La teoría del Big-Bang

I. INTRODUCCIÓN

Después de haber elaborado la teoría de la Relatividad General, Einstein se propuso utilizarla para tratar de entender cómo era el Cosmos. Sus cálculos indicaban que el Universo no podía ser estable: debía estar expandiéndose o colapsando. Como Einstein creía que el Universo era estable, propuso la existencia de una fuerza opuesta a la gravedad que permitiría que el Universo fuera estacionario. Por su parte el físico y matemático Alexander Friedmann siguió trabajando en el camino correcto, aceptando las consecuencias de la Relatividad General y elaboró, ya en 1922, modelos que describían al Universo en expansión.

La vision que se tenía del cosmos hasta principios del siglo XX nos ubicaba siendo parte de un sistema achatado que contenía todas las estrellas. En 1924, el astrónomo Edwin Hubble descubrió que lo que se conocía en ese entonces como nebulosas espirales, eran otras galaxies en realidad, las cuales se encontraban a grandisimas distancias y estaban formadas por millones de estrellas. En los años siguientes Hubble se dedicó a medir sus distancias y sus velocidades y llegó a la conclusion de que las galaxies se estaban alejando unas de las otras: en otras palabras el Universo estaba en expansión.

Fue a partir de esto que los astrónomos comenzaron a preguntarse cómo comenzó esta expansión. La misma física que hoy nos permite entender por qué brillan las estrellas, cuál es el origen del hombre o por qué no hay aire en la Luna, indicaba que el Universo debio tener un comienzo muy caliente y que parte de ese calor podría detectarse en la banda de las microondas ( o radiación de fondo),las cuales fueron detectadas en el 1965.

Si imaginamos que retrocedemos en el tiempo descubriremos que las galaxias se hallaban más próximas entre sí que ahora. Cuanto más atrás en el tiempo, más cerca estarán unas de otras, de manera que es posible imaginar un instante en cual todas las galaxias se encontraban comprimidas en un volumen muy pequeño. Las ecuaciones de la teoría de la relatividad se han verificado experimentalmente con suficiente precisión para describir el comportamiento del universo y establecen que la compresión podría hacerse tan grande que el universo se convertiría en un punto sin dimensiones y en consecuencia de densidad infinita. La materia y la energía tal como las conocemos no existirían, y las nociones de espacio y tiempo no tendrían sentido.

La teoría del Big-Bang plantea que el universo surgió de una explosión inicial que ocasionó la expansión de la materia desde un estado de condensación extrema.

El hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios de la Gran Explosión, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas.

A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. La consecuencia de esta Gran Explosión puede advertirse, por ejemplo, a través de la comprobación de que las galaxias continúan alejándose unas de otras.

II. LA RADIACIÓN CÓSMICA DE FONDO

En 1965, dos científicos de los Bell Laboratories que trataban de poner en funcionamiento un potente nuevo radio receptor de microondas veían obstaculizados sus esfuerzos. Arno Penzias y Robert Wilson pensaron que habían encontrado la clave del problema cuando descubrieron un nido de palomas en la enorme antena, pero la expulsión de las aves no solucionó el problema. Continuaron investigando su origen hasta encontrarlo, un hallazgo que les valió el Premio Nobel de Física de 1978.

Penzias y Wilson observaron que la misteriosa radiación de microondas procedía de más allá de su receptor, de más allá de la Tierra e incluso de más allá de nuestra galaxia. Parecía como si todo el universo emitiese un leve “fulgor” de radiación de microondas en cualquier dirección hacia la cual apuntasen su antena. Su descubrimiento, actualmente denominado radiación cósmica de fondo, parece ser el remanente diluido del intenso calor y luz desprendidos en los momentos iniciales de la explosión primordial.

La radiación de fondo cósmico puede compararse al calor y la luz que desprende el rescoldo de un fuego. Esa radiación ya no se halla en la región visible del espectro electromagnético sino en la infrarroja. Podría decirse que el “rescoldo” de la bola de fuego original del universo se encuentra a estas alturas muy frío y no emite ya ni tan solo Teoría del Big Bang

radiación infrarroja. En su lugar se desprende radiación de microondas, de longitud de onda mayor y menor energía, detectable solamente mediante receptores de alta sensibilidad. Como cualquier radiación, las microondas existen en forma de “partículas de luz”, llamadas fotones; los fotones de la radiación de fondo cósmico corresponden a una temperatura tremendamente baja, de tres grados por encima del cero absoluto.

Sorprendentemente, casi veinte años antes de su descubrimiento, el científico George Gamow había predicho la existencia de dicha radiación de fondo cósmico como resultado de su modelo “caliente” del universo. Utilizando el modelo de otros astrofísicos que predijeron en 1948 que el enfriamiento gradual del universo desde su fase incandescente inicial debería conducir, en el momento presente, a una radiación de fondo correspondiente a una temperatura cinco grados por encima del cero absoluto. Hoy en día, la presencia universal de ese fondo de radiación de microondas convence a la mayoría de científicos de que el universo no sólo tuvo un principio sino que dicho principio tuvo lugar en forma de una gigantesca explosión o “Big Bang”.

III. TEORÍA DEL BIG BANG

Teoría del Big Bang

En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión (Big Bang), cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos. Cálculos más

recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios de la Gran Explosión, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo, la teoría de Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios

del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia

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