscura, dentro de cada cúmulo pero fuera de las
galaxias visibles. Hasta que se comprenda el fenómeno de la masa oculta, este
método de determinar el destino del Universo será poco convincente.
Muchos de los trabajos habituales en cosmología teórica se centran en
desarrollar una mejor comprensión de los procesos que deben haber dado lugar al
Big Bang. La teoría inflacionaria, formulada en la década de 1980, resuelve
dificultades importantes en el planteamiento original de Gamow al incorporar
avances recientes en la física de las partículas elementales. Estas teorías
también han conducido a especulaciones tan osadas como la posibilidad de una infinidad
de universos producidos de acuerdo con el modelo inflacionario.
Sin embargo, la mayoría de los cosmólogos se preocupa más de localizar
el paradero de la materia oscura, mientras que una minoría, encabezada por el
sueco Hannes Alfvén, premio Nobel de Física, mantienen la idea de que no sólo
la gravedad sino también los fenómenos del plasma, tienen la clave para
comprender la estructura y la evolución del Universo.
Con el pasar de los años, las evidencias observacionales apoyaron
la idea de que el Universo evolucionó a partir de un estado denso y caliente.
Desde el descubrimiento de la radiación de fondo de microondas, en 1965, ésta
ha sido considerada la mejor teoría para explicar el origen y evolución del
cosmos. Antes de finales de los años sesenta, muchos cosmólogos pensaban que la
singularidad infinitamente densa del tiempo inicial en el modelo cosmológico de
Friedman era una sobre idealización, y que el Universo se contraería antes de
empezar a expandirse nuevamente. Ésta es la teoría de Richard Tolman de un
Universo oscilante. En los años 1960, Stephen Hawking y otros demostraron que
esta idea no era factible, y que la singularidad es un componente esencial de
la gravedad de Einstein. Esto llevó a la mayoría de los cosmólogos a aceptar la
teoría del Big Bang, según la cual el Universo que observamos se inició hace un
tiempo finito.
Prácticamente todos los trabajos teóricos actuales en cosmología
tratan de ampliar o concretar aspectos de la teoría del Big Bang. Gran parte
del trabajo actual en cosmología trata de entender cómo se formaron las
galaxias en el contexto del Big Bang, comprender lo que allí ocurrió y cotejar
nuevas observaciones con la teoría fundamental.
A finales de los años 1990 y principios del siglo XXI, se lograron grandes
avances en la cosmología del Big Bang como resultado de importantes adelantos
en telescopía, en combinación con grandes cantidades de datos satelitales de
COBE, el telescopio espacial Hubble y WMAP. Estos datos han permitido a los
cosmólogos calcular muchos de los parámetros del Big Bang hasta un nuevo nivel
de precisión, y han conducido al descubrimiento inesperado de que el Universo
está en aceleración
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