La teoria del Big Bang y el origen del Universo

Transcripción

1 La teoria 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.

2 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 radioastrónomos 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 Friedmann. 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

3 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. Creacionismo Según la religión cristiana, el primer libro del Antiguo testamento de la biblia ( El Génesis, que significa "principio") nos cuenta el origen del universo y de todos los seres que en ella habitan. Cuenta que en un principio existía el caos ( similitud con la teoría griega) y en ella vagaba Dios. Éste creo el Mundo de la nada en 6 días. El primero separó la luz de las tinieblas y así creó el día y la noche en el mundo. El segundo día separó las aguas de la tierra y así creó los mares, los ríos y todas las aguas que la componen.en el tercer día creó lo que sería el suelo, la tierra seca dónde habitamos y les introdujo todo tipo de vegetación. El cuarto día creó los astros, el Sol, la Luna y las estrellas. El quinto día creó a los primeros seres vivos, las aves y los peces y animales acuáticos y el último día creó a todos los seres terrestres y al ser humano a su imagen y semejanza. Primero creó al hombre, Adán y al verlo solo creyó que necesitaba una compañera y de la costilla de Adán creó a la mujer, Eva. Como podemos ver, la creación del universo según el Cristianismo no se asemeja a los mitos griegos en el que en un principio existía un Caos y de él nació Gea, personaje femenino que designaría a la tierra, que engendraría de sus entrañas a los seres de la tierra. Teoría inflacionaria Esta teoría fue desarrollada a inicios de la década de 1980, por el científico estadounidense Alan Guth, con el objetivo de explicar los primeros momentos del Universo; tomando en cuenta que en la formulación de la Teoría de la Gran Explosión, quedaron varios problemas por resolver como los siguientes: El estado inicial de la materia, no permitía aplicar las leyes físicas normales El estado de uniformidad del Universo, era difícil de explicar, porque de acuerdo con la Teoría del BIg Bang, la expansión del universo se dió con demasiada rapidez como para desarrollar esta uniformidad.

4 Alan Guth basó la formulación de la teoría inflacionaria en el trabajo de Stephen Hawking, que había estudiado campos gravitatorios sumamente fuertes, como los que se encuentran cerca de un agujero negro o en el inicio del Universo, donde se expone que toda la materia del Universo pudo crearse por fluctuaciones cuánticas en un espacio vacío, bajo estas condiciones. Se suponía que nada existía antes de la existencia del universo como un punto con densidad infinita; en este punto estaba concentrada toda la materia, la energía, el espacio y el tiempo y según esta teoría lo que desencadenó la gran explosión, es una fuerza inflacionaria ejercida en una cantidad de tiempo inapreciable, que permitió que se formará una región observable del universo. La Teoría hace la diferencia entre un universo real y un universo observable, siendo el universo observable el habitado por el hombre, que es mucho más pequeño que el universo real. (Microsoft Encarta Teoría inflacionaria ). La teoría inflacionaria, implica un proceso denominado inflación, en el que hubo un período de expansión exponencial en el Universo, donde la distancia entre dos observadores fijos se incrementa exponencialmente, por la métrica de expansión del Universo. La tasa de expansión dada por la constante de Hubble, es casi constante, lo que lleva a niveles de simetría muy altos. La inflación también se conoce como un período de expansión acelerada, dado que la distancia entre dos observadores se incrementa a una tasa acelerante si se mueven alejándose. El proceso de inflación también toma en cuenta las ideas cosmológicas, con la teoría cuántica y la física de las partículas elementales. La inflación explica como una partícula extremadamente densa y caliente que contenía toda la masa y energía del Universo, siendo de menor tamaño que un protón, sale desprendida hacia el exterior en una expansión que continua en los millones de años transcurridos desde entonces. Se considera que este empuje inicial se originó, en procesos en los que una sola fuerza unificada de la naturaleza se dividió en las cuatro fuerzas fundamentales actuales: la gravitación, el electromagnetismo y las interacciones nucleares fuerte y débil.

5 Esta fuerza unificada que produce la inflación sólo actuó durante una pequeña fracción de segundo, duplicando en ese tiempo, el tamaño del Universo 100 veces o más, permitiendo que una bola de energía de unos veces más pequeña que un protón, se transformara en una zona de 10 cm de extensión tan sólo segundos. Este empuje hacia el exterior fue tan violento que, aunque la gravedad está frenando las galaxias desde entonces, la expansión del Universo continúa en la actualidad. El funcionamiento de la teoría inflacionaria sigue en discusión, los físicos cosmólogos han creído entender los sucesos desde que el Universo tenía una diezmilésima de segundo de antigüedad, cuando la temperatura era de un billón de grados y la densidad era en todas partes la que existe actualmente en el núcleo de un átomo. Donde las partículas materiales como electrones o protones eran intercambiables con energía en forma de fotones, los cuales perdían energía, o desaparecían por completo, y la energía perdida se transformaba en partículas. Caso contrario sucedía con las partículas, desaparecían y su energía reaparecía como fotones, según la ecuación E = mc 2. Estas condiciones descritas son extremas en comparación con la experiencia diaria, pero corresponden a energías y densidades estudiadas rutinariamente en los aceleradores de partículas: por eso los científicos están convencidos de entender lo que ocurría cuando todo el Universo se hallaba en ese estado. (

6 Pero toda la historia es mucho más complicada. El falso vacío es inestable, pero en la mayoría de versiones de la teoría de que se desintegra como una sustancia radiactiva. La decadencia es descrita por un medio de vida: la mitad de los falso vacío se quedan después de una vida media, una cuarta parte se quedan después de dos vidas medias, etc. Sin embargo, a diferencia de un material radiactivo, el falso vacío se expanden a medida que decae, y la expansión sería más rápida que la decadencia. Aunque sólo la mitad del falso vacío que quedan después de una vida media, que sería mayor que la región inicial. El falso vacío nunca desaparece, sino que seguirá aumentando su volumen de forma indefinida. Los pedazos de la región del falso vacío al azar decaería, produciendo nuevas "burbujas" de universos a un ritmo cada vez mayor. Nuestro universo sería sólo uno de los universos de este árbol infinito de burbujas. Los cosmólogos asumen generalmente que las leyes de la física son las mismas en todo este universo de múltiples burbujas. Nosotros realmente no tenemos ninguna manera de saberlo, pero nuestro objetivo es comprender las consecuencias de las leyes de la física como las conocemos, y no para especular ociosamente acerca de otros mundos míticos. Sin embargo, existe la posibilidad de que las burbujas de otros podría ser muy diferente de la nuestra. Pares de partícula-antipartícula están apareciendo y desapareciendo sin cesar, y el espacio mismo se cree que se dividan en un mal entendido "espuma cuántica" cuando magnificado lo suficiente como para que las distancias tan cortas como centímetros se hacen visibles. Debido a esta complejidad, los físicos no saben si un solo tipo de espacio vacío es estable, o si hay muchas clases. Otros tipos de espacio no puede ser tridimensionales, y que pueden alterar las masas de las partículas elementales, o de las fuerzas que rigen su comportamiento. Si hay muchos tipos de espacio, el árbol infinito de universos burbuja muestra todas las posibilidades,