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EL BIG BANG: Durante casi todo el
transcurso de la historia de la Física y de la Astronomía modernas no hubo
fundamentos adecuados, de observación y teóricos, sobre los cuales construir una
historia del Universo primitivo. Desde mediados de la década del ‘60, todo esto
ha cambiado.
Se ha difundido la aceptación de una teoría sobre el Universo
primitivo que los astrónomos suelen llamar “el modelo corriente”. Es muy similar
a lo que a veces se denomina la teoría del Big Bang o “Gran explosión”, pero
complementada con indicaciones mucho más específicas sobre el contenido del
Universo.
Si escuchamos el
silbato de un tren que se aleja rápidamente, su silbido nos parecerá más grave
que si el tren estuviera quieto. El sonido parece tener una mayor longitud de
onda cuando el tren se aleja. Esta situación corresponde al fenómeno señalado
primeramente por Johann Doppler en 1842. De la misma manera, la luz de una
fuente que se aleja es percibida como si tuviese una longitud mayor: si el color
original fuera naranja, la luz se percibiría más rojiza.
Esto se llama
“corrimiento hacia el rojo” y es una manifestación del efecto Doppler en las
ondas luminosas. Ciertos análisis de la luz proveniente de estrellas y galaxias
muestran que, en la inmensa mayoría de los casos, hay un corrimiento hacia el
rojo. Esto puede explicarse suponiendo un Universo en expansión en el que cada
galaxia se aleja de las otras; como si fuese el resultado de algún género de
explosión.
A mediados de los
años ‘60, A. Penzias y R. Wilson detectaron ondas de radio de longitudes
cercanas a los 10 cm (microondas), procedentes del espacio exterior con una
particularidad singular. La intensidad de estas señales era la misma
independientemente de la dirección en que se situara la antena. Por lo tanto, no
podían ser adjudicadas a ninguna estrella, galaxia o cuerpo estelar en
particular. Estas microondas parecían llenar todo el espacio y ser equivalentes
a la radiación emitida por un cuerpo negro a 3K. Los astrofísicos teóricos
comprendieron que esta “radiación cósmica de fondo de microondas” era compatible
con la suposición de que en el pasado el Universo era muy denso y caliente.
En el comienzo hubo
una explosión. No como las que conocemos en la Tierra, que parten de un centro
definido y se expanden hasta abarcar una parte más o menos grande del aire
circundante, sino una explosión que se produjo simultáneamente en todas partes,
llenando desde el comienzo todo el espacio y en la que cada partícula de materia
se alejó rápidamente de toda otra partícula. “Todo el espacio”, en este
contexto, puede significar, o bien la totalidad de un Universo infinito,
o bien la totalidad de un Universo finito que se curva sobre sí mismo
como la superficie de una esfera. Ninguna de estas posibilidades es fácil de
comprender, pero esto no debe ser un obstáculo; en el Universo primitivo,
importa poco que el espacio sea finito o infinito.
Representación
ilustrada del Big Bang.
Telescopio espacial Hubble (NASA). El corrimiento
hacia el rojo en la composición espectral de la luz estelar
puede ser
interpretado suponiendo que el Universo está en expansión.
Al cabo de un
centésimo de segundo aproximadamente, que es el momento más primitivo del que
podemos hablar con cierta seguridad, la temperatura fue de unos cien mii
millones (1011) de grados centígrados.
Se trata de un calor mucho mayor aún que
el de la estrella más caliente, tan grande, en verdad, que no pueden mantenerse
unidos los componentes de la materia ordinaria: moléculas, átomos, ni siquiera
núcleos de átomos. En cambio, la materia separada en esta explosión consistía en
diversos tipos de las llamadas partículas elementales, que son el objeto de
estudio de la moderna Física nuclear de altas energías.
Las microondas que se detectan con igual
intensidad en cualquier dirección en que se apunte la antena, no pueden provenir
de un cuerpo celeste en particular. Son propias del conjunto del Universo y
hacen suponer que en el pasado éste era denso y caliente.
Un tipo de partícula
presente en gran cantidad era el electrón, partícula con carga negativa que
fluye por los cables transportadores de corriente eléctrica y constituye las
partes exteriores de todos los átomos y moléculas del Universo actual. Otro tipo
de partículas que abundaban en tiempos primitivos era el positrón, partícula de
carga positiva que tiene la misma masa que el electrón.
En el Universo actual,
sólo se encuentran positrones en los laboratorios de altas energías, en algunas
especies de radiactividad y en los fenómenos astronómicos violentos, como los
rayos cósmicos y las supernovas; pero en el Universo primitivo el número de
positrones era casi exactamente igual al número de electrones. Además de los
electrones y los positrones, había cantidades similares de diversas clases de
neutrinos, fantasmales partículas que carecen de masa y carga eléctrica.
Finalmente, el Universo estaba lleno de fotones de luz.
Estas partículas eran
generadas continuamente a partir de la energía pura, y después de una corta
vida, eran aniquiladas nuevamente. Su número, parlo tanto, no estaba
prefijado, sino que lo determinaba el balance entre los procesos de creación
y de aniquilamiento.
De este balance, podemos inferir que la densidad
de esta “sopa cósmica”, a una temperatura de cien mil millones de grados, era
cuatro mil millones (4. 10 a la 9) de veces mayor que la del agua.
Hubo también una pequeña contaminación de partículas más pesadas,
protones y neutrones, que en el mundo actual son los constituyentes de los
núcleos atómicas. Las proporciones eran más o menos de un protón y un
neutrón por cada mil millones de electrones, positrones, neutrinos o fotones. A
medida que la explosión continuaba, la temperatura fue disminuyendo, hasta
llegar a los treinta mil millones (3. 10 a la 10) de grados centígrados después
de undécimo de segundo, diez mil millones de grados después de un segundo y tres
mil millones de grados después de unos catorce segundos.
Esta temperatura era
suficientemente baja como para que los electrones y positrones comenzaran a
aniquilarse más rápidamente de lo que podían ser recreados a partir de fotones y
los neutrinos. La energía liberada en este aniquilamiento de materia hizo
disminuir temporalmente la velocidad a la que se enfriaba el Universo, pero la
temperatura continuo disminuyendo, para llegar a los 1000 millones de grados al
final de los tres primeros minutos.
Esta temperatura
fue entonces suficiente para que los protones y neutrones empezaran a formar
núcleos complejos, comenzando con el núcleo del hidrógeno pesado (o deuterio),
que consiste en un
protón y un neutrón. La densidad era aún bastante elevada (un
poco menor que la del agua), de modo que estos núcleos ligeros pudieron unirse
rápidamente en el núcleo más estable del helio, que consiste en dos protones y
dos neutrones.
Al final de los tres
primeros minutos, el Universo contenía principalmente luz, neutrinos y
antineutrinos. Había también una pequeña cantidad de material nuclear, formado
ahora por un 73 % de hidrógeno y un 27 % de helio, aproximadamente, y por un
número igualmente pequeño de electrones que habían quedado de la época del
aniquilamiento entre electrones y positrones. Esta materia siguió separándose y
se volvió cada vez más fría y menos densa. Mucho más tarde, después de algunos
cientos de miles de años, se enfrió lo suficiente como para que los electrones
se unieran a los núcleos para formar átomos de hidrógeno y de helio. El gas
resultante, bajo la influencia de la gravitación, comenzaría a formar
agrupamientos que finalmente se condensarían para constituir las galaxias y las
estrellas del Universo actual. Pero los ingredientes con los que empezarían su
vida las estrellas serian exactamente los preparados en los tres primeros
minutos.
Fuente Consultada:Los tres primeros minutos del Universo.
Steven Weinberg (Premio Nobel). Barcelona. Salvat, 1993.
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