COSMOS, origen. Qué sabemos y qué no sabemos

EL ORIGEN DEL COSMOS . QUÉ SABEMOS Y QUÉ NO SABEMOS


El Big Bang

Muchas teorías intentan describir el origen del universo, dentro de las cuales, la teoría del Big Bang o “gran explosión”, es la más aceptada por la mayoría de los científicos en la actualidad.
Según los cálculos esta explosión de energía ocurrió hace unos 14 mil millones de años.

Se creó el tiempo, el espacio y toda la materia del universo fue evolucionando dando como resultado las partículas elementales, las estrellas, las galaxias, incluso nuestro planeta y nosotros mismos.
Hay que tener en cuenta que se denomina ”Big Bang”, pero en realidad ni hubo explosión ni fue grande, pues en rigor surgió de una «singularidad» infinitamente pequeña, seguida de la expansión del propio espacio.

Las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del Universo primigenio…En su origen, el Universo tenía una temperatura más alta y mayor densidad .

Se cree que los sucesivos choques y un cierto desorden hicieron que la materia se agrupara y se concentrase más en algunos lugares del espacio, así se formaron las primeras estrellas y las primeras galaxias.
Desde entonces, el Universo continúa en constante movimiento y evolución. Se expande y se enfría. ¿Cuál será su destino? Difícil saberlo. Por un lado la fuerza de la expansión aleja las galaxias entre sí, y por otro la fuerza de gravedad las atrae.

Esta teoría sobre el origen del Universo se basa en observaciones rigurosas y es matemáticamente correcta desde un instante después de la explosión, pero no tiene una explicación para el momento cero del origen del Universo, instante llamado “singularidad”.

De acuerdo a la teoría general de la relatividad, una singularidad es un punto teórico con volumen cero y densidad infinita, aquí, las leyes de la física no sirven para nada, ya que no se cumplen, ni siquiera es posible alcanzar en la práctica las temperaturas primigenias del universo para poder experimentar y esto desconcierta a los científicos.
Actualmente con los grandes “aceleradores de partículas” se busca recrear estas condiciones.

El universo en sus primeros momentos estaba lleno de forma homogénea de una energía muy densa y tenía una temperatura y presión concomitantes.
Se expandió y se enfrió, experimentando cambios de fase análogos a la condensación del vapor o a la congelación del agua, pero relacionados con las partículas elementales.

Aproximadamente 10-35 segundos después de la época de Planck un cambio de fase causó que el Universo se expandiese de forma exponencial durante un período llamado inflación cósmica.
Al terminar la inflación, los componentes materiales del Universo quedaron en la forma de un plasma de quarks-gluones.

Con el crecimiento en tamaño del Universo, la temperatura descendió. A cierta temperatura, y debido a un cambio aún desconocido denominado bariogénesis, los quarks y los gluones se combinaron en bariones tales como el protón y el neutrón, produciendo de alguna manera la asimetría observada actualmente entre la materia y la antimateria.
Las temperaturas aún más bajas condujeron a nuevos cambios de fase, que rompieron la simetría, así que les dieron su forma actual a las fuerzas fundamentales de la física y a las partículas elementales.
Más tarde, protones y neutrones se combinaron para formar los núcleos de deuterio y de helio, en un proceso llamado nucleosíntesis primordial.

Al enfriarse el Universo, la materia gradualmente dejó de moverse de forma relativista y su densidad de energía comenzó a dominar gravitacionalmente sobre la radiación.
Pasados 300.000 años, los electrones y los núcleos se combinaron para formar los átomos (mayoritariamente de hidrógeno). Por eso, la radiación se desacopló de los átomos y continuó por el espacio prácticamente sin obstáculos. Ésta es la radiación de fondo de microondas.

Al pasar el tiempo, algunas regiones ligeramente más densas de la materia casi uniformemente distribuida crecieron gravitacionalmente, haciéndose más densas, formando nubes, estrellas, galaxias y el resto de las estructuras astronómicas que actualmente se observan. Los detalles de este proceso dependen de la cantidad y tipo de materia que hay en el Universo.

Los tres tipos posibles se denominan materia oscura fría, materia oscura caliente y materia bariónica. Las mejores medidas disponibles muestran que la forma más común de materia en el universo es la materia oscura fría. Los otros dos tipos de materia sólo representarían el 20 por ciento de la materia del Universo.

El Universo actual parece estar dominado por una forma misteriosa de energía conocida como energía oscura. Aproximadamente el 70 por ciento de la densidad de energía del universo actual está en esa forma.

Una de las propiedades características de este componente del universo es el hecho de que provoca que la expansión del universo varíe de una relación lineal entre velocidad y distancia, haciendo que el espacio-tiempo se expanda más rápidamente que lo esperado a grandes distancias.

Cronología de la creación:

-1/100 (centésima) de segundo después del big-bang aparecen las partículas atómicas: protones, neutrones y electrones.

-Al cabo de 1 segundo se formaron los primeros núcleos de deuterio (1 protón + 1 neutrón + 1 electrón).

-Pasados unos minutos aparecen los núcleos de helio (2 protones + 2 neutrones + 2 electrones).
De a poco la creación lentifica su ritmo.

-Los átomos más ligeros, como el hidrógeno (1 protón + 1 electrón) se formaron 300 mil años mas tarde.

-Las nubes frías de hidrógeno y helio comienzan a condensarse al cabo de 1 millón de años, por la acción de la gravedad, dando origen a las primeras galaxias en las cuales aparecen las primeras protoestrellas. Estamos aquí a 100 millones de años del big-bang.

-Las estrellas y los planetas tal como los conocemos se formaron al cabo de 5 mil millones de años.

-La Tierra existe desde hace 4.600 millones de años, es decir, mas de 10 mil millones de años luego del big-bang.

Esta teoría se basa en la Relatividad General de Einstein y en combinación con las predicciones de la física nuclear y la física de partículas.

Pero si hubo un inicio, ¿Qué había antes, y, como terminará, si es que es así? ¿Y que fue lo que explotó o se expandió tan rápidamente?
Estas son algunas de las preguntas todavía sin respuesta. La teoría del big-bang tiene puntos fuertes pero dentro de cierto contexto. Algunos la consideran limitada o errónea, pese a que algunas investigaciones la avalan, y si bien da una explicación de como se formo el universo, sigue siendo limitada.

Todavía no somos lo suficientemente inteligentes para responder algunas de las preguntas fundamentales, aunque estamos en camino, de la misma manera que los sabios de la edad media –por ejemplo- ni sospechaban algunas “verdades” que hoy son irrefutables, como que la tierra es redonda, y gira alrededor del sol, que es una estrella mediana, una de las 100.000 millones que forman las Vía Láctea.
La ciencia ha avanzado enormemente en los últimos cien años, así que es de esperar que en el futuro aparezcan las respuestas y seguramente, nuevas preguntas, todavía más inteligentes.

Que el universo entero haya aparecido del vacío (o, de la nada) va en contra de nuestra intuición y por eso es difícil entender. La lógica con la que nuestra mente se relaciona con el mundo exterior y construye modelos del mismo, está construida sobre la base de experiencias con el mundo macroscópico y no con el mundo microscópico de las partículas elementales.

Es por esta razón que se trata de someter todos los procesos a un modelo sencillo de ‘causa-efecto’, y lo que no entre dentro de este modelo muy difícilmente lo podemos entender. Desafortunadamente el modelo ‘causa-efecto’ de la experiencia cotidiana, se rompe con las teorías cuánticas que explican el comportamiento de la materia a nivel subatómico.

En estos sistemas cuánticos es posible por ejemplo que un objeto o partícula esté simultáneamente en varios lugares, o que un objeto salte de un lugar a otro sin ‘pasar’ por los puntos intermedios (efecto del túnel cuántico).

El principio de incertidumbre dice que no es posible saber al mismo tiempo la posición y la velocidad de una partícula, por Ej., un electrón desaparece y aparece con la misma facilidad, sin que podamos decir a donde fue. Otra de las características de la materia a nivel cuántico es el entrelazamiento.

De acuerdo con el análisis estándar del entrelazamiento cuántico, dos fotones (partículas de luz) que nacen de una misma fuente coherente estarán entrelazados; es decir, ambas partículas serán la superposición de dos estados de dos partículas que no se pueden expresar como el producto de estados respectivos de una partícula.

En otras palabras: lo que le ocurra a uno de los dos fotones influirá de forma instantánea a lo que le ocurra al otro, dado que sus distribuciones de probabilidad están indisolublemente ligadas con la dinámica de ambas. Este hecho, que parece burlar el sentido común, ha sido comprobado experimentalmente, e incluso se ha conseguido el entrelazamiento triple, en el cual se entrelazan tres fotones.
Este tipo de situaciones no se ajustan al modelo ‘causa-efecto’ y no tienen equivalente alguno con procesos a escala humana, dominio de la física clásica, en la que con saber el tiempo empleado y la distancia recorrida obtenemos la velocidad de desplazamiento del objeto.

Preguntar qué había antes del big-bang es equivalente a preguntar qué hay más allá del borde del universo. ¿Existe un ‘espacio’ dentro del cual se está expandiendo el universo?
La respuesta igualmente va en contra de nuestra intuición: es el espacio mismo el que se está expandiendo en el big-bang.

El Big Bang explica la evolución del universo a partir del primer segundo, pero no explica cómo se generó el universo ni qué ocurrió antes del primer segundo.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *