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Dentro de las
teorías cosmológicas, la hipótesis del Big Bang (Gran Explosión) es la
que cuenta con mayor respaldo entre los científicos. Considera que el
Universo comenzó hace unos
13.700
millones de años
con una explosión colosal en la que se
crearon el espacio, el tiempo, la energía y la materia.
No obstante, la
gravedad puede ser lo suficientemente fuerte, dependiendo de la cantidad
de materia del Universo, como para desacelerar el
proceso expansivo. Momento a partir del cual se impondría una
contracción que llevaría al Universo a un colapso
gravitatorio o
Big
Crunch
(Gran Implosión),
desapareciendo en la
nada. A la que presumiblemente sucedería otra
fase expansiva, y así indefinidamente en una interminable serie de
oscilaciones.
Formación de
la Teoría del Big Bang
El
primero en señalar esta posibilidad, en 1922, fue el matemático ruso
Alexander Alexandrovich Friedmann. Cinco años más tarde, en 1927, el
astrónomo belga Georges Lemaître elaboró sin conocer los trabajos de
Friedmann un esquema similar del cosmos en expansión. Consideró que,
dado que el universo se estaba expansionando, debió existir un momento en el pasado
en que debió de ser muy pequeño y tan denso como
fuese posible, al que llamó Huevo Cósmico.
La
expansión habría tenido lugar además, dado su enorme densidad y
ateniéndonos a las ecuaciones de la relatividad, con una violencia
súperexplosiva. Los trabajos de Lemaître inicialmente pasaron
inadvertidos, siendo conocidos por la labor del astrónomo inglés Arthur
Stanley Eddington. Sin embargo, fue el físico
ruso-norteamericano George Gamow quien, en los años 1930 y 1940,
popularizó esta teoría a la que denominó Big Bang, para referirse
a una gran explosión inicial con
la que debió haberse creado el Universo.
Pero no
completamente satisfechos, en 1948, dos astrónomos de origen austriaco,
Hermann Bond y Thomas Gold, lanzaron una teoría alternativa, más tarde
popularizada por el británico Fred Hoyle que, si bien aceptaba
la idea de un Universo en
expansión, negaba que hubiese tenido lugar en una primera y gran
explosión. Consideraban que a medida que las galaxias se separaban,
nuevas galaxias se formaban entre ellas, con una materia que se creaba
de la nada en una proporción demasiado lenta como para ser detectada
por la tecnología del momento. El resultado es que el Universo seguía siendo el
mismo esencialmente a través de toda la eternidad, sin principio ni fin.
Esta teoría hacía mención a una creación continuada y a la idea de un
Universo en Estado Estacionario,
como se vino a denominar.
Durante
la década siguiente las dos teorías,
tanto la del Big Bang y como
la hipótesis del Universo Estacionario, se
debatían sin ninguna prueba satisfactoria que se inclinase
en favor de una u
otra. No obstante, 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 al forma de
una emisión de radioondas procedente de todas las partes
del firmamento. Es decir, como una radiación de fondo
homogénea
e independientemente de la orientación que tomase el receptor de señal
que se emplease.
Además la
radiación, como por otra parte
desarrolló el físico norteamericano Robert Henry
Dicke,
debería presentar las características de los objetos a una temperatura
de 5º K por encima del cero absoluto,
unos - 268 º C.
Sería en mayo
de 1964, cuando el físico germano-norteamericano Arno Allan Penzias y el
radioastrónomo norteamericano Robert Woodrow Wilson, siguiendo
las indicaciones de Dicke, detectaron una radiación de fondo con las
características de las predichas por Gamow, indicando una temperatura
media para el Universo de unos 3 º K. El descubrimiento de este fondo de ondas de
radio es considerado hoy en día como la prueba concluyente
en favor de la teoría del Big Bang, por lo que la
hipótesis de la Creación Continua -o
del
Universo Estacionario- ha sido prácticamente abandonada.
La Teoría del Big
Bang
Atendiendo al medible corrimiento hacia el rojo
(o también efecto Doppler) que muestran las
estrellas y galaxias más lejanas de nuestro sistema en
su espectro de luz, la antigüedad del Universo está cifrada en
unos 13,7 mil millones de años,
según las estimaciones más recientes.
Se
considera igualmente que el Universo comenzó como un gas muy tenue que
se contrajo súbitamente tras un colapso gravitatorio en un Huevo
Cósmico, siendo instantáneamente seguido de la explosión que entendemos
como Big Bang.
Partiendo
de esta consideración expansiva del Universo, caben dos posibilidades:
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Universo Abierto: según la cual el Universo
continuará expandiéndose para siempre, haciéndose cada vez más y más
tenue, con una densidad conjunta cada vez más y más pequeña, hasta
acercarse a un vacío absoluto. |
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Universo Cerrado: en virtud de la cual la gravedad puede ser
lo suficientemente fuerte, dependiendo de la cantidad de materia del
Universo, como para desacelerar el proceso
expansivo, llevando el índice de recesión de las galaxias hasta
cero. Momento a partir del cual se impondría una contracción que
llevaría al Universo a un implosivo, colapso en un
Big Crunch
y
desapareciendo en la
nada. Sucediéndose de otra fase expansiva, y así indefinidamente en
una interminable serie de oscilaciones. |
Siguiendo
con la teoría del Big Bang, en el nacimiento del espacio, el tiempo, la
energía y la materia, podemos distinguir las siguientes fases:
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- Intervalo
de 10
-43
segundos o Tiempo de Planck: toda la masa y energía del
Universo se hallaba comprimida en una masa ardiente de densidad
inimaginable. |
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- Ocupaba un espacio 10 -20
veces menor que un núcleo atómico. |
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- Las cuatro fuerzas básicas
(gravitación, electromagnetismo y fuerzas nucleares fuerte y débil)
se hallaban unificadas. |
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- A
los 10 -35
segundos comenzó la Era de la Inflación: un período
caracterizado por un fantástico aumento de tamaño y por una caída
drástica de la temperatura. |
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El Universo se hinchó hasta alcanzar al menos 10
50
veces sus dimensiones originales. |
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La temperatura cayó a 10
28
º K |
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Comienza la separación de la fuerza nuclear fuerte y
la electro-débil (formada por la fuerza electromagnética y la
nuclear débil). |
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En
la primera millonésima de segundo surge la Era Leptónica:
con la que se crean las primeras partículas constitutivas de la
materia. |
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El universo emergió de un Estallido a la temperatura
de10
27
º K, para descender a los 10
14
º K |
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Aparecen las partículas elementales:
los quarks, leptones (electrones, neutrinos...), mesones
(constituidos por pares de quarks) y los hadrones (protones y
neutrones, constituidos por tríos de quarks). |
A ellas
le suceden la Era de al Radiación (10.000 años), caracterizada
por la emisión de rayos gamma producidos durante la descomposición del
Deuterio o Hidrógeno pesado (además del protón del hidrógeno, contenía
un neutrón) hasta la Era del Desacoplamiento, después de 300.000
años, entre la materia y la radiación. |
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Los
fotones de la radiación que se movían con facilidad entre la sopa de
protones y electrones que permanecían separados, no se diseminaban
ahora con tanta facilidad cuando empezaron a
crearse los átomos eléctricamente neutros. La
materia y la radiación se vieron por ello
desacopladas. El cielo brillaba reluciendo al rojo vivo de 3000 º K. El
hidrógeno formaba las tres cuartas partes de la masa del universo,
mientras que el resto era en su gran mayoría helio. Comenzaba entonces
la formación de las galaxias.
Evidencias
Experimentales del Big Bang
Cada año
que pasa, encontramos más evidencias experimentales de que el big bang
ocurrió hace aproximadamente unos catorce mil
millones de años. Exponemos
a continuación,
para finalizar, algunos de estos resultados.
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El
hecho de que las estrellas se estén alejando de nosotros a
velocidades fantásticas ha sido verificado repetidamente: |
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Mediante la distorsión del espectro de la luz
estelar, lo que hemos denominado efecto Doppler y que, en
este caso, se caracteriza por el corrimiento hacia el rojo del
espectro de luz. Es decir, la luz de una estrella que se aleja está
desplazada hacia longitudes de onda más largas -hacia el extremo
rojo del espectro- de la misma forma que el pitido de un tren en
movimiento suena más agudo de lo normal cuando se acerca y más grave
cuando se aleja). |
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Además según la Ley de Hubble, quien
afirmaba en 1929 que
cuanto más lejana está la estrella o galaxia, más rápidamente se
aleja de nosotros. Queda corroborado, por tanto, en la medida que no
vemos ningún desplazamiento hacia el azul de las galaxias distantes,
lo que significaría un universo en contracción. |
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La distribución de
los elementos químicos en nuestra galaxia están en
correspondencia con la predicción de los elementos pesados en
el Big Bang y en las estrellas. Según la teoría, los núcleos
elementales de hidrógeno se fusionarían para dar lugar a un nuevo
elemento, el helio. Los resultados observados ratifican los cálculos
de la predicción: la proporción entre el helio y el hidrógeno en el
universo está entre el 25 % del primero y el 75 % de hidrógeno.
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Los objetos más antiguos del universo tienen una edad
que ronda entre los 10.000 y los 15.000 millones de años, por lo que
ninguno por el momento rebasa la estimación dada para el Big Bang.
Puesto que los materiales radiactivos se desintegran, vía
interacciones débiles, a un ritmo exactamente conocido, es posible
decir la edad de un objeto calculando la abundancia relativa de
ciertos materiales radiactivos. |
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Así mediante el Carbono-14, que se desintegra cada
5.730 años, es posible determinar la edad de los objetos
arqueológicos. Mediante el Uranio-238, con una vida media de 4.000
millones de años, nos permite datar las rocas lunares traídas, por
ejemplo, por la misión Apolo. |
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Las rocas y meteoritos más viejos encontrados en la
Tierra datan de entre 4.000 y 5.000 millones de años, que es la edad
aproximada de nuestro sistema solar. Igualmente por la masa de
ciertas estrellas cuya evolución es conocida, podemos demostrar que
las estrellas más viejas de nuestra galaxia se remontan alrededor de
10.000 millones de años. |
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Pero quizás el más importante de todos fue el eco
cósmico del Big Bang reverberando en el Universo. Como vimos,
fueron Arno Penzias y Robert Wilson quienes consiguieron detectar la
radiación de fondo de microondas que impregna todo el
universo conocido. |
El resultado fue extraordinariamente ajustado en
1992 con los resultados aportados por el satélite COBE (Cosmic
Background Explorer), lanzado a finales de 1989, precisamente con
el objeto de analizar los detalles de
la radiación de fondo postulada por George Gamow.
Nuevamente, en febrero de 2003, los datos obtenidos por el satélite de
la NASA WMAP, relativos al fondo cósmico de microondas y ajustando igualmente
la constante de Hubble -que relaciona las velocidades de expansión con las
distancias de la galaxias- nos dan una antigüedad para el Universo de 13.700 millones de años luz. |
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