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La teoría del Big Bang: cómo comenzó el universo

El universo comenzó con una explosión. Los cosmólogos han predicho que las estrellas no se formaron durante otros 180 millones de años.
Imagen: © Shutterstock

La teoría del Big Bang representa cosmólogos 'los mejores intentos de reconstruir la historia de 14 mil millones de años del universo basado en la astilla de existencia visible hoy.

Diferentes personas usan el término "Big Bang" de diferentes maneras. En general, ilustra el arco del universo observable a medida que se adelgaza y se enfría desde un estado inicialmente denso y caliente. Esta descripción se reduce a la idea de que elEl cosmos se está expandiendo, un principio amplio análogo a la supervivencia del más apto en biología que pocos considerarían discutible.

Más específicamente, el Big Bang también puede referirse al nacimiento del propio universo observable, el momento en que algo cambió, dando inicio a los eventos que llevaron a la actualidad. Los cosmólogos han discutido durante décadas sobre los detalles de esa fracción de segundo, y ella discusión continúa hoy. [ Del Big Bang al presente: instantáneas de nuestro universo a través del tiempo ]

La teoría clásica del Big Bang

Durante la mayor parte de la historia de la humanidad, los observadores del cielo lo asumieron eterno e inmutable. Edwin Hubble asestó a esta historia un golpe experimental en la década de 1920 cuando sus observaciones demostraron que existían galaxias fuera de la Vía Láctea y que su luz parecía estirada, unaseñal de que estaban alejándose de la Tierra .

George Lemaître, un físico belga contemporáneo, interpretó los datos de Hubble y otros como evidencia de un universo en expansión, una posibilidad permitida por las ecuaciones de campo de Einstein recientemente publicadas relatividad general . Pensando hacia atrás, Lemaître infirió que las galaxias que se separan de hoy deben haber comenzado juntas en lo que él llamó el "átomo primitivo".

El primer uso público del término moderno para la idea de Lemaître en realidad provino de un crítico: el astrónomo inglés Fred Hoyle. El 28 de marzo de 1949, Hoyle acuñó la frase durante una defensa de su teoría preferida de un universo eterno que creaba materia para cancelarla dilución de la expansión. Hoyle dijo que la noción de que "toda la materia del universo fue creada en un big bang en un momento particular del pasado remoto" era irracional. En entrevistas posteriores, Hoyle negó haber inventado intencionalmente un nombre difamatorio , pero el apodo se mantuvo, para frustración de algunos.

"El Big Bang es un término realmente malo", dijo Paul Steinhardt, cosmólogo de Princeton. "El Big Stretch capturaría la idea correcta". La imagen mental de una explosión causa todo tipo de confusión, según Steinhardt.implica un punto central, una frontera en expansión y una escena en la que la metralla ligera vuela más rápido que los trozos más pesados. Pero un universo en expansión no se parece en nada a eso, dijo. No hay centro, ni borde, y las galaxias grandes y pequeñas se deslizan en elde la misma manera aunque más distante las galaxias se alejan más rápido bajo la influencia cosmológicamente reciente de la energía oscura.

Independientemente de su nombre, la teoría del Big Bang encontró una amplia aceptación por su incomparable capacidad para explicar lo que vemos. El equilibrio de la luz con partículas como protones y neutrones durante los primeros 3 minutos, por ejemplo, deje que los elementos tempranos se formen a una velocidad que prediga las cantidades actuales de helio y otros átomos de luz.

"Había una pequeña ventana en el tiempo en la que era posible que se formaran los núcleos", dijo Glennys Farrar, cosmóloga de la Universidad de Nueva York. "Después de eso, el universo siguió expandiéndose y no pudieron encontrarse entre sí, y antes[la ventana] hacía demasiado calor ".

Un plasma nublado llenó el universo durante los siguientes 378.000 años, hasta que un enfriamiento adicional permitió que los electrones y protones formaran átomos de hidrógeno neutros, y la niebla se disipó. La luz emitida durante este proceso, que desde entonces se ha extendido en microondas, es el primer objeto conocido.los investigadores pueden estudiar directamente. Conocido como fondo cósmico de microondas Radiación CMB, muchos investigadores la consideran la evidencia más sólida del Big Bang.

Una actualización explosiva

Pero a medida que los cosmólogos se adentraron más en los primeros momentos del universo, la historia se deshizo. Las ecuaciones de la relatividad general sugirieron una partícula inicial de calor y densidad ilimitados, una singularidad. Además de no tener mucho sentido físico, un origen singular no coincidíael CMB liso y plano. Las fluctuaciones en la formidable temperatura y densidad de la mota habrían producido franjas de cielo con diferentes propiedades , pero la temperatura del CMB varía solo una fracción de grado. La curvatura del espacio-tiempo también parece bastante plana, lo que implica un equilibrio inicialmente casi perfecto de materia y curvatura que la mayoría de los cosmólogos encuentran improbable.

Alan Guth propuso una nueva imagen de la primera fracción de segundo en la década de 1980, lo que sugiere que el universo pasó sus primeros momentos creciendo exponencialmente más rápido de lo que lo hace hoy. En algún momento, este proceso se detuvo y frenar produjo una densay un lío caliente pero no infinitamente de partículas que toma el lugar de la singularidad. "En mi propia mente, pienso en eso como el Big Bang, cuando el universo se calentó", dijo Farrar.

La teoría de la inflación, como se la llama, ahora tiene una plétora de modelos en competencia. Aunque nadie sabía mucho sobre qué hizo que el universo se expandiera tan rápidamente, la teoría se ha vuelto popular por su capacidad para explicar el aparentemente improbable CMB sin rasgos distintivos: La inflación conservó fluctuaciones menores que se convirtió en los cúmulos de galaxias actuales, mientras aplana los principales. "Es una historia muy dulce", dijo Steinhardt, quien ayudó a desarrollar la teoría. "Es la que les contamos a nuestros hijos".

más allá de la inflación

Investigaciones recientes han introducido dos arrugas en la narrativa cósmica de la teoría de la inflación. El trabajo de Steinhardt y otros sugiere que la inflación se habría detenido en algunas regiones como nuestro universo observable pero habría continuado en otras, produciendo una serie de territorios separados con "cadaconjunto concebible de propiedades cosmológicas, "como dice Steinhardt. Muchos físicos encuentran esto" multiverso "imagen desagradable, porque hace un número infinito de predicciones imposibles de comprobar.

En el frente experimental, los cosmólogos esperan que la inflación haya producido ondas gravitacionales que abarcan galaxias en el CMB, al igual que produjo ligeras variaciones de temperatura y densidad. Los experimentos actuales deberían ser lo suficientemente sensibles como para encontrarlas, pero las ondas primordiales del espacio-tiempo son un refugiono aparece a pesar de una falsa alarma en 2014 .

muchos investigadores esperan más precisos mediciones de CMB que podrían matar o validar , los muchos modelos de inflación que aún se mantienen. Otros físicos, sin embargo, no ven la suavidad del cosmos como un problema en absoluto - comenzó uniforme y no necesita explicación .

Mientras que los experimentales se esfuerzan por alcanzar nuevos niveles de precisión, algunos teóricos se han alejado de la inflación para buscar otras formas de aplastar el universo. Steinhardt, por ejemplo, está trabajando en un modelo de "gran rebote", que hace retroceder el reloj de partida inclusoAdemás, a un período anterior de contracción que suavizó el espacio-tiempo y preparó el escenario para una expansión explosiva. Él espera que dentro de poco, nuevas firmas, además de problemas como la falta de ondas gravitacionales primordiales, establecerán a los cosmólogos con unanueva historia de creación que contar. "¿Hay otras características observables que buscar?", dijo Steinhardt: "Pregúntame de nuevo en unos años y espero tener una respuesta".

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