La teoría del big bang o de la "gran explosión" postula que nuestro universo surgió a partir de la colosal explosión de un simple punto infinitesimal con una densidad abismal incalculable. Esto ocurrió hace aproximadamente 14 mil millones de años.
Esta teoría está entre las más aceptadas en la actualidad para explicar el origen del universo. Además, establece que el universo está en constante expansión.
El big bang explicado momento a momento
1. Nacimiento del universo: la era de Planck
La era de Planck podría considerarse como el nacimiento de nuestro universo; es tan corta que no alcanza un segundo de duración (1/1043segundo). La densidad del universo para ese momento se calcula alrededor de 1090 kg/cm3 (la densidad de una piedra es aproximadamente 3 kg/cm3). Su tamaño llega a un centésimo de centímetro y es increíblemente caliente, con temperaturas de 1032 ºC (el agua hierve a 100 ºC).
2. Era de GUT
La era de GUT (o época de la gran unificación) va desde 1/1043 segundo a 1/1036segundo. En este período la fuerza de gravedad se separa de las fuerzas electromagnéticas y nucleares. En la era GUT las partículas subatómicas son indistinguibles. La temperatura es de 1027 ºC.
3. Era de la Inflación
La era de la inflación dura una milésima de segundo, desde 1/1036 hasta 1/1033 segundos. Como su nombre lo indica, el tamaño del universo pasa de ser extremadamente pequeño a sorpresivamente grande. La temperatura es de 1025 ºC.
4. Era Lepton-Quark
Esta etapa se caracteriza por un universo cargado de partículas elementales. Estas partículas son aniquiladas constantemente por sus antipartículas, formando fotones. Los fotones chocan y forman la materia. Así, las primeras partículas subatómicas, los protones y neutrones, se forman. Esto ocurre en la primera billonésima (1/1012 ) de segundo de la existencia del universo. La temperatura es 1015 ºC.
5. Primer centésimo de segundo
Se calcula que en la primera centésima de segundo el universo tiene el tamaño de nuestro sistema solar. La expansión continúa y el universo sigue increíblemente denso y caliente. Se forman partículas pesadas como mesones, protones y neutrones.
6. Primer segundo del universo
Para este momento el universo se ha enfriado a 10 mil millones de ºC y las partículas empiezan a perder energía. La relación es de 1 neutrón por 6 protones.
7. Nucleosíntesis: los primeros átomos
Al minuto tres, sigue el enfriamiento y protones y neutrones se juntan, formando los primeros átomos. El helio y el deuterio que existe hoy en el universo fueron creados durante esta era.
8. Radiación: aparece la luz
Los primeros 300.000 años del universo se caracterizan por la formación constante de fotones. La temperatura baja a 3000 ºC y la densidad también disminuye. El universo mide ahora 1 millón de años-luz aunque continúa en expansión. El momento en que la radiación se libera es conocido como desacoplamiento. Este momento marca la primera vez que la luz se transmitió libremente, lo más lejano que se puede "ver" con los telescopios.
9. Formación de estrellas y galaxias
Cuando el universo cumplió su primer millón de años, focos de mayor densidad actuaron como semillas, atrayendo materia. Estas "semillas" dieron origen a las estructuras cósmicas, estrellas y galaxias que vemos hoy.
Evidencias de la gran explosión
- La cantidad de deuterio y helio hoy se corresponde a la cantidad creada en el primer minuto de la gran explosión.
- El descubrimiento de las radiaciones de fondo de microonda cósmica que corresponden a la temperatura que se podría haber generado después de trescientos mil años de la gran explosión.
- La expansión del universo.
Historia de la teoría del big bang
El primero en demostrar la expansión del universo fue Alexander Friedmann (1888-1925) a través de las ecuaciones de la relatividad general de Albert Einstein.
El físico y cosmólogo belga George Lemaître (1894-1966) es considerado el padre de la teoría del big bang. Para describir el estado inicial del universo, Lemaître usó como metáfora "el átomo primitivo" y propuso la hipótesis del átomo primitivo en 1931.
Fue al final de los años 1940 que George Gamow, Ralph Alpher y Robert Herman transformaron la hipótesis de Lemaître en un modelo sofisticado de los inicios del universo. Ellos asumieron que el estado inicial sería una mezcla de nucleones y fotones comprimidos y muy calientes, presentando así el modelo de big bang caliente.
Los estudios de Edwin Powell Hubble (1889-1953), al mostrar que las galaxias se alejan en todas direcciones, ayudó a reforzar la teoría del big bang. Hubble identificó que las galaxias más distantes se alejan con mayor velocidad (ley de Hubble).
La ley de Hubble asume que en algún momento del pasado, el tamaño del universo era mínimo. Es entonces la gran expansión del universo la responsable por la creación de todo, incluyendo el espacio y el tiempo.
Vea también Historia de la física.
Curiosidades de la teoría del big bang
Origen del nombre de la teoría
El nombre de "big bang" o "gran explosión" con que se conoce actualmente esta teoría fue dado por el astrofísico inglés Fred Hoyle (1915-2001) en 1949, durante una entrevista a la BBC. Por cierto, Hoyle tenía su propia teoría del origen del universo (teoría del estado estacionario) y durante la entrevista expresó que la hipótesis de que toda la materia del universo fue creada en una gran explosión en un tiempo dado en un pasado remoto era "irracional" fuera de la ciencia.
Desacuerdos con respecto al nombre
Mucha gente considera que "big bang" es un nombre desafortunado, pues refleja el inicio del universo como una explosión, y no como una constante expansión.