La Teoría del Big Bang
¿Qué es el Big Bang?
Se entiende habitualmente por Big Bang el estado de alta densidad y temperatura que dio origen al universo observable.
La respuesta a por qué nos debemos creer esa historia del Big Bang no es corta precisamente, pero no porque haga falta mucha retórica, sino por la cantidad y solidez de todas las pruebas que soportan esta teoría.
¿Por qué es esta teoría tan importante?
El Big Bang juega el mismo papel que la evolución de Darwin en nuestras ideas sobre el Universo: ya no hace falta inventarse a un ser superior que haya ido creando galaxias, estrellas y planetas. El Big Bang obliga a los defensores de un dios a acorralarlo antes de los primeros 10-43 segundos después del Comienzo…después de ese punto, la “hipótesis de dios no ha sido necesaria”, como diría Laplace.
Hay que aclarar que la teoría en sí no dice cómo empezó en Universo, aunque se pueda pensar lo contrario por el nombre. Lo único que dice es que el Universo ha estado creciendo desde su comienzo (momento exacto que, aún, no tiene explicación científica).
Uno de los errores más comunes es pensar que el Big Bang ocurrió en algún lugar. En realidad no es que la materia saliera de una “explosión”, sino que toda la materia, y el espacio en sí, era minúsculo en un comienzo, para ir creciendo a lo largo de una serie de fases hasta llegar a hoy día.
Si midieras el tamaño de la pantalla que ahora mismo lees y la volvieras a medir mañana, esta habría crecido sin duda (¡pero una cantidad por supuesto ridícula!). Igual ocurre con la Tierra y el resto del Universo. Esa es en realidad la esencia del Big Bang.
LAS PRUEBAS:
1) Ley de Hubble
Cuanto más lejos estan los objetos en el Universo, más rápido se alejan de nosotros. Esto lo descubrió Hubble en 1929 mediante el desplazamiento hacia el color rojo en la luz de estrellas y galaxias lejanas.
Aunque a veces ésto se explica como consecuencia del efecto Doppler, la realidad es otra: conforme la luz viaja hacia nosotros durante millones de años, ha ido sufriendo la expansión del espacio, dando lugar al cambio de frecuencia.
2) Abundancia de elementos químicos ligeros
Hasta 300.000 años tras el Comienzo, el universo era un plasma de nucleos, electrones y radiación (fotones). A partir de ese momento, la expansión (y el enfriamiento que conlleva) permitió que los electrones y los nucleos se empezaran a combinar para formar átomos más o menos estables.
Y como la Naturaleza tiende a los mínimos de energía, los átomos más fáciles de formar fueron el Hidrógeno y el Helio. Con el tiempo, se formarían estrellas con estos materiales, y esas estrellas, al morir, esparcerían el resto de componentes pesados que habían ido creándose en su interior por fusión nuclear. Literalmente, todos nosotros estamos hechos de “polvo de estrellas”.
Las observaciones están totalmente en consonancia con las abundancias de materiales que predice este modelo.
3) La radiación de fondo: existencia.
Siguiendo con ese momento a los 300.000 años desde el inicio en que el Universo se hizo transparente, la teoría del Big Bang predice que el plasma habría tenido tiempo de sobra de llegar a un equilibrio térmico, de modo que en el momento en que se hizo transparente la radiación que se quedó debería ser la de un cuerpo negro.
Para mí esta es una de las mejores pruebas, ya que los datos encajan tan exactamente que es imposible pensar que pueda haber algo erróneo:
4) La radiación de fondo: irregularidades.
A pesar de que esta radiación de fondo es prácticamente igual en todas direcciones en que se mire (solo varía en aproximadamente 1 parte por 2000), sí que existen irregularidades, como se ve en este último mapa realizado por el satélite WMAP:
Pero en lugar de suponer un problema, esta es otra de las mejores pruebas del Big Bang, ya que en este caso las predicciones teóricas encajan mejor, si cabe, con las observaciones (el gráfico representa el espectro de potencia de las variaciones)
5) Edad de las estrellas.
La edad de las estrellas, aún dentro de las incertidumbres que se manejan, siempre concuerdan con el modelo del Big Bang, y por supuesto, aunque parezca trivial, ¡no se ha encontrado ninguna estrella de mayor edad que el Universo!.
6) ¡Consistencia!
Hay más argumentos técnicos a favor del Big Bang, pero me quedo con esta sencilla reflexión: todas las pruebas, independientemente, apuntan en la misma dirección.
¿Qué pasó antes del Big Bang?
CUn grupo de científicos aplicó un nuevo modelo matemático, basado en la combinación de la Teoría General de la Relatividad y la mecánica cuántica, que permite obtener detalles del universo antes del Big Bang: antes de la gran explosión existía un universo en contracción que "rebotó" en un Big Bounce o Gran Rebote para dar origen a nuestro universo actual.
La idea de que el universo comenzó con un Big Bang ha sido una gran barrera en los intentos científicos de entender el origen de nuestro universo en expansión.
Esto es así porque la física imperante en el inicio no nos es accesible, aunque sí lo es, aquello que ocurrió algunos segundos después de ese momento.
Como se describe en la Teoría General de la Relatividad de Einstein, el origen del Big Bang es un estado matemático -una singularidad de cero volumen que sin embargo contiene infinita densidad y energía.
A pesar de esto, Martin Bojowald profesor asistente de física en la Universidad Penn State han usado un nuevo modelo matemático para meterse en territorio desconocido: ¿Qué ocurrió ANTES del Big Bang?
El modelo usado combina la Teorgía de la Relavitivad con la física cuántica, específicamente la teoría Loop Quantum Gravity (Gravedad cuántica de bucles). La teoría está siendo desarrollada en el Penn State Institute for Gravitational Physics and Geometry y es un nuevo acercamiento a la meta de unificación de la relatividad con la cuántica.
Usando esta teoría, los científicos rastrearon hacia atrás el universo y encontraron que su punto de comienzo tenía un mínimo volumen que no es cero y una energía máxima que no es infinita. Como resultado, las ecuaciones continuaron produciendo resultados matemáticos válido incluso antes del Big Bang. Básicamente, con este método se pierde la singularidad que impedía avanzar en los cálculos. Pero, avanzar ¿hacia dónde?. Pues hacia un universo anterior que antes de colapsar, "rebotó" generando el universo actual. La idea del Universo oscilante no es nueva, fue propuesta por Richard Tolman, del Instituto Tecnológico de California, cuyos estudios y propuestas fueron publicados a comienzos de la década de 1930.
Esta teoría de gravedad cuántica indica que el tejido del espacio-tiempo tiene una geometría atómica que está tejido con una dimensión cuántica. Este tejido se desgarró bajo las extremas condiciones dominantes por la física cuántica cerca del Gran Rebote, causando que la gravedad se vuelva fuertemente repulsiva, por lo que, en vez de desaparecer hasta el infinito como se predice en la Teoría de la Relatividad, el universo rebotó en el Gran Rebote que dio nacimiento a nuestro universo en expansión. La teoría revela un universo en contracción antes del Gran Rebote, con una geometría espacio-temporal que era similar a la del universo actual.
Bojowald encontró que tenía que crear un nuevo modelo matemático para usar con la teoría del Bucle de gravedad cuántica para explorar el universo antes del Gran Rebote (Big Bounce) con más precisión.
Además de ser más preciso, el nuevo modelo es más corto. El científico reformuló los modelos usando una descripción matemática diferente lo que le permitió resolver explícitamente las ecuaciones y obtener una fuerte simplificación.
Las ecuaciones del modelo requieren parámetros para describir el estado del actual universo con precisión.Luego usó ese modelo para viajar atrás en el tiempo, "des-evolucionando" el universo para revelar su estado en tiempos anteriores.
Las ecuaciones del modelo contienen algunos parámetros "libres" que no son conocidos con precisión, aunque necesarios para describir ciertas propiedades. Bojowald descubrió que dos de estos parámetros son complementarios: uno es relevante casi exclusivamente luego del Big Bounce y el otro casi exclusivamente luego del Gran Rebote.
Los dos parámetros libres, que se encontraron complementarios, representan la incertidumbre cuántica en el volumen total del universo antes y después del Big Bang. "Estas incertidumbres son parámetros adicionales que aplican cuando pones un sistema en un contexto cuántico, como una teoría de la gravedad cuántica", comentó el científico. "Es similar a las relaciones de incertidumbre en física cuántica, donde hay complementariedad entre la posición de un objeto y su velocidad - si puedes medir una no puedes simultáneamente medir la otra". Similarmente, el estudio indica que hay complementariedad entre los factores de incertidumbre para el volumen del universo antes y después del Big Bounce. "Para todos los propósitos prácticos, la precisión de los factores de incertidumbre para el volumen del universo previo nunca será determinada por un procedimiento de cálculo hacia atrás desde condiciones actuales del universo, incluso con mediciones más exactas que seamos capaces de hacer".
"Un problema con el modelo número anterior es que no ves claramente qué son realmente los parámetros libres y cuál es su influencia. Este modelo matemático te da una mejorada expresión que contiene todos los parámetros libres y puedes inmediatamente ver la influencia de cada uno", explicó Bojowald.
El científico alcanzó una conclusión adicional luego de encontrar que al menos uno de los parámetros del universo previo no sobrevivió el Big Bounce. Esto permite pensar que los sucesivos universos no serán réplicas perfectas uno de otro. "La recurrencia eterna de universos absolutamente idénticos parece ser prevenida por la aparente existencia de un intrínseco olvido cósmico".
El trabajo se publica en la edición online de Nature Physics y será publicada en su versión impresa en la edición de agosto.
Re Post: Fuentes y Créditos: http://www.noticiasdelcosmos.com/2007/07/qu-pas-antes-del-big-bang.html
http://www.ciencia-explicada.com/2009/08/por-que-me-creo-el-big-bang.html
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