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Historias del Cosmos (II): La hipótesis del Big Bang

Por Sofía Cárdenas Cortés

 

En un lugar remoto tiene lugar una conversación normal sobre astronomía entre dos personas normales en un café un sábado por la mañana. Porque en ese lugar remoto, que por cierto no es el emplazamiento imaginario de un sketch de Monty Phyton, todo el mundo está interesado en los avances de la ciencia porque saben que puede cambiar sus vidas.

 

¿Cuál será el origen del Universo?

 

Bueno… La teoría en la que se apoya actualmente la comunidad científica es la Teoría del Big Bang.

 

Aunque en realidad ese no sería el origen del Universo sino el estado más antiguo del mismo que conocemos debido a nuestras nociones sobre el espacio y el tiempo. Por lo menos se puede decir que el Big Bang es un hecho.

 

Yo diría que es una teoría que toca la realidad de una forma muy amplia.

 

¿Qué quieres decir con eso?

 

Quiero decir que tiene muchas investigaciones científicas a su favor. Por ejemplo, las pruebas a favor de la expansión del Universo es una de ellas. Pero, por ejemplo, un Universo en expansión no necesita pasar por el estado que describe la Teoría del Big Bang. En 1948, Herman Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle, presentaron la idea del Universo Estacionario, que implica un universo uniforme en el espacio y en el tiempo. En él la disminución de la densidad que produce ese universo al expandirse se compensa con una creación continua de materia. Es una idea interesante porque en un universo infinito no se puede decir que el universo crezca en su expansión, sino que se mantiene.

 

Sin embargo para que esto fuera real debería cumplirse el principio filosófico conocido como Principio Cosmológico Perfecto. El Universo debe ser isotrópico y homogéneo en el espacio y el tiempo, es decir, que sin importar desde dónde se observe, se verán las mismas propiedades del Universo y cualquier punto del mismo tiene las mismas propiedades que cualquier otro punto.La masa y la radiación deberían estar distribuidas con la misma densidad promedia en todas las partes (homogéneo) y hacia todas las direcciones (isotrópico). Y dado el descubrimiento de Penzias y Wilson de la radiación cósmica de fondo y los resultados del proyecto COBE, parece no tener sentido. Al parecer esa radiación descubierta es un fósil del momento del universo en el que el proceso de formación de estructuras acababa de empezar, y tiene un espectro que descubre fluctuaciones en la densidad de la materia y de la luz.

 

¿Pero qué me dices del problema de la materia oscura? La etapa de rápido crecimiento que supone un Universo inflacionario (en contra del estacionario) en sus primeros momentos implica que el Universo tiene que tener mucha más materia que la que se conoce actualmente.

 

Que no la veamos no significa que no exista. Existen efectos gravitatorios sobre materia que no podemos observar todavía, pero los efectos están ahí.

 

Si pero aún así falta el 80% de materia por explicar para que funcione la teoría.

 

Es precioso que en el campo de la ciencia se aplique el concepto de oscuridad para la falta de conocimiento, muy metafísico, muy humano.

 

No hace falta decir que son dos cosas ligadas.

 

No, no hace falta

 

Así que el Big Bang…

 

Oye, hay que ser cabezota, después de todas las investigaciones que apoyan la teoría. Fíjate si no en la relatividad general de Einstein.

 

Pero Einstein apoyaba un universo estacionario.

 

Y para ello tuvo que encajar una constante cosmológica en las fórmulas que luego pudo ser eliminada. ¡Vamos! Ya sabes como va esto. Los científicos o profesores ya de cierta edad, pasivos ya en sus investigaciones, si se enfrentan a una idea que ellos no pueden comprender y desbarata sus conocimientos sobre el tema lo primero que hacen es atacar al que defiende esa teoría y tratar de desautorizarla. Afortunadamente algunos son pacientes, hacen como que se retraen y siguen a lo suyo, porque saben que es la verdad, hasta que el tiempo les da la razón.

 

Si, eso es el pan de cada día.

 

Además están las verificaciones del telescopio espacial de Hubble. Según la Teoría de la Relatividad General de Einstein la expansión indica el enfriamiento progresivo del Universo, y con el telescopio espacial de Hubble se ha confirmado la expansión hasta velocidades de decenas de miles de kilómetros por segundo. Y están los fósiles de átomos de helio. O la oscuridad del cielo nocturno. La cantidad de luz en un tiempo que fuera infinito sería una cantidad de luz infinita. Dado que el cielo es oscuro, las estrellas no han podido existir siempre.

 

Bueno, yo solo quería discutir un rato. Si ya sabes que me gusta acordarme del contenido de la Teoría del Big Bang, me gusta pensar en cómo evolucionó el Universo.

 

La crema primitiva de partículas elementales al comienzo.

 

40 microsegundos después la temperatura ya ha descendido a los 1012 grados. Surgen las propiedades emergentes que no poseen los elementos individuales. ¡Comienza la complejidad!

 

Los quarks se asocian en protones y neutrones. A temperaturas muy elevadas la agitación térmica disocia cualquier estructura que pueda formarse así que hasta que la temperatura desciende no comienza a existir la fuerza nuclear, es decir los tres quarks que hacen falta para los nucleones se comienzan a asociar.

 

Además lo hacen al azar y las parejas no estables se desintegran rápidamente solo resisten los tríos que formarán protones y neutrones.

 

Para un protón dos quarks de carga positiva y uno de carga negativa. Para un neutrón dos quarks de carga negativa y uno de carga positiva.

 

Cuando el universo tiene tan solo un minuto la fuerza nuclear lleva al primer núcleo atómico: Helio, formado por dos protones y dos neutrones. La temperatura entonces ha descendido a 1.000 millones de grados.

 

Las fuerzas electromagéticas comienzan a actuar a temperatura ya de 3.000 grados y sitúa en órbita a los electrones en torno a núcleos, formando los primeros átomos: Helio e hidrógeno. Y solo hasta que pasan centenares de miles de años no puede entrar en acción la fuerza de gravedad que hace que la materia hasta entonces homogénea ahora comience a formar grupos.

 

Sí porque el universo tuvo que quedarse primero sin electrones libres. Antes la concentración de materia era neutralizada por el juego de los fotones sobre los electrones. Como dice H. Reeves, la complejidad no avanza a ritmo regular.

 

Y ahora ya pueden formarse estructuras a gran escala. Luego, 100 millones de años después del Big Bang el universo se compone de un vasto espacio, poco denso, compuesto por islas galácticas. En su interior la materia se condensa por la fuerza de la gravedad y forma astros. Entonces aumenta la temperatura, los astros escapan al enfriamiento general que continúa en su entorno, se calientan, dejan escapar energía: brillan las estrellas.

 

Sí, comienzan a brillar las estrellas.

 

Y entonces puede formarse en la galaxia Via Láctea, que tiene un disco de 100.000 años luz de diámetro. Un pequeño grupo local compuesto por 20 galaxias inmerso en un cúmulo mayor, llamado el de la Virgen, con miles de galaxias que tiene en su centro una galaxia gigante que atrae a las demás.

 

La famosa galaxia caníbal.

 

Entonces, ¿ya estás convencido?

 

¿Cual será el futuro del Universo?

 

Eso depende de la atracción mutua entre galaxias. Lo más probable es que el universo se vaya alejando indefindidamente. Al menos se sabe que la expansión ha de durar por lo menos 4.000 millones de años más…

 

Entonces, ¿tenemos tiempo para otro café?

 

¡Claro!



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