Big Bang

Actualmente, la mayoría de los cosmólogos aceptan el modelo del Big Bang porque la evidencia es tan sustancial que sugiere que esta teoría es correcta.

A continuación se muestra un breve resumen de los descubrimientos que condujeron gradualmente al desarrollo de esta teoría.

De todos modos, tenga en cuenta que esto es lo que creemos que sucedió; Todavía queda un largo camino por recorrer, antes de que tengamos respuestas definitivas a cuestiones esenciales como el origen del Universo y de la vida.

Importancia de la luz que proviene de las estrellas

En 1666, Isaac Newton estaba seguro de que la luz estaba formada por muchos colores.

En febrero de 1672, presentó una comunicación a la Royal Society en la que proporcionaba pruebas experimentales de que la luz blanca era una mezcla de rayos de diferentes colores.

Estos diferentes rayos se detectan cuando un rayo de luz atraviesa un prisma de vidrio.

Colores
La luz blanca que entra por un prisma de vidrio, sale del prisma con rayos de varios colores. Crédito: Wikipedia.

Mucho después, en 1859, Gustav Kirchhoff demostró que los cuerpos calientes emiten luz compuesta de diferentes colores según su composición química.

Espectro
Espectro de diferentes líneas. Crédito: web “path2space.com/spectra/”

Kirchhoff demostró que un objeto sólido caliente, rodeado por un gas tenue a temperaturas más bajas, produce luz en un espectro continuo con huecos en longitudes de onda discretas cuyas posiciones dependen de la composición química del gas circundante.

A partir de estos descubrimientos, comenzó a desarrollarse una rama importante de la ciencia astronómica: la espectroscopia, el estudio de los espectros de luz emitidos por cuerpos calientes.

Espectro solar
Estudio del espectro solar. Crédito: web “path2space.com/spectra/

El estudio del espectro de colores de la luz emitida por una estrella, permite conocer cuáles son los materiales que la componen.

De estas observaciones se dedujo que todas las estrellas tienen los mismos elementos químicos ya conocidos en la Tierra.

Importancia del efecto Doppler

En 1842, Christian Doppler, descubrió la variación de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento.

Doppler explicó este efecto en una monografía titulada “Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otras estrellas”.

Desde entonces se ha explicado por qué el tono de un sonido emitido por una fuente que se acerca al observador es más alto que cuando la fuente se está alejando.

Doppler
Ilustración de vector de efecto Doppler. Crédito: web “dreamstime.com”

Hippolyte Fizeau descubrió de forma independiente el mismo fenómeno en el caso de las ondas electromagnéticas en 1848.

En el caso del espectro visible de radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz cambia a longitudes de onda más largas, hacia el rojo.

Si el objeto se acerca, su luz tiene una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul.

Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso a altas velocidades, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y no puede ser captada por el ojo humano; simplemente mida con instrumentos de precisión como espectrómetros.

Estudio de la nebulosa de Andrómeda

Hacia 1887, se había logrado un progreso considerable en la obtención de fotografías.

Isaac Roberts obtuvo las primeras fotografías de la Nebulosa de Andrómeda, mostrando por primera vez las características básicas de su estructura en espiral.

Andrómeda
Fotografía de la galaxia de Andrómeda. Crédito: NASA.

A principios del siglo XX, los astrónomos debatieron enérgicamente si las nebulosas observadas en el cielo eran parte de nuestra Vía Láctea o si estaban fuera de ella y pertenecían a otra galaxia.

La mayoría creía que la Vía Láctea era la única galaxia del universo, formada por estrellas y nebulosas.

En 1912, el astrofísico Slipher del Observatorio Lowell midió la velocidad radial de la “Nebulosa de Andrómeda” y descubrió que tenía una velocidad que era la más rápida jamás registrada: unos 300 km por segundo.

Hubble pudo distinguir estrellas en la nebulosa de Andrómeda y pudo estimar su distancia a la Tierra, que calculó en 800.000 años luz, ocho veces más lejos que las estrellas más remotas conocidas.

A partir del efecto Doppler, Edwin Hubble inició el estudio de la teoría del Big Bang.

Galaxia espiral
Galaxia espiral NGC 6872. Crédito: NASA

En 1924, Edwin Hubble señaló que nuestra galaxia no es la única en el Universo, sino que hay miles de galaxias y que el Universo se está expandiendo.

En 1929, Hubble publicó un análisis de la velocidad radial de las nebulosas cuya distancia había calculado; eran sus velocidades relativas a la Tierra.

Afirmó que la gran mayoría mostró corrimientos al rojo en sus espectros.

Este fenómeno solo podría explicarse asumiendo que estas nebulosas se estaban alejando.

Aún más sorprendente fue el descubrimiento de que existía una relación directa entre la distancia de una nebulosa y su velocidad de rebote.

Hubble
Retrato de estudio de Edwin Hubble en 1931. Crédito: Wikipedia. Fotógrafo: Johan Hagemeyer.

Hubble concluyó que la única explicación consistente era que, al separar a un grupo local de las galaxias cercanas, todas las nebulosas extragalácticas estaban retrocediendo; y que cuanto más lejos estaban, más rápido se alejaban.

La expansión del universo

En la década de 1940, muchos físicos y astrofísicos habían verificado la verdad de la distancia de las estrellas y galaxias y, por tanto, de la expansión del universo.

Esto significaba que, según las leyes de la física, el mundo se estaba enfriando.

De ahí para deducir que antes, el mundo era más cálido y comprimido, solo había un paso.

Aplicando fórmulas matemáticas, se llegó a que hubo un momento original en el que todo el Universo quedó reducido a un espacio mínimo y sometido a enormes temperaturas.

Se concluyó que hubo un momento en que “eso” comenzó a expandirse a grandes velocidades.

Verificación de la teoría del Big Bang

Las predicciones de la teoría del Big Bang se han podido verificar a lo largo de la segunda mitad del siglo XX y principios del siglo XXI.

Los prodigiosos avances de la técnica en los últimos 50 años han permitido observar y medir, con creciente precisión,

  • la distancia de las galaxias,
  • la radiación fósil de fotones,
  • la distribución de los cuásares en el espacio,
  • el número de familias de partículas elementales.

    Expansión
    Una representación gráfica de la expansión del universo desde el Big Bang hasta la actualidad. Crédito: web “en.wikipedia.org/wiki/”

En esta imagen, la época inflacionaria se representa como la expansión dramática de la métrica vista a la izquierda.

Esta visualización puede ser confusa porque parece como si el universo se estuviera expandiendo hacia un espacio vacío preexistente a lo largo del tiempo.

Todo esto ha corroborado la vigencia de esta teoría, hasta ahora.

Es concebible que la fuerza de la gravedad universal provoque la expansión del universo a una velocidad decreciente.

Y que llegará un momento en que todas las galaxias comenzarán a juntarse.

Pero la “última noticia” es que esta velocidad de expansión está aumentando.

Galaxias
En el Universo hay miles de millones de galaxias. Crédito: web “cosmosmagazine.com”

No todo se explica con la teoría del Big Bang.

Las matemáticas que subyacen a esta teoría son inadecuadas e impotentes para explicar lo que sucede en las fronteras del tiempo y el espacio.

  • ¿Qué había antes del tiempo cero?
  • ¿Qué temperatura había en el momento cero?
  • ¿Qué era el espacio antes del Big Bang?
  • ¿Cuánto tiempo transcurrió antes del Big Bang?

Científicamente es imposible definir un tiempo cero, momento en el que la temperatura alcanzaría un valor infinito y el espacio alcanzaría un volumen cero.

Ese es simplemente el límite de nuestro conocimiento

Si la teoría del Big Bang es correcta, actualmente toda la materia estelar debería estar distribuida en la superficie de una inmensa esfera que se vuelve más extensa cada segundo.

Dentro de esta esfera universal, no quedaría nada más que la radiación producida por las estrellas.

Hawkings
Stephen Hawking físico teórico inglés. Crédito: web “britannica.com/biography/Stephen-Hawking”

En 2007, el prestigioso científico Stephen Hawking dijo que, según los cálculos, si la velocidad de expansión, un segundo después del Big Bang hubiera sido inferior a una parte en 100.000 billones, el universo se habría derrumbado sobre sí mismo antes de ahora, debido al tirón de gravedad.

Pero si la velocidad de expansión, 1 segundo después del Big Bang hubiera sido mayor en una parte en 100,000 billones, el universo, excediendo la fuerza de gravedad, se habría expandido tanto que ahora estaría prácticamente vacío.