Astronomia

El Origen del Universo

Se trata de un acontecimiento postulado por la teoría cosmológica

generalmente aceptada. Los astrónomos están convencidos en su gran

mayoría de que el Universo surgió en un instante definido, entre 12.000 y

20.000 millones de años antes del momento actual. Los primeros indicios de

este hecho provinieron del descubrimiento por parte del astrónomo

estadounidense Edwin Hubble, en la década de 1920, de que el Universo se

está expandiendo y los cúmulos de galaxias se alejan entre sí. La teoría de la

relatividad general propuesta por Albert Einstein también predice esta

expansión. Si los componentes del Universo se están separando, esto

significa que en el pasado estaban más cerca, y retrocediendo lo suficiente

en el tiempo se llega a la conclusión de que todo salió de un único punto

matemático (lo que se denomina una singularidad), en una bola de fuego

conocida como Gran Explosión o Big Bang. El descubrimiento en la década

de 1960 de la radiación de fondo cósmica, interpretada como un ‘eco’ del Big

Bang, fue considerado una confirmación de esta idea y una prueba de que el

Universo tuvo un origen.

No hay que imaginarse el Big Bang como la explosión de un trozo de materia

situado en el vacío. En el Big Bang no sólo estaban concentradas la materia y

la energía, sino también el espacio y el tiempo, por lo que no había ningún

lugar ‘fuera’ de la bola de fuego primigenia, ni ningún momento ‘antes’ del Big

Bang. Es el propio espacio lo que se expande a medida que el Universo

envejece, alejando los objetos materiales unos de otros.

Inflación

La teoría inflacionaria, teoría estándar del origen del Universo, implica un

proceso denominado inflación, y se basa en una combinación de las ideas

cosmológicas con la teoría cuántica y la física de las partículas elementales.

Si tomamos como tiempo cero el momento en que todo surgió a partir de una

singularidad, la inflación explica cómo una ‘semilla’ extremadamente densa y

caliente que contenía toda la masa y energía del Universo, pero de un

tamaño mucho menor que un protón, salió despedida hacia afuera en una

expansión que ha continuado en los miles de millones de años transcurridos

desde entonces. Según la teoría inflacionaria, este empuje inicial fue debido a

procesos en los que una sola fuerza unificada de la naturaleza se dividió en

las cuatro fuerzas fundamentales que existen hoy: la gravitación, el

electromagnetismo y las interacciones nucleares fuerte y débil. Esta breve

descarga de antigravedad surgió como una predicción natural de los intentos

de crear una teoría que combinara las cuatro fuerzas.

La fuerza inflacionaria sólo actuó durante una minúscula fracción de segundo,

pero en ese tiempo duplicó el tamaño del Universo 100 veces o más,

haciendo que una bola de energía unas 1020 veces más pequeña que un

protón se convirtiera en una zona de 10 cm de extensión (aproximadamente

como una naranja grande) en sólo 15 × 10-33 segundos. El empuje hacia

afuera fue tan violento que, aunque la gravedad está frenando las galaxias

desde entonces, la expansión del Universo continúa en la actualidad.

Aunque siguen debatiéndose los detalles del funcionamiento de la inflación,

los cosmólogos creen entender todo lo que ha ocurrido con posterioridad,

desde que el Universo tenía una diezmilésima de segundo de antigüedad,

cuando la temperatura era de un billón de grados y la densidad era en todas

partes la que existe actualmente en el núcleo de un átomo. En esas

condiciones, las partículas materiales como electrones o protones eran

intercambiables con energía en forma de fotones (radiación). Los fotones

perdían energía, o desaparecían por completo, y la energía perdida se

convertía en partículas. Al contrario, las partículas desaparecían y su energía

reaparecía como fotones, según la ecuación de Einstein E = mc2. Aunque

estas condiciones son extremas en comparación con nuestra experiencia

cotidiana, corresponden a energías y densidades estudiadas rutinariamente

en los actuales aceleradores de partículas: por eso los teóricos están

convencidos de entender lo que ocurría cuando todo el Universo se hallaba

en ese estado.

A medida que el Universo se iba enfriando, los fotones y las partículas materiales ya no

tenían suficiente energía para ser intercambiables, y el Universo, aunque seguía

expandiéndose y enfriándose, empezó a estabilizarse en un estado en el que el número de

partículas permanecía constante (materia estable bañada en el calor de la radiación). Una

centésima de segundo después del ‘principio’, la temperatura había caído hasta los 100.000

millones de grados, y los protones y neutrones se habían estabilizado. Al principio había el

mismo número de protones que de neutrones, pero durante un tiempo las interacciones entre

estas partículas y los electrones de alta energía convirtieron más neutrones en protones que

protones en neutrones. Una décima de segundo después del principio, ya sólo había 38

neutrones por cada 62 protones, y la temperatura había bajado a 30.000 millones de grados.

Algo más de un segundo después del nacimiento del Universo sólo había 24 neutrones por

cada 76 protones, la temperatura había descendido hasta 10.000 millones de grados, y la

densidad de todo el Universo ‘sólo’ era 380.000 veces superior a la del agua.

Para entonces, el ritmo de los cambios estaba decelerando. Fueron

necesarios casi 14 segundos desde el principio para que el Universo se

enfriara hasta los 3.000 millones de grados, momento en que las condiciones

fueron lo suficientemente suaves para permitir los procesos de fusión que se

producen en una bomba de hidrógenoo en el corazón del Sol. En esa fase,

los protones y neutrones individuales empezaron a permanecer unidos al

colisionar, formando un núcleo de deuterio (hidrógeno pesado) antes de

separarse por efecto de nuevas colisiones. Algo más de tres minutos después

del principio, el Universo era unas 70 veces más caliente que el centro del Sol

en la actualidad. Se había enfriado hasta sólo 1.000 millones de grados. Para

entonces sólo había 14 neutrones por cada 86 protones,

...