Comprender la teoría del Big Bang

La teoría del big bang es la teoría dominante del origen del universo. En esencia, esta teoría afirma que el universo comenzó desde un punto inicial o singularidad, que se ha expandido durante miles de millones de años para formar el universo tal como lo conocemos ahora..

Primeros hallazgos del universo en expansión

En 1922, un cosmólogo y matemático ruso llamado Alexander Friedman descubrió que las soluciones a las ecuaciones de campo de relatividad general de Albert Einstein dieron como resultado un universo en expansión. Como creyente en un universo eterno y estático, Einstein agregó una constante cosmológica a sus ecuaciones, "corrigiendo" este "error" y eliminando así la expansión. Más tarde lo llamaría el mayor error de su vida..

En realidad, ya había evidencia observacional en apoyo de un universo en expansión. En 1912, el astrónomo estadounidense Vesto Slipher observó una galaxia espiral, considerada una "nebulosa espiral" en ese momento, ya que los astrónomos aún no sabían que había galaxias más allá de la Vía Láctea, y registró su desplazamiento al rojo, el cambio de una fuente de luz. hacia el extremo rojo del espectro de luz. Observó que todas esas nebulosas viajaban lejos de la Tierra. Estos resultados fueron bastante controvertidos en ese momento y no se consideraron sus implicaciones completas.

En 1924, el astrónomo Edwin Hubble pudo medir la distancia a estas "nebulosas" y descubrió que estaban tan lejos que en realidad no formaban parte de la Vía Láctea. Había descubierto que la Vía Láctea era solo una de muchas galaxias y que estas "nebulosas" eran en realidad galaxias por derecho propio..

Nacimiento del Big Bang

En 1927, el sacerdote y físico católico romano Georges Lemaitre calculó de forma independiente la solución de Friedman y nuevamente sugirió que el universo debe estar en expansión. Hubble apoyó esta teoría cuando, en 1929, descubrió que había una correlación entre la distancia de las galaxias y la cantidad de desplazamiento al rojo en la luz de esa galaxia. Las galaxias distantes se alejaban más rápido, que era exactamente lo que predijeron las soluciones de Lemaitre..

En 1931, Lemaitre fue más allá con sus predicciones, extrapolando hacia atrás en el tiempo, descubriendo que la materia del universo alcanzaría una densidad y temperatura infinitas en un tiempo finito en el pasado. Esto significaba que el universo debía haber comenzado en un punto de materia increíblemente pequeño y denso, llamado "átomo primitivo".

El hecho de que Lemaitre fuera un sacerdote católico romano preocupaba a algunos, ya que estaba presentando una teoría que presentaba un momento definido de "creación" para el universo. En las décadas de 1920 y 1930, la mayoría de los físicos, como Einstein, se inclinaban a creer que el universo siempre había existido. En esencia, la teoría del big bang fue vista como demasiado religiosa por muchas personas..

Big Bang vs. Estado estable

Si bien se presentaron varias teorías por un tiempo, en realidad fue solo la teoría del estado estacionario de Fred Hoyle la que proporcionó una competencia real para la teoría de Lemaitre. Irónicamente, fue Hoyle quien acuñó la frase "Big Bang" durante una emisión de radio de los años 50, con la intención de que fuera un término burlón para la teoría de Lemaitre..

La teoría del estado estacionario predijo que se creó nueva materia de tal manera que la densidad y la temperatura del universo se mantuvieron constantes a lo largo del tiempo, incluso mientras el universo se expandía. Hoyle también predijo que los elementos más densos se formaron a partir del hidrógeno y el helio a través del proceso de nucleosíntesis estelar, que, a diferencia de la teoría del estado estacionario, ha demostrado ser precisa.

George Gamow, uno de los alumnos de Friedman, fue el principal defensor de la teoría del big bang. Junto con sus colegas Ralph Alpher y Robert Herman, predijo la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), que es la radiación que debería existir en todo el universo como un remanente del Big Bang. A medida que los átomos comenzaron a formarse durante la era de la recombinación, permitieron que la radiación de microondas (una forma de luz) viajara a través del universo, y Gamow predijo que esta radiación de microondas aún sería observable hoy en día..

El debate continuó hasta 1965, cuando Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson se toparon con el CMB mientras trabajaban para los Laboratorios Bell Telephone. Su radiómetro Dicke, utilizado para radioastronomía y comunicaciones satelitales, alcanzó una temperatura de 3.5 K (una coincidencia cercana a la predicción de 5 K de Alpher y Herman).

A finales de los años sesenta y principios de los setenta, algunos defensores de la física del estado estacionario intentaron explicar este hallazgo mientras seguían negando la teoría del big bang, pero a fines de la década, estaba claro que la radiación CMB no tenía otra explicación plausible. Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel de física de 1978 por este descubrimiento.

Inflación Cósmica

Ciertas preocupaciones, sin embargo, permanecieron con respecto a la teoría del big bang. Uno de estos fue el problema de la homogeneidad. Los científicos preguntaron: ¿Por qué el universo se ve idéntico, en términos de energía, independientemente de en qué dirección se mira? La teoría del big bang no le da al universo temprano tiempo para alcanzar el equilibrio térmico, por lo que debería haber diferencias en la energía en todo el universo.

En 1980, el físico estadounidense Alan Guth propuso formalmente la teoría de la inflación para resolver este y otros problemas. Esta teoría dice que en los primeros momentos posteriores al Big Bang, hubo una expansión extremadamente rápida del universo naciente impulsado por la "energía de vacío de presión negativa" (que mayo estar relacionado de alguna manera con las teorías actuales de la energía oscura). Alternativamente, las teorías de la inflación, de concepto similar pero con detalles ligeramente diferentes, han sido presentadas por otros en los años posteriores.

El programa Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA, que comenzó en 2001, ha proporcionado evidencia que respalda firmemente un período de inflación en el universo temprano. Esta evidencia es especialmente fuerte en los datos de tres años publicados en 2006, aunque todavía hay algunas inconsistencias menores con la teoría. El Premio Nobel de Física 2006 fue otorgado a John C. Mather y George Smoot, dos trabajadores clave en el proyecto WMAP.

Controversias existentes

Si bien la teoría del Big Bang es aceptada por la gran mayoría de los físicos, todavía hay algunas preguntas menores al respecto. Sin embargo, lo más importante son las preguntas que la teoría ni siquiera puede intentar responder:

• Lo que existía antes del Big Bang?
• ¿Qué causó el Big Bang??
• ¿Es nuestro universo el único??

Las respuestas a estas preguntas pueden existir más allá del ámbito de la física, pero de todos modos son fascinantes, y las respuestas como la hipótesis del multiverso proporcionan un área intrigante de especulación para científicos y no científicos por igual..

Otros nombres para el Big Bang

Cuando Lemaitre propuso originalmente su observación sobre el universo primitivo, llamó a este estado inicial del universo el átomo primitivo. Años más tarde, George Gamow le aplicaría el nombre ylem. También se le ha llamado átomo primordial o incluso el huevo cósmico.