ORIGEN DE NUESTRO UNIVERSO Y PLANETA

El universo físico 

Origen de nuestro Universo y Planetas. La consideración rigurosamente científica del origen del universo es un problema relativamente nuevo. Sin embargo, su incorporación al pensamiento humano puede considerarse como muy antigua. Aunque nuestros conocimientos sobre la historia humana oral y escrita tienen menos de 5.000 años, se desprende de distintos datos arqueológicos que el hombre tiene preocupación por el mundo en el que vive y se forma ideas sobre el universo como un todo, desde mucho antes. Podemos afirmar que los rastros se pierden en el tiempo.

Cuando el hombre se hizo agricultor, necesitó escrutar los cielos para regular mejor los períodos de siembra y cosecha y así conseguir mayor eficiencia en su nuevo modo de supervivencia. Entonces la observación de la naturaleza, y fundamentalmente del comportamiento cíclico en los movimientos de los cielos, se convirtió en una tarea importante. Esa ocupación le permitió coleccionar durante un par de milenios un conjunto de observaciones, que se acumularon paralelamente a las diferentes teorías que desarrolló para explicarlos.

Estas descripciones teóricas en ningún caso pueden ser consideradas como científicas, ni siquiera aquellas que contienen aciertos descriptivos. No son científicas porque faltan varios de los elementos que hoy consideramos básicos para formar ese discurso. De cualquier manera, le proporcionaron al hombre una visión de conjunto sobre lo que observaba y en algunos fenómenos claramente recurrentes, le permitieron incluso predecir futuras consecuencias, un objetivo básico de la ciencia actual. No es el caso desarrollar aquí una historia detallada de esos pasos iniciales. Las primeras interpretaciones que analizaban las regularidades observadas considerando las «esferas celestes» (homocéntricas) pensadas para ubicar las estrellas «fijas», y la inclusión de los epiciclos y deferentes para explicar los movimientos planetarios, fueron un avance importante en la construcción de una primitiva «ciencia de la totalidad» o «cosmología». Estas cosmologías primitivas se desarrollaron y progresaron en verdaderas escuelas de pensamiento que hoy se recuerdan junto a los nombres de Hiparco, Apolonio, Aristóteles o Claudio Ptolomeo.

El Universo estático 

El primer modelo relativamente completo utilizado para predecir los movimientos celestes es el modelo geocéntrico que se recuerda asociado al nombre de Claudio Ptolomeo I, quien recopiló muchos datos de siglos anteriores. Este modelo presenta la antigua concepción de un universo con la Tierra en su centro y los planetas describiendo complicadas órbitas sobre un fondo de estrellas supuestamente fijas. El problema más importante que resolvió, fue la descripción del movimiento planetario, incluida la Luna. La palabra Planeta, que significa «errabundo», nos permite dar una idea del grado de abstracción necesario y la dificultad del problema cuando es observado desde la Tierra.

Pese a esa dificultad, el problema fue resuelto y con esas teorías ya era posible comprender y predecir algunos fenómenos como los eclipses, hasta entonces considerados como acontecimientos misteriosos por los no iniciados. Reducido su alcance a los planetas entonces conocidos, las teorías explicaron o al menos describieron de manera bastante correcta los movimientos de los astros. El del movimiento es el primer problema que se debe resolver, y puede considerarse como el fundamento para conseguir una descripción física del universo. Durante casi dos milenios, la humanidad mantuvo la idea de independencia de causas para movimiento de los astros y el movimiento aquí, en la Tierra, una idea que, por ejemplo, puede encontrarse en Aristóteles y en otros pensadores de la Grecia Antigua.

Con esta idea de fondo, todas las teorías sobre el movimiento celeste invariablemente respaldaron la concepción de un universo globalmente estático, estable y por lo tanto inmutable y eterno.

La razón teórica que impone ubicar en el centro de la Tierra el sistema de referencia «absoluto» para estudiar los movimientos, es la existencia de la fuerza de «gravedad». La falta de explicación para el origen de esta fuerza utilizando sólo el «sentido común», mantendrá durante 18 siglos el modelo geocéntrico como la solución más lógica. El modelo heliocéntrico, que también había sido propuesto en épocas antiguas, carecía de una base de datos experimentales que motivaran su utilización de forma preferente y en este sistema, se debe considerar a la Tierra en movimiento. Esta ubicación preferente para el «centro del universo», debió esperar para su respaldo general a la aparición del libro de Nicolás Copérnico en 1543, a las extraordinarias observaciones astronómicas de Tycho Brahe (1546-1601) y a su utilización por Johannes Kepler. Hasta entonces, el modelo heliocéntrico no presentaba ventajas evidentes y en cambio presentaba serias desventajas.

A pesar del avance que significó en el cálculo de las órbitas y fundamentalmente en la comprensión global del movimiento planetario, el modelo heliocéntrico tardó muchos años en ser aceptado (probablemente, por los problemas asociados a la explicación de la existencia de la fuerza de gravedad). Pero pocos años después, con los primeros pasos de la nueva ciencia experimental, el modelo heliocéntrico se fue imponiendo por su propia coherencia entre los científicos. Como se sabe, este modelo tuvo en Galileo Galilei a uno de sus más activos defensores. Es famosa la frase de su retractación: «E pur si muove…». Es decir: …sin embargo se mueve… (La Tierra).

El modelo heliocéntrico tenía soporte racional y observaciones experimentales adecuadas, pero hasta los trabajos de Isaac Newton (1642-1727) estos modelos no pueden considerarse dentro de lo que actualmente se denomina una «teoría científica». Es Isaac Newton quien unifica la mecánica celeste y la mecánica sobre la Tierra mediante una explicación común. Es decir, algo que ya es una teoría física. En su trabajo, por primera vez se abandona la antigua idea de la dualidad de causas y se relacionan las observaciones astronómicas con las del movimiento terrestre.

Newton en primer lugar, justifica por qué cerca de superficie de la Tierra, todos los cuerpos caen con la misma aceleración; conocimiento que marca un hito fundamental en el nacimiento de la ciencia moderna. Esa conclusión, derivada de su audacia en postular la igualdad entre masa inercial y masa gravitatoria, le permiten adelantarse con un pronóstico que comprobará H. Cavendish en 1798, casi 100 años después, cuando mide la constante de gravitación universal.

Estos conocimientos ahora sistematizados significan un salto científico, que considerado cualitativamente, es el cambio más importante en el pensamiento teórico en más de 20 siglos. Y como suele ocurrir con estos cambios, esas ideas son seminales y darán lugar inmediatamente a reflexiones mucho más profundas sobre los conceptos de espacio y tiempo que las realizadas hasta entonces. A partir de esa declaración de principios que son las leyes de Newton del movimiento y de una explicación racional para la fuerza de gravedad, se cimentarán las bases de la ciencia moderna. Junto a Galileo, Newton mostrará un nuevo método para la reflexión científica que se impondrá en el futuro: en primer lugar, la expresión de toda teoría física o conocimiento aislado se hará en lenguaje matemático, un lenguaje que él mismo ayudó a crear. Y luego, esa teoría tendrá en el experimento o en la observación cuantitativa el criterio para verificar su validez. A su vez, cada nuevo experimento, para dar frutos, deberá insertarse en el marco general de la teoría y encontrar allí su justificación.

Para presentar su nueva dinámica, Newton ha introducido la antigua idea de espacio concebida por Euclides: un lugar vacío, isótropo y homogéneo, en el cual reside (o se agrega) la materia. Esta idea reemplaza la de un espacio con un lugar privilegiado para situar un sistema de referencia, sea éste el centro de la Tierra, el Sol o cualquier otro punto del universo. Para Newton, el espacio y el tiempo continúan desacoplados y el universo permanece infinito e inmutable, es decir, eterno. Este universo no tiene necesidad de un origen en el espacio o en el tiempo, aunque podría tenerlo. Un hipotético viajero que lo recorriera una dirección determinada, encontraría permanentemente nuevas regiones con nuevas estrellas y galaxias. Esta idea, aunque encierra alguna paradoja (p. ej. la «paradoja de Olbers»), parece muy adecuada como para unificar las teorías científicas en pocos axiomas.

Pero esta concepción del espacio no duraría tanto tiempo como la utilizada en la etapa anterior. Nuevos elementos de juicio modificarían esas ideas.

En 1905, Albert Einstein (1879-1955) presentó su teoría de la Relatividad Especial (o restringida), cuya simiente ya venía madurando dentro de la física, fundamentalmente con los trabajos de Georges FitzGerald (1851-1901) y Heindrik Lorentz (1853-1928) y los análisis sobre el resultado negativo del experimento de Michelson-Morley. Estos dos científicos llegaron independientemente y en el orden citado, a las conclusiones sobre la contracción del espacio, la constancia de la velocidad de luz en el vacío y la dilatación del tiempo. Lorentz, además, obtiene una ley sobre el aumento de la masa con la velocidad. Efectos que son muy notorios a velocidades cercanas a la de la luz, y que recibirán posteriormente su explicación integrados en el marco de la teoría de la relatividad especial. Sin embargo, ambos se quedaron ante las puertas de la teoría de la relatividad.

Es Albert Einstein quien introduce en esa teoría las ideas sumamente novedosas sobre el espacio y el tiempo: un espacio que se contrae y un tiempo que se dilata cuando la velocidad aumenta. En esencia la teoría se refiere a la comparación entre las medidas realizadas en diferentes sistemas llamados inerciales, que se mueven con movimiento rectilíneo uniforme unos respecto de otros. Hasta entonces se consideraban válidas las conclusiones que se derivan de la relatividad de Galileo y de Newton. En ellas no se distingue entre un sistema en reposo y otro que se mueve con velocidad uniforme. Si no existe una fuerza externa, el sistema en ambos casos permanecerá indefinidamente en el estado en que se encuentra.

Einstein muestra, sin embargo, que observar desde un sistema de referencia en movimiento produce efectos novedosos. En particular, cuando se considera la propagación de ondas electromagnéticas como la luz, las ondas de radio o los rayos X en contra de la intuición, distintos observadores medirán la misma velocidad de propagación, aunque estén en movimiento.

Como ya se anticipó, fue la gran síntesis del electromagnetismo desarrollada por J. C. Maxwell (1831-1877) llevada de la mano de FitzGerald y Lorentz la teoría que introdujo las nuevas cuestiones relativas al espacio y al tiempo. Esa teoría había unificado la electricidad, el magnetismo y la óptica, creando el concepto de ondas electromagnéticas: campos electromagnéticos viajeros. Con todas las conclusiones anteriores, Einstein postuló que la constancia de la velocidad de luz se mantiene aún para emisores y observadores en movimiento relativo uniforme. Trabajando con esta hipótesis, Einstein comienza los estudios que lo llevan a plantear una transformación completa en la concepción del espacio y del tiempo. A bajas velocidades estos efectos no son importantes y se mantienen válidas las leyes de la física clásica, que ha quedado absorbida como un caso particular dentro de una teoría más general.

Einstein en su teoría plantea también la equivalencia entre masa y energía. En su ecuación más famosa: E = mc2, la masa m y la energía E, son dos caras de una misma realidad y se puede pasar de una forma a la otra simplemente multiplicando por una constante, la velocidad de la luz en el vacío c elevada al cuadrado.

Pocos años después, en 1916, el mismo Einstein completa su descripción incluyendo los sistemas de referencia acelerados, o sistemas «no inerciales». Este nuevo avance teórico se conoce como «Teoría de la Relatividad General» y de hecho, es una teoría sobre la gravitación. Una teoría mucho más compleja y que a diferencia de la anterior, más limitada, tiene pocas situaciones en las que puede ser comprobada.

Basándonos en ella, ya no es posible concebir un universo como el de Newton, situado en un espacio infinito. La aceleración de la gravedad es una aceleración más y los problemas que produce su consideración en un espacio Euclídeo, isótropo y homogéneo, son transferidos ahora a las propiedades del espacio. La presencia de materia, cuya propiedad llamada masa es la causa de la atracción gravitatoria, en esta nueva concepción tiene un nuevo papel: «curva el espacio». Es un espacio curvado quien causa la atracción de otras masas cercanas y lejanas (esta curvatura se puede imaginar como la que produciría una persona de gran peso parada sobre un colchón elástico que se deforma por esa presencia y atrae hacia sí a otras personas o cuerpos cercanos).

Casi 2000 años tardó la humanidad hasta que Newton, para describir el movimiento, pudo incorporar la idea de Euclides de un espacio isótropo y homogéneo. En menos de doscientos años, esa idea quedó reducida a un caso límite de un espacio más general (geometrías de Riemann y Lobachevsky). Nuevamente, la teoría anterior queda absorbida como caso límite. Por ejemplo, la suma de los ángulos interiores de un triángulo en la geometría de Euclides vale siempre 180º. En un espacio curvo ya no es así. Esa suma será mayor, pero siempre, cuando la curvatura es muy pequeña, el espacio podrá considerarse plano y recuperar su validez la geometría clásica. Esta absorción de las teorías precedentes en la nueva, es una constante dentro de la ciencia moderna. Las teorías anteriores son consideradas como lecturas válidas del mundo real, a su vez, las nuevas podrían ser absorbidas en el futuro, dentro de otra teoría más general. Pero en todos los casos, las precedentes conservan su validez dentro de su aproximación.

Nos da trabajo imaginar un espacio curvo. Aunque estamos dentro de él y contribuimos a su curvatura, a nuestra escala no nos resulta evidente y por ello, escapa a nuestro «sentido común». Considerando el espacio como lo hace esta teoría, no es posible distinguir mediante un experimento una aceleración, de la curvatura del espacio o «gravedad». Un campo gravitatorio homogéneo es completamente equivalente a un sistema de referencia acelerado. Esta es el llamado «Principio de Equivalencia» y en este espacio, las leyes de la física son las mismas bajo atracción gravitatoria que bajo aceleración.

Esta idea siempre le resultó difícil de comprender a los filósofos y más aún al común de las gentes. Por ello, la teoría de la relatividad es tan nombrada y comentada como escasamente comprendida. Pero con ella, Einstein explica en primer lugar un fenómeno de muy pequeña amplitud y conocido desde tiempos antiguos: el exceso respecto de la teoría clásica en el movimiento de precesión del perihelio de Mercurio, el planeta más cercano al sol. El tema suena extraño, pero los astrónomos conocían su valor perfectamente (Leverrier en 1840 lo explicaba imaginando la existencia de un planeta más cercano al sol, que por supuesto, jamás fue observado). El valor de este efecto es aproximadamente de un grado cada 10.000 años, es decir 0,01º cada siglo. Un gran acierto para una teoría nueva, que debe remontar el enorme prestigio de Newton.

La teoría predecía otros fenómenos que no tardaron en ser comprobados. Por ejemplo, el valor de la desviación que se produce en un haz de luz al pasar cerca de una estrella de gran masa, una medición que realizó W. S. Adams por sugerencia de Arthur Eddington en 1919. Esta verificación tuvo una gran difusión y significó para Einstein una enorme fama y un éxito resonante. Otra predicción de la teoría es la dependencia de la frecuencia de los movimientos periódicos de un reloj atómico con la gravedad. En la actualidad, todos los sistemas GPS son corregidos por este efecto.

Luego de comprobadas estas predicciones, la confianza sobre la exactitud de la teoría general de la relatividad era tan grande, que obligaba a incluirla en cualquier modelo cosmológico, ya que la gravitación es una componente esencial. El mismo Einstein, en 1916, planteó un modelo de universo en el cual incluía una distribución de masa isótropa y homogénea (considerada a gran escala), hipótesis que denominó «Principio Cosmológico».

Al plantear su modelo, como la atracción gravitatoria tiene siempre el mismo signo (atractivo), Einstein se da cuenta que en algún momento se producirá el colapso del universo por causa de la gravedad. Ese efecto debía ser balanceado de alguna manera en las ecuaciones para evitarlo. Como los grandes científicos hasta ese momento, Einstein creía en la existencia de un universo estacionario y para lograrlo incluye en sus ecuaciones un término adecuado para que produjera el efecto contrario, es decir, un término repulsivo. Denominó a ese término «constante cosmológica» y ajustó su valor exactamente para obtener un universo estable. Cuando luego de algunos años se comprobó astronómicamente la expansión del universo, el propio Einstein consideró que introducir la constante cosmológica había sido «el mayor error de su vida». Pero como se verá más adelante, en la actualidad ya no se considera un error.

Con la relatividad general quedaron firmemente sentadas las bases sobre las cuales deberían construirse los nuevos modelos cosmológicos. Einstein, como todos los grandes científicos anteriores, continuó creyendo en un universo estático e inmutable.

La relatividad general y los universos dinámicos

Pronto comenzaron a aparecer modelos dinámicos del universo, fundamentalmente por parte de matemáticos. Willem de Sitter, que aparentemente fue el primero en interesarse seriamente en la teoría de la relatividad y le dio gran difusión en Inglaterra, no estaba de acuerdo con la concepción de Einstein del universo. Para Einstein, el universo es estático y en la nueva geometría introducida, su curvatura debería ser constante. De Sitter en 1917 plantea por primera vez, que la curvatura debe crecer, aunque cada vez menos, y que por lo tanto, el universo debería expandirse como lo hace una pompa de jabón. Al menos en la teoría, parece ser ésta la primera sugerencia sobre un universo dinámico y en expansión.

Siempre dentro del plano teórico, en 1922 y 1924, Alexander Friedmann publicaba dos artículos considerando soluciones dinámicas a las ecuaciones de Einstein. En efecto, si se abandona la hipótesis de un universo estático, el problema cosmológico relativista conduce a infinitas soluciones en las cuales el espacio varía en función del tiempo. Por lo tanto, surgen muchas posibilidades para considerar un universo en evolución y la literatura científica se enriqueció notablemente con estas consideraciones.

Descrito con trazos muy gruesos y según estas ecuaciones, el universo puede tomar una entre tres alternativas posibles: un universo cerrado, un universo abierto o un universo «plano». Un universo cerrado tendrá un radio de curvatura que se comportará de forma oscilatoria con sucesivas expansiones y contracciones en el espacio. La expansión del universo progresa hasta un punto en el cual la gravedad comienza a imponerse y causará su retracción, o bien crecerá hasta alcanzar una dimensión constante, como en el caso previsto por Einstein. Si el universo es abierto, estará en expansión permanente, expansión que además, puede ser acelerada o no.

En los tres casos teóricos citados, cabe señalar una singularidad en el origen del tiempo. Considerando el flujo del tiempo hacia atrás, el universo actualmente en expansión, debió partir de una altísima densidad de masa y energía concentrada en un solo punto. Con esta idea, por primera vez, la ciencia comienza a considerar con su método el problema de la existencia de un «origen» para el universo; un problema que ya tenía una larga tradición en el pensamiento teológico y filosófico. Es de notar también, que ese origen coincide con el del tiempo y del espacio, que dejan de ser separables.

En las primeras dos décadas del siglo XX la calidad de los datos astronómicos aumentó notablemente gracias a la mejora en el diseño y construcción de los telescopios. Durante la década de 1920 a 1930 se realizaron importantes observaciones. Los telescopios, en particular el de Monte Wilson, permitían resolver las imágenes provenientes de las nebulosas más lejanas y analizar el desplazamiento al rojo de la radiación luminosa que llegaba desde ellas. Estos resultados fueron claves y contribuirían luego de manera muy importante a la consolidación de la teoría. En primer lugar porque se mejoró el cálculo de las distancias a las nebulosas lejanas: por primera vez se las situó correctamente, mucho más allá de la Vía Láctea. En consecuencia, el universo conocido aumentó sorprendentemente de tamaño y todas las teorías debían corregir ese dato.

Las primeras observaciones sobre el movimiento hacia el rojo de la luz proveniente de las nebulosas más lejanas se deben a Vesto Slipher y las realizó entre 1920 y 1930, pero no fue el único. En 1923, Edwin Hubble concluye que esas nebulosas lejanas en espiral, que por entonces se observaban en el límite de resolución, son en realidad conjuntos de estrellas, es decir, galaxias como nuestra Vía Láctea. Un hecho que clarificó enormemente el panorama de evidencias experimentales astronómicas.

El mismo Hubble mediante observaciones obtenidas con el telescopio de Monte Wilson en 1929, calculará mediante el efecto Doppler, la velocidad de alejamiento mutuo entre las Galaxias y comprobará que ese desplazamiento es proporcional a la distancia. Esto se conoció como «la fuga de las Galaxias». Al obtener esta ley, en particular al observar los astros más distantes, Hubble obtiene nada menos que la velocidad a la que se expande el universo. Pero hasta ese momento, no se conocía ninguna interpretación teórica sobre este fenómeno. Esa velocidad parecía crecer con la distancia.

Prosiguiendo con el desarrollo histórico de las ideas científicas, debemos remarcar que los datos astronómicos de la «fuga de las galaxias», fueron rápidamente considerados como uno de los apoyos más evidentes a la teoría de la expansión del universo. El científico y sacerdote belga George Lemaître llevó las cosas más allá y anticipó que si el universo actual se está expandiendo, retrocediendo en el tiempo, como quien vuelve una película hacia atrás, el universo debió haber comenzado en un punto singular donde se concentraba toda la materia y la energía. Lo denominó: el «Átomo primitivo» y supuso un origen común para el tiempo y además para el espacio.

Bajo el punto de vista de la ciencia, considerar un origen simultáneo para el tiempo y el espacio significa considerar un tiempo cero a partir del cual el espacio nace, se va expandiendo y el universo aumenta de tamaño a medida que transcurre el tiempo. Según los distintos modelos, cuando se consideran los detalles, esa expansión tendrá distintos efectos y duraciones. Pero por encima de todos ellos, el dato concreto de la expansión ya se considera una evidencia experimental, que se puede determinar a partir del desplazamiento hacia el rojo de la radiación luminosa proveniente de espacio. En particular, de la radiación que proviene de los lugares más remotos donde ese efecto es mayor.

¿Pero en qué consiste ese desplazamiento?… Estudiando la luz blanca emitida aquí, en la Tierra, o la proveniente de estrellas muy lejanas, sabemos ya desde de Newton que está compuesta por diferentes colores, lo que en conjunto llamamos «espectro luminoso». Si hacemos incidir un haz de luz blanca sobre un elemento que la dispersa, como pueden ser un prisma o una rejilla de difracción, observamos que la luz blanca se descompone en sus colores fundamentales (los colores del arco iris).

También sabemos científicamente desde Maxwell, que la luz es una onda electromagnética y que el ojo humano es nuestro detector. En la teoría de las ondas electromagnéticas, a cada color le corresponde una frecuencia y de todas las frecuencias que permanentemente cruzan el espacio, el ojo detecta sólo una pequeña región. Una propiedad de todas las ondas electromagnéticas que viajan en el vacío, es que el producto de su frecuencia por su longitud de onda es una constante. Esa constante es la velocidad de propagación de esas ondas de la luz (aproximadamente: 300.000 km/s). Conocida la frecuencia es inmediato calcular la longitud de onda (o viceversa), y mediante experimentos de óptica, es relativamente sencillo determinar la longitud de onda.

Cuando la fuente de luz está en movimiento, ocurre un desplazamiento de la frecuencia recibida que depende de la velocidad de la fuente y se conoce como «efecto Doppler». Un efecto que se comprende más fácilmente con el sonido. Es de experiencia común que una fuente de sonido acercándose parece aumentar la frecuencia mientras que alejándose se escucha un desplazamiento hacia frecuencias más bajas. Este desplazamiento hacia frecuencias más bajas, en óptica se conoce como: «desplazamiento (o corrimiento) hacia el rojo». Un acercamiento produciría el efecto contrario, es decir, un desplazamiento hacia las frecuencias más altas que son las de color azul-violeta del espectro.

Volviendo a la historia de las ideas, como ya se dijo, fue George Lemaître, el primero en relacionar el desplazamiento de las galaxias con las soluciones a las ecuaciones de Einstein en el caso dinámico. Y lo hizo antes de la publicación de los resultados de Hubble. Notable matemático, tras realizar estudios de posgrado en Inglaterra y Estados Unidos, regresó a Bélgica y fue designado profesor de la Universidad de Lovaina en 1927. Descubrió después de Alexander Friedman y de manera independiente de éste, que las ecuaciones de la relatividad general admiten esas soluciones cosmológicas dinámicas. Como su condición de cosmólogo teórico estaba acompañada por un fuerte interés en los resultados de las observaciones astronómicas, tomó en cuenta los datos de las observaciones norteamericanas sobre la velocidad de desplazamiento de las galaxias, les asignó un significado físico en su teoría, las consideró como un indicio evidente de la expansión del universo y anticipó teóricamente la Ley de Hubble.

Cuando formuló la atrevida hipótesis evolutiva del «átomo primitivo» introdujo dentro de la ciencia la idea más importante que tenemos hoy sobre la evolución del universo. Según esta teoría, el universo debió comenzar a partir de una especie de átomo elemental, extremadamente denso, y pequeño, que evolucionó mediante una gigantesca explosión y cuyos fraccionamientos y agrupamientos sucesivos constituyen el universo que observamos hoy.

Lemaître presentó esta idea en un artículo que publicó en 1931 y tuvo en sus comienzos una mala acogida por los físicos de la época. Probablemente, en parte debido a su condición de matemático teórico, pero probablemente también debido a su condición de religioso. Quizás estas sean las causas por las cuales surgieron las resistencias que suelen acompañar a los cambios profundos en el pensamiento. Este modelo evolutivo resultaba poco atractivo para algunos físicos, pues permitía a los filósofos remontarse a una «Causa Primera» para todo el Universo, a una «Creación», lo que parecía sacar fuera de la física el problema del origen. La teoría se presentaba entonces como una alternativa poco convincente frente al modelo estacionario de Einstein, que fue enriquecido con algunas aportaciones posteriores.

En 1950 Lemaître presentó un libro condensando su pensamiento titulado » La hipótesis del átomo primitivo: un ensayo de cosmogonía», pero ya se había impuesto entre los científicos y ante el público en general una reedición de la teoría del estado estacionario, debida principalmente a Gold, Bondi y Fred Hoyle, elaborada además mediante estudios básicos sobre la formación de los elementos.

Fue un mal momento para la teoría del «átomo primitivo». En un congreso en Pasadena, Fred Hoyle se burló de Lemaître presentándolo con las palabras «this is the big bang man»… («este es el hombre de la gran explosión»). Pero no todo resultó negativo, a partir de ese momento, la teoría de Lemaître quedó bautizada como teoría del «Big Bang», nombre que actualmente ha perdido su carácter peyorativo, tiene gran aceptación popular y es el nombre con el que se conoce la teoría actualmente. Para recuperar la novedad e interés iniciales, la teoría de la expansión a partir de una singularidad inicial, debió esperar una nueva evidencia experimental.

La evolución de la materia 

Unos años antes del suceso comentado, un antiguo estudiante de Friedmann, George Gamow, había puesto nuevamente la teoría de Lemaître en el escenario, precisando que aquel universo primitivo, además de ser más denso, debía haber sido mucho más caliente y predecía en sus cálculos la existencia de un resto de radiación enfriada, es decir, algo similar a un «fósil» proveniente de la etapa primitiva del universo, que debería estar presente en todos los rincones del universo. Esta radiación se conoce hoy como «radiación de fondo».

Para aclarar un poco las cosas, recordemos que las leyes de la radiación del cuerpo negro permiten asociar una temperatura al color de la radiación emitida por un cuerpo caliente. Por ejemplo, un hierro calentado a poco más de 1000 ºC se ve de color rojo; si se calienta más se pone blanco. La distribución de intensidad para esos colores se conoce como Ley de Planck y se representa mediante una curva cuyo máximo se desplaza con la temperatura del cuerpo (Ley de Wien).

Dado el tiempo transcurrido en el universo desde la gran explosión original y a su gran expansión, esta radiación predicha por Gamow, debería corresponder a una temperatura muy baja. En resumen: al modelo de Lemaître le faltaba la Termodinámica y Gamow se la proporcionaba.

Cuando en 1965 dos científicos de la compañía Bell: Arno Penzias y Robert Wilson estaban midiendo una antena de recepción de un telescopio de microondas, encuentran un persistente ruido de fondo isotrópico, correspondiente a una temperatura muy baja (3 K), no sospecharon que ese ruido estaba relacionado con el origen del universo predicho por Gamow. Pero alguien recordó haber escuchado en 1964 en una conferencia de J. Peebles, un cosmólogo de Princeton, que esa radiación estaba predicha por Gamow y era compatible con los modelos dinámicos del universo. Así, casi por casualidad, se asocian ambos conceptos y aparece una de las pruebas más fehacientes a favor de la teoría de la gran explosión.

Muchas investigaciones más fueron preparadas para confirmar estos datos. En 1992, el satélite COBE realiza mediciones sobre la distribución de la radiación de fondo del universo y más recientemente, en el año 200l se logra la reconstrucción de su mapa completo, que viene a confirmar aún más, si cabe, la validez de este modelo.

En tanto el modelo se fue completando con los estudios de formación de la materia partiendo de la radiación del universo primitivo. Los procesos de fusión nuclear y formación a partir del Hidrógeno, el Helio y metales como el Litio, ya habían sido estudiados en 1948 por Alpher, H. Bethe y Gamow.

Cuando se comienzan a comprender los procesos de formación de núcleos más pesados, núcleos que se producen en las condiciones especiales de temperatura y presión que existen en el interior de las estrellas, se va reconstruyendo el resto de la historia. Estos procesos fueron estudiados por Burbidge, Burbidge, Fowler y también por Fred Hoyle, que a pesar de su ironía en Pasadena, contribuyó con estos trabajos a completar esa idea del Big-Bang a la cual se había opuesto anteriormente. El mundo de lo más pequeño: las partículas elementales y el de lo más grande, los objetos astronómicos, se unen para formar la teoría actual sobre la evolución del universo. Evolución de la que tenemos una descripción científica bastante completa, casi desde su origen.

Una visión actual del Universo y su formación 

A grandes rasgos, hoy podemos decir que la materia visible del universo está formada en un 99 % por Hidrógeno y Helio. El 1% restante corresponde a los elementos más pesados a los cuales, en conjunto, los astrónomos designan como «metales». Su abundancia relativa, temperatura de formación y el tiempo en el cuál se formaron se puede ver en la figura. Con los datos actuales y aceptando la hipótesis de la «inflación», podemos resumir la historia del universo de la manera siguiente:

En los instantes iniciales, durante el llamado «tiempo de Planck» (10-43 s), el universo estaba lleno de una energía muy densa, a una temperatura y presión correspondientes a ese estado. A continuación, rápidamente se expandió y enfrió, experimentando cambios de fase del tipo de los que ocurren durante la condensación de un vapor, pero referidos a partículas elementales. Aproximadamente a los 10-35 del primer segundo, el universo sufre un cambio de fase que provoca una etapa de expansión exponencial, conocida como «inflación cósmica». Esta etapa de inflación produjo como resultado un plasma de partículas elementales llamadas «quarks» y «gluones», con movimiento relativista.

El aumento de tamaño del espacio provoca más enfriamiento que continúa hasta que se produce otra transición de fase y ocurre la «bariogénesis», la génesis de los componentes del núcleo atómico, de la cual todavía se sabe muy poco. Se estima que en esa época se formó la masa «bariónica del universo» y se produjo la asimetría entre materia y antimateria que se observa hoy. Es decir, en esa época los quarks y los gluones que hasta entonces eran libres, se combinaron para dar bariones como el protón o el neutrón, los componentes básicos del núcleo atómico.

Al continuar la expansión continúa el enfriamiento y nuevos cambios de fase siguen rompiendo la simetría inicial, dando la forma actual a las fuerzas de la física y a las partículas elementales. A partir de aquí, es más sencillo inferir que la unión de protones y neutrones dará lugar a la formación de los núcleos de Deuterio y de Helio, un proceso denominado «núcleo síntesis primordial».

Después el enfriamiento hace que la materia deje de moverse de manera relativista y la densidad de energía comienza a dominar gravitacionalmente sobre la radiación. Pasados ya unos 300.000 años, los electrones y los núcleos se combinaron para formar los átomos (principalmente Hidrógeno). Por esta unión, la radiación se desacopló de los átomos y continuó viajando libremente por el espacio, es decir, el universo se volvió transparente. Esa radiación enfriada por la expansión, es el fondo de microondas que observamos hoy, en definitiva, un «fósil» del universo en aquel momento.

La descripción prosigue considerando que, en aquellas regiones donde la materia es ligeramente más densa, tiende a juntarse gravitacionalmente agrupándose en nubes, estrellas, galaxias y el resto de las estructuras que se observan actualmente. Para describir detalladamente los procesos de formación de esas estructuras es necesario conocer el tipo y la cantidad de materia del universo. Actualmente se estima que hay tres tipos de materia que son: la materia fría oscura, la materia oscura caliente y la materia «bariónica» observable, que es la que interactúa con los campos electromagnéticos.

La isotropía del fondo de microondas fue estudiada minuciosamente, tratando de encontrar rastros de aquellas anisotropías iniciales que dieron lugar a la formación de los primeros núcleos de condensación de materia. En 2003 se dieron a conocer los mejores datos disponibles obtenidos con el satélite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probé, en castellano: Sonda Wilkinson de Anisotropías de Microondas). Esos datos confirman que la forma más común de materia es la materia fría oscura. Los tipos restantes llegarían al 20% de la materia del universo.

Los cosmólogos han podido calcular muchos parámetros del universo con estos datos, con los del telescopio espacial Hubble y los del satélite COBE de 1989. Esos datos han permitido establecer que el fondo de microondas es isotrópico hasta una parte en 100.000 (1/105) con una temperatura residual de 2,726 K).

Respecto de la teoría, la energía oscura toma la forma de una constante cosmológica como la que fue planteada en las ecuaciones de campo de Einstein y hay otros modelos, pero los detalles de esta ecuación de estado y su relación con el modelo estándar todavía están siendo investigados.

En las etapas iniciales del universo, las energías que tenían las partículas eran mayores que las que hoy se pueden alcanzar en un laboratorio (para alcanzarlas, suponiendo que fuera realizable, sería necesario construir un acelerador de una longitud comparable con la distancia al sol). Por lo tanto, no hay experimentación posible y no hay modelo físico convincente para los primeros (10-33 s) del universo, el tiempo anterior al cambio de fase que forma parte de la teoría de la «Gran Unificación» de las fuerzas (GUT).

Para el primer instante, la teoría gravitacional de Einstein predice una singularidad donde las densidades son infinitas. Para intentar resolver esta paradoja, hace falta una teoría cuántica de la gravedad. Uno de los problemas no resueltos, más grandes de la física.

Por supuesto, no sabemos nada sobre lo que había antes del Big-Bang aunque nunca faltan especulaciones teóricas. La posibilidad de existencia de universos paralelos ya había anticipada por el filósofo y matemático alemán I. Kant, actualmente diríamos «multiversos», cada uno con su big-bang, con sus constantes cosmológicas y sus leyes de la física, pero por ahora, y parece que por mucho tiempo más, todas estas teorías son sólo eso: especulaciones.

En resumen 

Los datos experimentales han confirmado que la expansión existe, es acelerada y pocos científicos piensan hoy en la posibilidad de un modelo estacionario para el universo. Por lo cual, la teoría de una regresión final (o «Big – Crunch») tiene actualmente muy poca aceptación.

La evolución del universo como ha sido descripta (con la relatividad general junto con el «modelo standard» de partículas elementales), también es aceptada hoy por la mayoría de los científicos y especialistas.

Pero esto no debe hacer pensar que se sabe todo sobre el origen del universo y su futuro. Para estimar su evolución futura, se trabaja sobre prolongaciones analíticas de las teorías actuales. En estos casos de proyección a tan largo plazo, se sabe que la ciencia suele describir muy bien los procesos anteriores y la probable continuación de los mismos. Pero poco puede decir la ciencia frente a la posibilidad de nuevos fenómenos emergentes, nuevos descubrimientos o resultados inesperados en la observación, una situación que ha sido normal en su historia. Por ejemplo, hoy se piensa que la mayor parte de la materia que forma el universo es «materia oscura», de la cual no se sabe nada. Tampoco se sabe nada de la energía oscura, aunque no faltan teorías para todos estos casos.

Sí sabemos, «a ciencia cierta», que el universo visible se expande y se enfría, y que algunas etapas de la gran explosión inicial tienen una verificación experimental muy firme. El resto, como ya se dijo, por ahora son especulaciones.

Los orígenes según la fe cristiana 

El panorama que hemos presentado hasta aquí se deriva del método científico. Según este método, las teorías son confirmadas o abandonadas si los resultados de los experimentos y observaciones sobre la realidad no verifican las conclusiones que se han anticipado. En ocasiones, esos mismos experimentos proporcionan datos novedosos que no encajan en las teorías existentes y que requieren nuevas formulaciones. En su conjunto, el desarrollo de este método implica un proceso interactivo donde teoría y experiencia se modifican mutuamente hasta lograr avances en nuestra cosmovisión, que recién cuando se logra la síntesis consideramos como segura. Una seguridad relativa, que se mantiene dentro del marco de validez en el cual las ideas han sido comprobadas.

El concepto de Universo que analizaremos en esta segunda parte proviene de fuentes muy distintas a la ciencia. En este caso, los conceptos sobre los cuales se debe razonar (y que como veremos, llaman a obrar en consecuencia), provienen de una experiencia espiritual en cuyo inicio se sitúa Dios mismo. Y Dios no es una idea filosófica. Para todos los monoteístas es una Persona. Es el Ser por excelencia, el único Ser Necesario, según el mismo se nos ha revelado: Dios es el que Es, es decir, el único ser que Es por sí mismo. Los demás somos seres contingentes, creados por Él.

Cuando afirmamos que somos seres contingentes, no introducimos ninguna novedad respecto de la visión anterior: para la ciencia, esto también es una evidencia. El hombre no ha creado el universo ni se ha creado a sí mismo, y por lo tanto, respecto de la naturaleza también somos contingentes. Pero en nuestra concepción religiosa hay una diferencia fundamental, Dios se sitúa por encima de la naturaleza, es tanto Creador de la naturaleza como Creador nuestro. En este sentido Dios es superior al destino, a diferencia de otras religiones de la antigüedad que, como la griega, suponían a sus dioses sometidos a éste.

El punto de partida, nuestra primera afirmación en este camino es, entonces, nuestro reconocimiento personal y la aceptación (al menos), de la posibilidad de existencia de ese Ser. Sin este paso no podemos avanzar ni entender la nueva concepción del universo que nos plantea la fe.

Ese paso de afirmación nunca es completo, no carece de dudas, ni es el único en la vida de un hombre. Podemos identificar y observar en otros seres humanos los avances y los retrocesos en el crecimiento de su relación con Dios. Una relación que se construye mediante la reflexión pero fundamentalmente, mediante experiencias espirituales en las cuales cada ser humano comienza a considerar por distintos caminos, que ese universo físico del cual él mismo forma parte, en el que se desarrolla y evoluciona, al cual se asoma con su pensamiento, tiene un sentido. Un sentido que como hombre puede llegar a comprender.

Entonces, la imagen que el hombre se forma a partir de la fe, no es la de un universo producto del azar ni de fuerzas ciegas y extrañas. Tiene un propósito establecido, una dirección de evolución hacia un fin determinado que lo justifica y lo trasciende. El hombre entiende que si bien él mismo es una criatura, una parte casi insignificante de la creación, su Creador se preocupa, gratuitamente, por su crecimiento y desarrollo dentro de ese sentido global que dio al universo.

La experiencia de la fe no es una experiencia fácil ni masiva. Se inicia personalmente, se desenvuelve persona a persona, a media luz y en voz baja. Dios se manifiesta mediante «un susurro» (Salmo 18, versículos 2-3), como una «leve brisa» (Elías) o se oculta «tras una nube» (Moisés). A nosotros nos llega por medio de un libro, la palabra de un amigo, una enfermedad,… por mil caminos que debemos aprender a transitar para reconocerle. Dios no fuerza la libertad humana, el hombre tiene en cada etapa de crecimiento personal la posibilidad de aceptarlo o de negarlo, de comprenderlo o rechazarlo.

Pero el crecimiento y la maduración del contenido de la fe, el dogma, no es tarea individual, fruto de un pensador solitario, sino que se deriva de una experiencia comunitaria desplegada a lo largo de una historia de milenios. Por ello, en el comienzo de esta segunda explicación del origen del universo, el ser humano no involucra sólo su raciocinio; necesita aceptar personalmente que Dios le confiere un sentido maravilloso a esa realidad que él, como hombre, observa, sufre y modifica. Asume también que ese sentido escapa a su voluntad y que sobrepasa a la razón y al conocimiento humano. El hombre no es autor del proyecto de la creación, pero puede escrutar sus huellas y formular teorías, que siempre dependerán de la revelación. Al cambiar su cultura con los tiempos, ese sentido sobre su destino no se le manifiesta de manera inmutable, de una vez y para siempre. Su interpretación se desarrolla en la historia y evoluciona según progresan los conocimientos humanos. Su experiencia personal tiene sentido como una prolongación de la experiencia que tienen de Dios muchos otros hombres: un pueblo entero, el «pueblo de Dios». Comunidad de fe a quien Dios elige no por mérito, sino gratuitamente, por amor. La fe no es nuestra fe, es la Fe de toda la Iglesia.

Detrás de cada interpretación científica sobre el universo que los hombres construimos, cada vez de manera más compleja y perfecta, resplandecerá ese sentido que Dios le ha dado y vendrá a iluminar el conocimiento que nos forjamos con la razón. Recién comprendemos completamente la naturaleza cuando además de observarla con los ojos de la ciencia, vemos su sentido con relación al plan de Dios. Entonces se vuelve transparente e inteligible, inteligibilidad que no es obra humana, nos viene de Dios, del hecho de compartir con el resto de la creación el carácter de criaturas.

Al conjunto de esa explicación en la historia la llamamos Revelación, y es la base del contenido de nuestra fe. Esa fe nos permitirá interpretar lo que el universo significa para el hombre cuando se le dota de sentido histórico, trascendente y escatológico. La revelación es a la fe, lo que el conocimiento es a la razón.

Ese conocimiento reconoce dos fuentes concretas: la Tradición y las Sagradas Escrituras. La Tradición oral, es anterior a las Sagradas Escrituras. Las sagradas escrituras recogen la revelación, en primer lugar, la que Dios otorga al pueblo de Abraham y de Jacob por medio de sus profetas, y luego, ya definitivamente, por medio de su Palabra encarnada: el Logos, Jesucristo nuestro Señor. A través de los discípulos que Él eligió, llega al pueblo de Dios, y por su intermedio debe llegar a todo el resto de la especie humana.

Para los católicos, la Tradición se expresa por el Magisterio de la Iglesia, depositaria del contenido de ese Logos y responsable de su adecuación a cada momento histórico, de la adecuación a «los signos de los tiempos». Esas son las dos fuentes inseparables que tiene la fe cristiana para interpretar el origen del universo: la Sagrada Escritura y el Magisterio de la Iglesia.

Las ideas del Génesis 

Si queremos comenzar el análisis de las fuentes que provienen de la Sagrada Escritura, debemos recurrir a la tradición escrita en el Antiguo Testamento que recibimos del pueblo de Israel. Las referencias al origen del universo en la Sagrada Escritura están al comienzo de su primer libro, «El Génesis». En su capítulo I, primer versículo, la Biblia dice: «Bereshit bara Elhoim…», es decir: «Al principio creó Dios el Cielo y la Tierra…».

Dios: el Ser necesario, el que es por Sí Mismo, como le dirá luego a Moisés desde la zarza ardiendo, creó cuanto conocemos. Nadie en la Tierra podrá asignar a Dios un nombre humano, lo mejor que podemos decir de Él, nos lo ha revelado Él mismo: Soy el que soy. Nos ha creado y nosotros no podemos salvar ese abismo, y es Él quien toma la iniciativa.

É9l ha creado el «átomo primigenio». Ha creado la Tierra que estaba antes que nosotros, el Universo que estaba antes que la Tierra, y Él es antes que el Universo, el tiempo y el espacio. Esta idea de Dios, trascendente a toda idea, materia o energía que podamos pensar, está diseminada en toda la concepción bíblica vetero-testamentaria. Dios trasciende todo lo natural. Los textos de la revelación se multiplican: El Génesis II, 5-25, Los Salmos, 2 Macabeos VII, 28…

Esa concepción pasa completa al Nuevo Testamento. «De muchas maneras habló Dios a los hombres, hasta que envió a su propio Hijo»…, a su Palabra [S. Pablo]. Dios envía su Palabra a la Tierra. Pero su Palabra, ya existía desde antes de la creación.

Nos dice San Juan Evangelista en el siglo II (DC): En el Principio era el Verbo… [Jn. 1,1]. La palabra de Dios, el Cristo, era anterior al universo y Cristo es el prototipo del ser humano, el nuevo Adán. Esta revelación alcanza una dimensión que trasciende todo pensamiento: por una parte, Dios toma forma humana y asume esta naturaleza, pero por otra el hombre, encuentra su origen como naturaleza, antes de la creación.

La posibilidad que tenemos de entender ese sentido que para nosotros tiene el mundo natural, nos viene de la Palabra de Dios, que ya existía antes de la creación. Si hubo evolución, Dios conocía su resultado antes de su comienzo. Por lo tanto los hombres, nosotros mismos, fuimos pensados por Dios antes de la existencia del tiempo y estamos destinados aquí, en esta Tierra, al encuentro con Él.

Naturalmente, la Revelación no dice porque procedimiento fuimos creados, ni nos comunica datos científicos, tenemos la libertad para averiguarlo. La Revelación da sentido a nuestra vida y nos indica cómo debemos vivirla, porque simultáneamente, la libertad que Dios nos dio, nos fuerza a elegir en cada momento: podemos asumir nuestro destino y llenar nuestra vida de sentido o rechazarlo y vaciarnos de Él.

Después la Tradición de la Iglesia, ya sin la presencia viva de la Palabra Encarnada, pero asistida por el Espíritu de Dios, recordará, reforzará y purificará el concepto que se ha forjado de la creación, a partir de la propia enseñanza de Cristo. Por ejemplo, leemos en S. Justino (100-160 dc): …»Es la doctrina que nos enseña a dar culto al Dios de los cristianos, al que tenemos por Dios único, el que desde el principio es hacedor y artífice de toda la creación visible e invisible».

Fórmula que al final, ya destilada, se incorporará en el Credo o Símbolo Apostólico (s. III): «Creo en Dios Padre…creador del cielo y de la tierra»…, y sería perfeccionada en los concilios posteriores  de Nicea (a.325) y de Constantinopla (a. 381), donde aparece en el llamado Símbolo «Niceno-Constantinopolitano» con la fórmula: «Creador del cielo y de la tierra, de todo lo visible y lo invisible…».

En 1215, en el IV Concilio de Letrán, se establece el decreto «Firmiter» que contiene importantes principios como: la unidad del principio creador (Dios es Uno e indivisible, no tiene partes) la distinción entre Dios y el mundo, la creación del universo de la nada (ex nihilo), la naturaleza temporal de la creación (Dios crea también el tiempo) y la extensión de la creación a todos los seres vivos, a la naturaleza entera.

Santo Tomás de Aquino (1212-1274). En la Summa Theol. q. 46, a. 2 comenta que el comienzo temporal del mundo es un dato de fe. Y que la creación de la nada, ex-nihilo, se puede probar con la razón.

Durante siglos, el tema es aceptado así entre los cristianos y deja de ocupar un lugar central en las discusiones doctrinarias. No es central, a pesar de la discusión referente al sistema heliocéntrico en el siglo XVII, ya que considerado bajo la perspectiva de la fe, no afecta demasiado a lo que nos ocupa. En realidad, no se discutió allí sobre el origen del universo y la creación.

Más recientemente, durante el Concilio Vaticano I se vuelve a tratar el tema en profundidad, y se establece entre otras cosas que: … «el universo es la obra excelente de un Dios bueno y sabio, que hizo todas las cosas con voluntad absolutamente libre». Es decir, Dios no ha tenido necesidad de crearlo, la creación es una expresión libre del Amor Divino.

Había surgido una nueva visión científica que ponía en discusión la perspectiva religiosa sobre la creación del hombre, esta vez desde el naturalismo, contraponiéndola con la posibilidad de una continuidad evolutiva a partir de especies más simples, sometidas a procesos de selección natural (Darwinismo).

Rápidamente esta nueva propuesta científica fue considerada una demostración de que la consideración de la existencia de un creador, era totalmente superflua. Frente a la pretensión de anular la visión religiosa de la creación del hombre y del universo, la Iglesia se reafirma sobre los contenidos de la Revelación.

Es prudente destacar, que si bien desde sectores del evolucionismo se consideran ideas sobre el origen del hombre, en realidad no se habla del origen del universo. Y aún más, mucho más que del origen de la vida en el planeta, se trata de una teoría sobre la transformación de formas elementales de vida en formas más complejas. Pero este tema merece una consideración particular, mucho más extensa y detallada, por lo cual se remite a la bibliografía pertinente (que puede encontrarse en la página web citada).

Definiciones más recientes 

El Concilio Vaticano I define que: «Dios sostiene y gobierna todo lo creado mediante su Providencia». La aclaración resultó necesaria frente a la reducción mecanicista que se desplegó desde las ciencias físicas durante el siglo XIX, a partir del desarrollo de la «Mecánica Racional» (de Laplace a Mach) y de la Termodinámica. Según estas concepciones reduccionistas, se podría llegar a admitir, válidamente para la razón científica, la existencia de un dios creador, que pone en marcha su creación del universo y luego la abandona a su suerte. O bien la de un panteísmo natural, un dios «relojero» universal que controla y participa en todos los movimientos del universo, es decir, lo que llamamos naturaleza.

Un judío, un cristiano o un musulmán responderían que imposible elevar una oración a un dios así. La idea que nos forjamos de Dios los que creemos en Él, es mucho más trascendente que ésta y a la vez, sorprendentemente, más cercana. Con la formula citada, el Magisterio aclara la concepción cristiana de un Dios personal y providente.

El Vaticano I es prolífico respecto del tema, en la » Constitución Dogmática sobre la Fe Católica» aclara que… «este único, verdadero Dios, por virtud de su bondad y omnipotencia, no por aumentar su gloria o por adquirirla»…. «hizo el mundo para comunicar su bondad y sus perfecciones». Dedica un capítulo para especificar las relaciones entre fe y razón declarando que…»hay un doble orden de conocimientos, distinto no solamente por su principio, sino también por su objeto”… [35]. No hace sino confirmar lo que ya exponía Santo Tomás 600 años antes.

Pero el gran documento del siglo XX es el Concilio Vaticano II. La cantidad de temas discutidos fue tan amplia y tan completa que no podían faltar las referencias a la creación del universo. La doctrina secular de la Iglesia hasta aquí expuesta aparece reflejada en numerosos trabajos discutidos por los padres conciliares que luego fueron publicados en distintos documentos particulares.

Son un ejemplo las constituciones conciliares tituladas «Lumen Gentium», «Dei Verbum» y «Gaudium et Spes». En ellas se remarcan: el misterio de la creación, la visión cristo céntrica de la misma, la colaboración del hombre, criatura singular de Dios, que actúa como continuador de la obra creada, o la relación existente entre la creación y el fin de los tiempos.

Los temas tratados en los documentos conciliares, por iniciativa del mismo papa que convocó el concilio, Juan XXIII, se discutieron en años posteriores para elaborar con ellos un catecismo que los pusiera al alcance de todos los fieles. De esta forma se incorporaron al pensamiento católico general y al Catecismo de la Iglesia Católica. El Catecismo, es un documento cuya redacción fue inicialmente recomendada durante el concilio, concretada durante el Sínodo de Obispos de 1985 y que conoció la luz bajo el Pontificado de Juan Pablo II, 30 años después de haber sido inaugurado el concilio.

En su primera parte, el Catecismo analiza la Profesión de Fe o «Credo». Desde su primer capítulo proclama que el hombre es «capaz» de Dios y en el segundo, que es Dios quien viene al encuentro del hombre. Entre los puntos 279 y 301 analiza los orígenes del universo y destaca la importancia de una buena catequesis sobre estos temas.

La sucesión de los pontífices desde el concilio: Juan XXIII, Pablo VI o Juan Pablo II, en varios discursos a la Pontificia Academia de las Ciencias, precisaron los detalles de la doctrina de la Iglesia como lo habían hecho todos los papas anteriores.

También el papa Juan Pablo II, pidió perdón por los errores que pudieran haberse cometido en el denominado «caso Galileo», como un acto de buena voluntad dirigido al mundo de la ciencia, para reafirmar la importancia que la Iglesia siempre le dado a esta actividad de la razón humana.

En 1998 Juan Pablo II publicó la encíclica Fides et Ratio (Fe y Razón), donde se plantea para esta relación el doble objetivo del diálogo y la autonomía que destacamos al comienzo de este artículo, que aclarara Santo Tomás y que reafirma lo establecido en el Concilio Vaticano I.

Las siguientes palabras de su santidad J. Pablo II destacan estos objetivos:

«Al expresar mi admiración y mi aliento hacia estos pioneros de la investigación científica, a los cuales la humanidad debe tanto de su desarrollo actual, siento el deber de exhortarlos a continuar en sus esfuerzos permaneciendo siempre en el horizonte sapiencial en el cuál los logros científicos y tecnológicos están acompañados por los valores filosóficos y éticos, que son una manifestación característica e imprescindible de la persona humana. El científico es muy consciente de que la búsqueda de la verdad… no termina nunca, remite a algo que está por encima del objeto inmediato de los estudios a los interrogantes que abren el acceso al Misterio».

Desde el mundo católico, siempre ha existido una apertura a la ciencia, estableciendo los puentes necesarios para una comunicación serena y profunda de la verdad que cita su santidad Juan Pablo II en el apartado anterior. A pesar de algunos desencuentros, como el que se suscitó en torno al caso Galileo, la actitud normal entre los católicos fue intentar comprender la ciencia en sus detalles más profundos para encontrarse con el Misterio. En remontar la realidad física hasta la trascendente.

La relación entre la Religión y la Ciencia es muy importante para nosotros, los católicos y los religiosos en general. Algunos de los avances más significativos en la comprensión del universo como el heliocentrismo o la teoría del Big Bang, se deben a personas de conocida religiosidad. El mismo Galileo, a pesar de lo que se diga en algunos ambientes o en los medios de comunicación, era un católico práctico. Son muchos también los encuentros y diálogos entre grandes científicos con diferentes convicciones religiosas o bien ateos y científicos católicos. Lo normal ha sido siempre el encuentro personal, más allá de sus convicciones religiosas, y debería bastar para demostrarlo con observar juntos en esa foto de Albert Einstein y Robert Millikan flanqueando al creador del modelo del Big- Bang, George Lemaître, en 1933.

Pocos años antes de esa fotografía se había establecido la ley de Hubble, Lemaître era un convencido del modelo dinámico, había introducido la hipótesis del átomo primordial en 1931, y Einstein no compartía esa visión científica. Sin embargo allí están juntos. Einstein, que muchas veces alabó el talento matemático del sacerdote y éste, que utilizó las ecuaciones de Einstein para desarrollar su modelo dinámico. Un modelo que incluye el origen del tiempo junto al universo, coincidiendo con la definición de Santo Tomás de Aquino, 700 años antes.

Estas relaciones entre ciencia y fe, dentro del catolicismo, van mucho más allá: el propio Vaticano tiene una Academia Pontificia de las Ciencias donde muchos de los más importantes científicos son invitados a exponer sus teorías. El mismo papa Pío XII fue uno de los más entusiastas seguidores del modelo del Big-Bang, desde antes de su aceptación generalizada por la comunidad científica. Nada más ajeno ni más injusto entonces, que esa acusación de oscurantismo que le llueve a la Iglesia desde determinados ambientes del ateísmo.

El fin del Universo 

Hemos llegado a la diapositiva final y nos preguntamos: ¿Cuál es el fin del Universo? Podríamos hablar de algunas recientes opiniones científicas en las que se extrapola la «muerte térmica» para un universo en expansión, hacer consideraciones sobre posibles alternativas, analizar la posibilidad de existencia de universos simultáneos, cada uno con sus constantes fundamentales y su Big-Bang, temas sobre los que también especula la teoría.

No parece ser esta la idea buscada por Carlos Pérez para el cierre de una exposición como la preparada en la serie de diapositivas que presentó. A mi entender, el mensaje final que procuran dejarnos estas dos conferencias, es que el fin del Universo, ocurra lo que ocurra físicamente, será la apertura completa a la trascendencia. No se trata de un fin, sino de una finalidad.

Para un hombre de fe, el fin trascenderá todo lo material. No importa el cómo. Desde la ciencia, aunque se especule con hermosas construcciones matemáticas, tampoco se sabe cómo será y mucho menos por qué. Sin embargo, desde la escatología cristiana, sí sabemos que el fin del universo será la realización plena de ese sentido que hoy adivinamos, en el que creemos y que nos permite obrar en consecuencia, para bien de todos nuestros hermanos, los hombres.

Según nuestra concepción, en el final de los tiempos terminará nuestro conocimiento parcial y veremos a Dios tal cual es (1 Cor. 13,12). Dios entonces habrá conducido su creación hasta el reposo definitivo y la gloria para la cual ha creado el Universo, con nuestro Cielo, con la Tierra y con todos nosotros en la cumbre de la creación, permitiéndonos comprenderla y colaborar con ella (Catecismo, 314).

En la ciencia, para explicar la evolución del universo, es necesario unir nuestros conocimientos sobre lo más pequeño, las partículas elementales y sobre lo más grande, los cuerpos de la astrofísica: planetas, estrellas y galaxias. Para explicar el sentido de la evolución de la vida inteligente sobre la Tierra, vemos aquí, que también necesitamos unir lo más grande y lo más pequeño: Dios y el hombre. El hombre carece de sentido sin Dios, queda reducido a una fluctuación sin razón en el universo.

Ocupamos un lugar privilegiado en el Universo: el planeta Tierra. Muchos analizan desde la ciencia misma la causa y justificación de ese privilegio, tratando de calcular la probabilidad de aparición de vida inteligente en otros rincones del universo. Esa probabilidad, al parecer, es bastante baja. La tierra es un planeta habitable, al borde de un brazo de una galaxia, parte de un universo con sus constantes cosmológicas finamente ajustadas para la vida. Y es a la vez, un atalaya que permite observar su sistema planetario, la forma de su galaxia y hasta «los bordes» del universo. Es decir, con las bases para formar en su inteligencia, una cosmovisión científica. Una visión bastante ajustada de la totalidad.

Pero desde la perspectiva que estamos analizando aquí, la razón de ese privilegio trasciende lo físico y lo natural, porque este lugar donde vivimos, es el lugar del encuentro del hombre con su Creador. Aquí el Verbo se hizo Carne y habitó entre nosotros. Él establece nuestra dignidad como criaturas. Porque al principio, antes de la Creación, el Verbo ya era.

La teoría del Big Bang

La teoría o  hipótesis del  Big Bang (Gran Explosión)  para explicar el origen del universo, es la más aceptada por la sociedad científica en la actualidad.

Según este paradigma  el universo comenzó hace unos 14.000 millones de años con  una  gran explosión

.

Inmediatamente después de que ocurriera este fenómeno  se crearon el espacio, el tiempo, la energía y la materia. Todo lo que nos rodea, la ropa, el agua, los árboles, nuestros coches y casas, absolutamente todo esto está constituido por la materia formada por el Big Bang. El hidrógeno que tiene el agua, se formó inmediatamente después de ocurrir el Bing Bang.

Pero como consecuencia de la fuerza de la gravedad o gravitatoria que atrae a los planetas entre sí,  el  movimiento expansivo se desacelerará  hasta anularse.  A partir de este momento se producirá  una contracción  del Universo hasta su colapso gravitatorio; Big Crunch (Gran Implosión), desapareciendo entonces en la nada.

La teoría continúa asegurando que después del colapso total, seguirá una nueva expansión, otro Big Bang, y así indefinidamente en una infinita  serie de Big Bang y Big Crunch que con justificarían también un número infinito de universos. La teoría no entra a explicar las causas del Big Bang

La prueba de esta teoría se debe al  astrónomo Edwin Hubble, que en 1929 observó que el universo está expandiéndose continuamente y que  por tanto, todas las galaxias se alejan entre sí.

Pero el origen del Big Bang, es el mayor misterio de todos los tiempos. A pesar de que la llamaos teoría del Big Bang; lo paradójico es que no nos dice nada del Big Bang

Preguntas:

¿Tuvo el universo un inicio? ¿De dónde viene el universo? ¿Cómo y por qué empezó? ¿Tendrá final? ¿Cómo será ese final? ¿Qué estalló en el Big Bang? ¿Por qué estalló? ¿Qué había antes del gran estallido?

Si conociéramos estas respuestas sería el triunfo definitivo de la razón humana, conoceríamos la mente del creado». Profesor Stephen Hawking; físico teórico.

Antecedentes de la teoría del Big Bang

 

Antes del siglo XX nadie había sugerido que el universo se estuviera expandiendo o contrayendo. Entonces se aceptaba que el universo, había sido creado más o menos como lo vemos hoy. La comunidad científica coincidía al pensar que el universo era algo estático y eterno. Los humanos nos sentimos a gusto creyendo verdades eternas. Nosotros envejecemos y morimos pero el universo es eterno e inmóvil.

Cuando las personas creían que el universo es algo estático, la pregunta teológica o metafísica era entonces si éste tenía o no un principio. Bajo esta teoría de un universo inmóvil, el origen del tiempo habría sido puesto por el creador, un ser externo al universo; pero realmente no existe la necesidad física de un principio del tiempo. Dios pudo crear el universo, en cualquier instante del tiempo. Pero si el universo se estuviera expandiendo, habría razones  para pensar que  hubo un principio.

Pero de repente todo cambió. En 1929, Edwin Hubble desde el observatorio del monte Wilson, en Los Ángeles, hizo un descubrimiento crucial. Observó que las galaxias no eran estáticas, se movían y además se alejaban de la tierra a una velocidad increíble. Fue la primera prueba del Big Bang.

Donde quieras que uno mire, las galaxias distantes se están alejando de nosotros; es decir, el universo se está expandiendo. Además, la velocidad a la que se alejan los planetas de la tierra es proporcional a la distancia del planeta a la tierra. Las galaxias que están al doble de distancia se mueven al doble de velocidad; las que están al triple, se mueven tres veces más rápido. Todo se está alejando de nosotros. Esta teoría se denomina Ley de Hubble

Según esta apreciación, en tiempos pasados los planetas  y galaxias debieron estar más cerca, más juntos unos de otros. El movimiento debió de partir de un punto central. Midiendo la velocidad de expansión, los cosmólogos han estimado la fecha de nacimiento de nuestro universo. Parece ser, que hace unos 13.700.000.000 años todos los objetos del universo estaban en el mismo lugar exactamente; siendo entonces infinita la densidad del universo.

La observación de Hubble sugirió, que hubo un fenómeno, llamado big bang (la gran explosión), en que el universo era infinitésimamente pequeño  y su densidad infinita. Bajo estas condiciones no es posible aplicar nuestras teorías y predicciones. Podemos considerar que el origen del tiempo es el big bang, ya que con anterioridad a éste,  los tiempos previos  no estarían definidos.

Podemos llegar a imaginarnos que Dios creó el universo en el instante del big bang, pero no antes. Antes no existía nada. Un universo en expansión no excluye la existencia de un creador, pero sí limita cuando pudo haber creado el universo.

La Historia del Universo: Teoría del Big Bang

En el principio de los tiempos el universo surgió de una explosión, pasando de la nada más absoluta al todo. Este «todo» es tan sólo un punto infinitamente pequeño, increíblemente caliente y de densidad inimaginable; un
punto de energía pura. El Bing Bang fue inmenso, creó toda la masa de las 400.000 millones de galaxias que hoy conocemos a partir de la nada. Todo el universo ocupaba entonces la trillonésima parte de un centímetro.

La primera fuerza en aparecer fue la gravedad. En este momento ya quedó definida la forma y contenido del universo. La gravedad define la viabilidad de nuestro universo. Si hubiera sido un poco más débil, la materia se disgregaría rápidamente y no se hubieran formado las galaxias. Con gravedad excesiva, no se hubiera formado el universo, los agujeros negros hubieran engullido toda la materia. Es un equilibrio delicado. ¡Afortunadamente tenemos la gravedad óptima! Por suerte el Big Bang aportó la cantidad adecuada de gravedad.

Pasada una fracción de segundo después de que apareció la fuerza de la gravedad, se desprendió una onda inmensa de energía y comenzó la expansión del universo en todas las direcciones a una velocidad inimaginable. Todo esto a una velocidad superior a la de la luz, porque la nada puede ir más rápido que la luz, si la entendemos la nada como espacio vacío. Esto último supuso un problema para las mentes privilegiadas de los científicos más brillantes.

Para describir estos fenómenos tan rápidos, hubo que definir una nueva unidad de tiempo, se llamó tiempo de Planck. Hay más unidades de tiempo de Planck en un segundo que todos los segundos transcurridos desde el Big Bang. Es decir una unidad de tiempo de Planck es igual a 1/10 ⁴³ segundos. Es una escala temporal tan diminuta que escapa al sentido común.

Unas cuantas unidades de tiempo de Planck, después del big bang, el universo era tan pequeño que cabía en la palma de la mano y en una fracción de segundo después se expandió hasta el tamaño de la Tierra y después a la velocidad de la luz, alcanzó el tamaño de nuestro sistema solar. Todavía era una tempestad de energía radiante. La temperatura era de billones de grados; el seno de una estrella como el Sol sería un plácido remanso de paz si lo comparamos con el universo una fracción de segundo después del big bang.

Al expandirse el universo empieza a enfriarse y empieza una nueva fase en la evolución del universo. La energía pura de la explosión se transforma en materia y aparecen las primeras partículas subatómicas. Entonces aparece la primera materia del universo. La energía se transformó en materia; al revés de como ocurre en las reacciones nucleares.

La transformación de energía en materia fue anticipada por Albert Einstein años antes del enunciado de la teoría del Big Bang. La ecuación E = mc² es la ecuación más popular y explica precisamente la equivalencia entre la energía y la materia. La energía puede transformarse en energía y la energía en materia. Esta ecuación explica la bomba atómica. En una explosión nuclear, una pequeña cantidad de materia se transforma en energía. Durante la formación del universo se dio el proceso inverso, la energía de transformó en partículas de materia. No se necesitaba materia para empezar con energía era suficiente. Al inicio había energía suficiente como para generar toda la materia del universo.

Las condiciones eran tan extremas que la materia que se formó, nada tenía que ver con la materia que vemos en la actualidad en el universo. Todavía no había átomos sino partículas subatómicas. Se transformó materia y energía simultáneamente. Aparecía y desaparecía materia. Pero poco a poco y como consecuencia del enfriamiento, debido a la expansión del universo, las partículas se hicieron más estables y dejaron de transformarse en energía. Las partículas primitivas al disminuir su temperatura disminuyó también su velocidad y se dieron las condiciones para la formación de los átomos del primer elemento, el hidrógeno. Un segundo más tarde aparecieron el helio y el litio.

Después de transcurridos tres minutos desde el big bang, ya ha habían pasado las cosas más importantes en el proceso de formación del universo.

Unos 380.000 años después del bing bang el universo comenzó a ser transparente. Las partículas iniciales dieron un aspecto al universo de nube lechosa y poco a poco a medida que fue avanzado el proceso de condensación de la materia de partículas subatómicas en átomos de hidrógeno, helio y litio, el universo perdió su aspecto de nube blanca y se fue haciendo más transparente. El universo, al ser más transparente permitió las primeras emisiones de luz al exterior. En 1964, 14.000 millones de años después del big bang, dos jóvenes investigadores de Nueva Jersey descubrieron por accidente esta radiación.

Arno Allan Penzias y Robert Woodrow Wilson cuando estaban trabajando cartografiando las señales de radio de nuestra galaxia, donde quieran que buscaban, siempre detectaban una extraña señal de ruido de fondo. Al principio pensaron que era un error debido a un fallo del equipo de medida. Pero en realidad lo que habían descubierto era la prueba de la creación del universo. Esta radiación representaba el momento en que los átomos recibieron sus electrones. En ese instante desapareció la nube de electrones.

La nave Wilkinson Microwave Anisotropy Probé (WMAP) llamada así en honor a David Wilkinson, fue
lanzada el 30 de junio de 2001 desde Cabo Cañaveral, USA. Su misión es estudiar el universo y medir las diferencias de temperatura que se observan en la radiación de fondo de microondas, un remanente del Big Bang. Enlace a la noticia

El 21 de marzo de 2013, el telescopio espacial Planck de la Agencia Espacial Europea elaboró el mapa más detallado hasta la fecha del fondo cósmico de microondas, la radiación fosilizada del Big Bang. Las áreas rojas y amarillas son las más calientes. El azul y el verde son regiones más frías. Enlace a la noticia

La imagen del telescopio Planck, refleja la distribución de la materia del universo cuando tenía 380.000 años de antigüedad. Las diferencias de temperatura reflejan diferencias en la densidad original del universo, unas zonas tiene más materia que otras. En el universo flotan nubes de hidrógeno y de helio. Las regiones azules, sin materia, serían las zonas vacías del universo. Las áreas rojas y amarillas, más densas, darán lugar a galaxias, estrellas y planetas.

200 millones de años más tarde, las nubes de gas de hidrógeno y helio darían lugar a las primeras estrellas. Entonces el universo inició una etapa de luz y esplendor. El universo empezó a iluminarse en todas las direcciones hasta formar el impresionante espectáculo que vemos hoy cuando miramos el cielo nocturno. 1.000 millones de años después del Big Bang se formaron las primeras galaxias. Durante los 8.000 millones de años siguientes, continuó el proceso de formación de nuevas galaxias.

Hace unos 5.000 millones de años (9.000 años desde el Big Bang) se formó nuestro Sol y el planeta Tierra. Todo lo que contiene la Tierra se debe al Big Bang. El Bing Bang creo todo lo que nos rodea, los elementos que constituyen el universo e incluso las leyes de la física en un fugaz momento de creación.

El Final del Universo según la Teoría del Big Bang

Hay dos posibilidades y los científicos no se ponen de acuerdo. Los científicos no tienen una respuesta a la pregunta de si el universo tendrá o no un final o si es o no infinito.

Muerte Caliente

En la actualidad continua la expansión del universo, pero según la teoría del Big Bang, no lo hará eternamente. El universo tuvo un principio y también tendrá un final. En la actualidad el espacio tiene 150.000 millones de años luz de un extremo a otro del universo.

Como consecuencia de la fuerza de la gravedad o gravitatoria que atrae a los planetas entre sí,  el  movimiento expansivo se desacelerará  hasta anularse.  A partir de este momento se producirá  una contracción  del Universo hasta su colapso gravitatorio; Big Crunch (Gran Implosión), desapareciendo entonces en la nada.

Si el universo se colapsa podría generarse otro Big Bang. Tal vez ya haya ocurrido antes y seamos una generación más de un largo linaje de universos

Muerte Fría

Pero hay otras teorías que establecen que el universo podría ser infinito y puede expandirse hasta la eternidad. No sabemos si el Big Bang generó un universo eterno, pero lo que si es cierto que la energía liberada mantiene en la actualidad el universo en un proceso de expansión. El Big Bang todavía sigue.

Resultados de últimas investigaciones indican que el universo no está reduciendo su velocidad, como creíamos, sino que continúa acelerando su velocidad de expansión. Lo explican argumentando que la energía oscura está repeliendo las galaxias y acabando con el universo. Esta fuerza destructiva es en la actualidad imposible de detectar y no sabemos por qué existe y cuál es su origen. Si la energía negra continua separando el universo, en 100.000 millones de años la Vía Láctea sería una galaxia solitaria. El universo comenzó en un instante pero tendría un largo y difícil final frío

El proceso del Big Bang en cifras.

Según esta teoría, después del Big Bang, se creó el espacio, el tiempo, la energía y la materia, según este proceso:

. 10^-43 segundos o Tiempo de Planck toda la masa y energía del Universo se hallaba comprimida en una masa a temperatura y densidad inimaginable.

. La masa ocupaba un espacio 10^-20veces menor que un núcleo atómico y las fuerzas de la gravitación, electromagnetismo y fuerzas nucleares fuerte y débil, se hallaban unificadas.

. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. A los 10^-35segundos comenzó la Expansión y comenzó bruscamente la reducción de la temperatura, bajó a 10²⁸ K. El Universo se expandió hasta alcanzar al 10 ⁵⁰ veces sus dimensión original.

. Era Leptónica: En la primera millonésima de segundo se crean las primeras partículas constitutivas de la materia. La materia surgió de un estallido a la temperatura de10²⁷ K, y descendió a los 10¹⁴ K… Surgen 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). El hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang

Era de la Radiación: durante  los 10.000 primeros años. Se caracterizada por la emisión de rayos gamma producidos durante la descomposición del deuterio o hidrógeno pesado.

Era del Desacoplamiento: después de 300.000 años. Se desacopla la materia y la radiación. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y condensaron, comenzaba entonces la formación de las galaxias. El hidrógeno forma las tres cuartas partes de la masa del universo, y el resto en su mayor parte es helio.

. Según se iba expandiendo el universo, la radiación residual del Big Bang continuó enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 K (-70°C). Esta radiación de fondo de microondas fue detectados por los radio astrónomos en 1964, proporcionando así lo que la mayoría de los astrónomos consideran la confirmación de la teoría del Big Bang

Big Bang: Preguntas Pendientes

1) ¿Por qué estaba el universo primitivo tan caliente?

2) Por qué se produjo la explosión?

3) Por qué es el universo tan uniforme a gran escala? ¿Por qué la temperatura de la radiación de fondo de microondas es tan parecida independientemente de hacia dónde miremos?

4) ¿Por qué comenzó el universo con una velocidad de expansión próxima a la velocidad crítica? La velocidad crítica es la velocidad a la que el universo se expandiría hasta el infinito. Si la velocidad hubiera sido algo menor (1/ 10¹² veces menor que la crítica) el universo se habría colapsado antes de llegar a su actual tamaño.

5) A pesar de que el universo están homogéneo a gran escala, contiene singularidades como las estrellas y galaxias. ¿Cuál es el origen de la diferencias de densidades que dieron lugar a estas singularidades

Evidencias Experimentales del Big Bang

El hecho de que las estrellas se estén alejando de nosotros a velocidades gigantescas ha sido verificado repetidamente. Es lo que los expertos denominan efecto Doppler  y o corrimiento del espectro de luz que recibimos del universo hacia el rojo.  Estro significa un universo en expansión y no en contracción. Atendiendo al corrimiento hacia el rojo, la antigüedad del Universo está cifrada en unos 13,7 mil millones de años, según las estimaciones más recientes.

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 la forma de una emisión de radioondas procedente de todas las partes del firmamento. Es decir, dicha   radiación de fondo  debería ser homogénea e independientemente de la orientación. Sería en mayo de 1964, cuando el físico germano-norteamericano Arno Allan Penzias y el radio astrónomo norteamericano Robert Woodrow Wilson consiguieron detectar la  radiación de fondo  de microondas que impregna todo el universo conocido.

Puntos Más Débiles de la teoría del Big Bang

El Big Bang es uno de los conceptos más abstractos y difíciles de entender. ¿Qué había antes de la explosión cósmica? Los filósofos de la antigüedad, creían que nada podría surgir de la nada. Pero según las leyes y ecuaciones de la física, se puede crear materia de la nada. Todo nuestro universo, todo lo que vemos y tocamos pudo formarse a partir de la nada: La nada lo originó todo. La verdad esto no hay quién lo entienda. De la nada pasamos a un estado de densidad casi infinita y temperatura infinita. Parece que es imposible explicar con palabras lo que ocurrió inmediatamente antes y después del Big Bang.

Cómo explicar que de la nada surgió algo; este es el Santo Grial del Universo, el gran misterio.

Uno de los grandes problemas científicos sin resolver en el modelo del Universo en expansión es si el Universo es abierto o cerrado; es decir, si se expandirá indefinidamente o se volverá a contraer según predice la teoría del Big Bang. Friedman estableció un valor crítico de densidad, por debajo del cual, la gravitación es inferior al impulso expansivo y el universo se expandirá sin límites; y por encima del cual, la gravitación acabará frenando a la expansión y contrayéndolo, hasta colapsar sobre sí mismo.

La masa de una galaxia se puede medir observando el movimiento de sus estrellas. Al multiplicar esta masa por el número de cúmulos de galaxias se obtiene una valor de densidad mucho mayor que el valor crítico, lo que parece indicaría que el Universo está cerrado. Es decir que al final de los tiempo colapsará y vuelta a empezar. Es decir que habría un número infinitos de Big Bang que darían lugar a un infinito números de universos.

El problema es que no aparece la materia, esta materia del universo es invisible, es la llamada materia oscura que hay dentro de cada cúmulo pero fuera de las galaxias es visibles. Hasta que se comprenda el fenómeno de la materia oculta, este método de determinar el destino del Universo es poco convincente.

La mayoría de los cosmólogos están dedicados a localizar la materia oscura. 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.

Teorías Modernas relacionadas con el Big Bang

En 1948, los astrónomos austriacos, Hermann Bond y Thomas Gold, formularon una teoría alternativa a la del Big Bang. Aceptaban un universo en expansión, pero negaban que hubiese tenido lugar en una primera y gran explosión.

Afirmaban que a medida que las galaxias se separaban, nuevas galaxias se formaban con una materia que se creaba de la nada. 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 El Estado Estacionario.

La gran explosión

 

A principios del Siglo XX. Ni Einstein y su teoría de la relatividad una de las cuyas soluciones indicaban lo contrario.
La ley de Hubble es una ley de cosmología física que establece el corrimiento al rojo de una galaxia es proporcional a la distancia en la que está. En 1929 Hubble calculó la velocidad con la que se alejaban las galaxias Esta es una de las piezas como prueba de la teoría del Big Bang

Según la ley de Hubble una medida de la inercia de la expansión del universo viene dada por la constante de Hubble. A partir d esta relación se puede decir que las galaxias se alejan unas de otras a velocidad proporcional a su distancia (Relación velocidad – Distancia)

Big Bang

Esta teoría sostiene que el universo se reo por una gran explosión a partir de un estado de masa concentrada en un punto pequeño de alta temperatura, llamado huevo cósmico

Se originó hace 10.000 millones de años, es un modelo científico que trata de explicar el origen del universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espaciotemporal, este modelo se usó tanto para explicarla el inicio de la expansión observable del universo como en un sentido más general para referirse al paradigma cosmológico que explica el origen y evolución del mismo.

Esta teoría es viable debido a las diferentes pruebas de dicha expansión;

1. Universo en expansión. El universo se expande con velocidad cada vez mayor
2. Cantidad de Helio: Representa el 25% de la materia del universo). En el interior de las estrellas, entre 3-17 minutos después de la explosión había unas temperaturas que no se daban ni en el interior de las estrellas.
3. Existencia de la radiación cósmica de fondo:Un Astrónomo en 1948 Garrow dice que si explotó hace 15.000 millones de años debería de conservarse un eco de dicha explosión, ese eco luminoso son los llamados rayos microondas (esto no podía demostrarse antes por falta de material).

20 años más tarde Arro penzios y Robert Wilson lo descubrieron, solo sabemos lo que ocurrió tras la explosión del Big Bang, en 20 minutos se originó toda la materia y energía del universo, el espacio y tiempo. Antes no pudo demostrarse esto debido a la falta de pruebas.

COMPOSICIÓN DEL UNIVERSO Y FORMACIÓN DE ESTRELLAS

A partir de la explosión del Big Bang, se formaron átomos de H y He que formaban una neblina nebulosa que se alejaban unas de otras. Formación estelar es el proceso por el cual grandes masas de gas que se encuentran en galaxias formando extensas nubes moleculares que se transformaran en estrellas

Estas nebulosas comenzaran a concentrarse por la gravedad (fuerza con la que se atraen las masas) y esto dará lugar a la acreacion gravitacional.

 

acreacion gravitacional: Las partículas van cayendo, debido a la gravedad aumenta la masa por los impactos por la temperatura, esta temperatura empieza a ser tan alta que arde el hidrógeno y se fusiona con otro átomo de hidrogeno y se convierte en helio (Reacción denominada fusión atómica) y nacerá una estrella.

La fusión atómica es la luz que desprende las estrellas, la luz solar.

La ruptura de los átomos se denomina fisión atómica.

Las estrellas se consumen. Cuando se acabe el hidrógeno (H) se empezará a fusionar con el Helio (He) y con el Carbono (C) y se irán acabando los elementos por fusión y se irán originando otros, cuando llegue al Hierro, se terminará la vida de la estrella, originando una implosión (Las capas externas de la estrella caen hacia su núcleo y al explotar estos darán origen a la estrella nova y supernova

(Esquema de implosión de una estrella)

GALAXIAS

El universo está compuesto por cientos de miles de galaxias. Estas se originaron a partir de nebulosas nacidas a consecuencia del Big Bang y estas a su vez están compuestas por miles de millones de estrellas (Se piensa que 2/3 partes de la estrella están acompañadas de planetas, satélites, cometas, asteroides… formando sistemas planetarios, En nuestro caso, nuestro sistema solar.

Origen

Se originó a partir de una nebulosa (todos los sistemas planetarios se originan a partir de dicha nebulosa)
Nuestra nebulosa aparte de los componentes comunes (Helio, Hidrógeno.) también se sumaron componentes como el silicato y hielo en polvo (estos dos fueron la consecuencia de la explosión de una estrella anterior).

Esquema de formación de una galaxia

La nebulosa se empezará a contraer por la acción de la gravedad, se acumulará en el centro de la misma y provocará un movimiento elíptico.

Este movimiento elíptico junto con la gravedad provocaran una fuerza centrífuga (similar a cuando cae el agua por el desagüe) que dará lugar a un disco más ancho que el centro.

La gravedad provocará la acreción gravitacional a medida de que suba la masa (por impactos entre partículas) el 90% de la masa quedará en el centro alcanzándose temperaturas suficientes para fundir el Helio e Hidrógeno y después de este proceso… habrá nacido una estrella.

El 10% restante se quedará en unos surcos alrededor de la estrella denominados planetesimales.

Estos se originaron por la acreacion gravitacional del aumento de la masa y temperatura que se fusionaron entre si formando planetas.

 

Los Planetas

Los planetas se forman exactamente igual del mismo modo que se forman las estrellas, pero estos tienen menor masa y menor temperatura, la suficiente como para estar fundidos. Esto explica el origen de:

• corteza,
• manto
• núcleo

Y tienen un calor interno que permite la dinámica terrestre (terremotos, volcanes, tsunamis, clima, montañas.) Pero no tienen tanta temperatura como para fundir el helio, con lo cual, al finalizar la acreacion esta se enfriará y solidificará.

ORIGEN DEL SISTEMA PLANETARIO

Esto se originó a raíz de una nebulosa compuesta por (H, He + elementos pesados de estrellas anteriores). Todo esto daba origen a los planetas.

 

Tras miles de millones de años la tierra sigue caliente desde su origen y gracias a las rocas aislantes ese calor se ha mantenido. Este calor fluye hacia la superficie y es la responsable de los fenómenos tectónicos, volcanes, terremotos, montañas… esto es originado por la tectónica de placas

El intenso calor que había cerca del sol empujó todos los elementos ligeros (planetas más cercanos).
Planetas interiores sin elementos ligeros (H, He) solidos, densos y pequeños (Marte, Venus, la Tierra, Mercurio) fueron capturados y planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno) gaseosos ligeros y grande.

Formándose el sol se produjo una «viento sola» que arrastró los fragmentos sueltos e impactaron contra los

planetas, satélites. Originando cráteres que dieron origen a la luna (posible impacto)

La inclinación del eje de la tierra fue debido al impacto de asteroides, gracias a ello dio origen a las estaciones del año y dando incluso una inversión de rotación a Venus.

Los impactos en la tierra enriquecieron el planeta en agua (cometas). Estos cometas aportaron agua, nitrógeno y oxígeno (elementos esenciales para el desarrollo de los seres vivos) del que se sabe que estamos formados un 95%.