La Teoría del Big Bang

El Universo muestra propiedades muy parecidas en todas las direcciones. Dado que no hay ninguna razón para que estemos situados justo en su centro, eso indica que el Universo es parecido en todas partes, lo cual indica la propiedad de homogeneidad. El modelo del Big Bang se basa en ese supuesto, así como en que el Universo está expandiéndose.

Debido a esa expansión, si se retrocediera en el tiempo, se vería cómo la materia se va comprimiendo más y más hasta alcanzar densidades muy grandes. Antes de llegar al instante cero, definido como el tiempo en el que la densidad se hace infinita, la física actual deja de ser válida. Se hace necesario aplicar una teoría cuántica de la gravedad. Lo que si se puede lograr es acercarse mucho a ese instante cero (hasta tan sólo 10^-43 s de él, lo que se conoce como tiempo de Planck. A partir de ese instante, el modelo del Big Bang empieza a ser una buena descripción de la historia del Universo.

Según esta teoría, el universo se originó a partir de una gran explosión que proyectó toda la energía y la materia existentes, donde Según Tipler, P. y Mosca, G. (2 011), inicialmente, las cuatro fuerzas de la naturaleza (fuerte, electromagnética, débil y gravitatoria) se encontraban unificadas en una sola fuerza. Los físicos han conseguido desarrollar con éxito teorías que unifican las tres primeras fuerzas, pero hasta ahora no existe la teoría cuántica de la gravedad, necesaria para las densidades gigantescas de aquel período con una sola fuerza. La elaboración de esta teoría la inició Einstein en 1917. Se partió de la hipótesis que en el Universo la distribución de la materia era uniforme, un universo homogéneo e isótropo, que no cambiaba de forma con el tiempo, un universo en equilibrio. Para compensar el efecto de la gravedad, Einstein introdujo en su modelo una fuerza igual, pero de sentido contrario, a la que denominó constante cosmológica.

Según Martínez, F. y Turégano, J. (s.f.) en 1 924, el matemático A. Friedmann demostró que este modelo de universo no era posible, ya que con el paso del tiempo debía hacerse más grande o más pequeño, por lo que la constante cosmológica era innecesaria. Einstein estuvo de acuerdo con esta corrección. En 1 927, el astrónomo G. E. Lamaître expuso la teoría de que las galaxias provienen de la explosión de un núcleo inicial, llamado huevo cósmico o átomo primitivo.

En la misma línea de ideas, en 1 929, el astrónomo E. Hubble, al analizar el espectro de la luz que nos llega de las galaxias, dedujo que todas ellas se alejan de nuestro planeta, es decir, que el universo está en expansión. Además, entre 1 948 y 1 952, el físico G. Gamow coincidió con la hipótesis de Lamaître sobre el origen de las galaxias (fue el que propuso el nombre de Big Bang), pero discrepaba en la idea de que los primeros átomos en formarse fueran los pesados.

De acuerdo con Martínez, F. y Turégano, J. (s.f.) asevera que Gamow indicaba que el huevo cósmico estaba constituido por neutrones, que al descomponerse generaron protones y electrones, los cuales se aglutinaron y formaron átomos de hidrógeno y de helio, a partir los cuales se crearon los demás elementos.

A la teoría del Big Bang se le hizo la crítica que, si a partir de las galaxias más alejadas se calculaba el tiempo transcurrido, el resultado era de 2 000 millones de años, lo cual era absurdo, ya que solamente la Tierra tiene más de 4 000 millones de años. Según los cálculos realizados posteriormente, la gran explosión se produjo hace unos 13 700 millones de años.

Se puede compilar la información gráficamente en la siguiente imagen, a partir del Big Bang

El modelo del Big Bang se tomó en serio a partir de la década 1 960, cuando unos radioastrónomos descubrieron una señal de radio que identificaron como el eco remanente del Big Bang. Esta radiación de fondo tiene la frecuencia de las microondas. Se le conoce como radiación de fondo cósmica, porque procede de todas las direcciones del espacio, y de fondo, porque se detecta como una señal de radio, descubierta, de acuerdo con Tipler, P. y Mosca, G. (2 011), por Arno Penzias y Robert Wilson de los Bell Laboratories.

Según Álvarez, L. (2 010) la explicación de la radiación de fondo consiste, a groso modo,  en que el Universo empezó siendo mucho más caliente que una estrella. A medida que se fue expandiendo, se fue enfriando. La radiación comenzó a viajar libremente por el espacio. Cuando la radiación escapó, era muy similar a la luz del Sol; pero desde entonces se ha desplazado al rojo y se ha estirado hacia longitudes de onda más grandes, convirtiéndose en microondas. Ahora todo el Universo está lleno de esta radiación, como un horno microondas, pero muy frío, aproximadamente -270 ºC. La radiación de fondo se estudió usando satélites diseñados para su observación.

En los diez últimos años se ha demostrado que esta radiación no es perfectamente uniforme, y ha servido para conocer un poco más la naturaleza del Universo en el que vivimos. Donde la materia era un poco menos densa que la media, la radiación pudo enfriarse un poco, pero donde era más densa no. Así, estas diferencias en la temperatura quedaron impresas en la radiación.

Como material complementario a lo descrito hasta acá, se recomienda observar el siguiente video

Cuando los satélites fueron lo suficientemente sofisticados, ya en nuestro siglo, como el satélite COBE, encontraron que la temperatura media del fondo cósmico de microondas es 2,7250 K, (-270,42 º C) y cuyas fluctuaciones están entre 2,7249 y 2,7251 K.