El Origen del Universo

El Origen del Universo. La teoría más conocida sobre el origen del universo se centra en un cataclismo cósmico sin igual en la historia: el big bang. Esta teoría surgió de la observación del alejamiento a gran velocidad de otras galaxias respecto a la nuestra en todas direcciones, como si hubieran sido repelidas por una antigua fuerza explosiva.

Antes del big bang, según los científicos, la inmensidad del universo observable, incluida toda su materia y radiación, estaba comprimida en una masa densa y caliente a tan solo unos pocos milímetros de distancia. Este estado casi incomprensible se especula que existió tan sólo una fracción del primer segundo de tiempo.

Los defensores del big bang sugieren que hace unos 10.000 o 20.000 millones de años, una onda expansiva masiva permitió que toda la energía y materia conocidas del universo (incluso el espacio y el tiempo) surgieran a partir de algún tipo de energía desconocido.

La teoría mantiene que, en un instante (una trillonésima parte de un segundo) tras el big bang, el universo se expandió con una velocidad incomprensible desde su origen del tamaño de un guijarro a un alcance astronómico. La expansión aparentemente ha continuado, pero mucho más despacio, durante los siguientes miles de millones de años.

Los científicos no pueden saber con exactitud el modo en que el universo evolucionó tras el big bang. Muchos creen que, a medida que transcurría el tiempo y la materia se enfriaba, comenzaron a formarse tipos de átomos más diversos, y que estos finalmente se condensaron en las estrellas y galaxias de nuestro universo presente.

Orígenes de la teoría

Un sacerdote belga, de nombre George Lemaître, sugirió por primera vez la teoría del big bang en los años 20, cuando propuso que el universo comenzó a partir de un único átomo primigenio. Esta idea ganó empuje más tarde gracias a las observaciones de Edwin Hubble de las galaxias alejándose de nosotros a gran velocidad en todas direcciones, y a partir del descubrimiento de la radiación cósmica de microondas de Arno Penzias y Robert Wilson.

El brillo de la radiación de fondo de microondas cósmicas, que puede encontrarse en todo el universo, se piensa que es un remanente tangible de los restos de luz del big bang. La radiación es similar a la que se utiliza para transmitir señales de televisión mediante antenas. Pero se trata de la radiación más antigua conocida y puede guardar muchos secretos sobre los primeros momentos del universo.

La teoría del big bang deja muchas preguntas importantes sin respuesta. Una es la causa original del mismo big bang. Se han propuesto muchas respuestas para abordar esta pregunta fundamental, pero ninguna ha sido probada, es más, una prueba adecuada de ellas supondría un reto formidable.

En la cosmología moderna, el origen del Universo es el instante en que surgió toda la materia y la energía que existe actualmente en el Universo como consecuencia de una gran expansión. La postulación denominada teoría del big bang (gran explosión) es aceptada por la mayoría de los científicos, y postula que el Universo podría haberse originado hace unos 13 730±120 millones de años, en un instante definido. En la década de 1930, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble confirmó que el Universo se estaba expandiendo, fenómeno que el sacerdote y astrofísico George Lemaitre describió en su investigación sobre la expansión del Universo (big bang), basado en las ecuaciones de Albert Einstein, y con la teoría de la relatividad general. Sin embargo, el propio Einstein no creyó en sus resultados, pues le parecía absurdo que el Universo se encontrara en infinita expansión, por lo que agregó a sus ecuaciones la famosa «constante cosmológica» (dicha constante resolvía el problema de la expansión infinita), a la cual posteriormente denominaría él mismo como el mayor error de su vida. Por esto Hubble fue reconocido como el científico que descubrió la expansión del Universo.

El Origen del Universo, es uno de los temas más importantes de la Cosmología y continua siendo uno de los misterios más grandes de la Ciencia.

En la comunidad científica tiene una gran aceptación la teoría inflacionaria, propuesta por Alan Guth y Andrei Linde en los años ochenta, intentaron explicar los primeros instantes del universo. Se basa en estudios sobre campos gravitatorios demasiado fuertes, como los que hay cerca de un agujero negro. Supuestamente nada existía antes del instante en que nuestro universo era de la dimensión de un punto con densidad infinita, conocida como una singularidad espacio-temporal. En este punto se concentraba toda la materia, la energía, el espacio y el tiempo. Según esta teoría, lo que desencadenó el primer impulso del big bang es una «fuerza inflacionaria» ejercida en una cantidad de tiempo prácticamente inapreciable. Se supone que de esta fuerza inflacionaria se dividieron las actuales fuerzas fundamentales.

Este impulso, en un tiempo tan inimaginablemente pequeño, fue tan violento que el universo continúa expandiéndose en la actualidad. Hecho que fue corroborado por Edwin Hubble. Se estima que en solo 15 x 10^-33 segundos ese universo primigenio multiplicó sus medidas.

Formación de materia

La teoría del big bang consiste en que el universo que antes era una singularidad infinitamente densa, matemáticamente paradójica, con una temperatura muy elevada, en un momento dado comenzando a expandirse, una gran cantidad de energía y materia separando todo, hasta ahora.

El Universo, después del big bang, comenzó a enfriarse y, al expandirse, este enfriamiento produjo que tanta energía comenzara a estabilizarse. Los protones y los neutrones se «crearon» y se estabilizaron cuando el Universo tenía una temperatura de 100 000 millones de grados, aproximadamente una centésima de segundo después del inicio. Los electrones tenían una gran energía e interactuaban con los neutrones, que inicialmente tenían la misma proporción que los protones, pero debido a esos choques los neutrones se convirtieron más en protones que viceversa. La proporción continuó bajando mientras el Universo se seguía enfriando; así, cuando el universo tenía 30 000 millones de grados (una décima de segundo) había treinta y ocho neutrones por cada sesenta y dos protones, y veinticuatro por setenta y seis cuando tenía 10 000 millones de grados (un segundo).

Lo primero en aparecer fue el núcleo del deuterio, casi catorce segundos después, cuando la temperatura de 3000 millones de grados permitía a los neutrones y protones permanecer juntos. Para cuando estos núcleos podían ser estables, el Universo necesitó de algo más de tres minutos, cuando esa bola incandescente se había enfriado a unos 1000 millones de grados.

Materia oscura

Formalmente, para que todo lo expuesto aquí pueda ser válido, los científicos necesitan de una materia adicional a la conocida (o más propiamente vista) por el hombre. Varios cálculos han demostrado que toda la materia y la energía que conocemos es muy poca en relación a la que debería existir para que el big bang sea correcto; por lo que se postuló la existencia de una materia hipotética para llenar ese vacío, a la cual se la llamó materia oscura, ya que no interactúa con ninguna de las fuerzas nucleares (fuerza débil y fuerte) ni con el electromagnetismo, solo con la fuerza gravitacional. En el gráfico de la derecha se puede ver las proporciones calculadas.