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10 hechos sorprendentes sobre la teoría del Big Bang

Es el origen de todo nuestro Universo observable, pero aún no es el comienzo de todo.

Si le preguntas a un científico dónde comenzó el Universo, «el Big Bang» es la respuesta más probable. Nuestro Universo lleno de estrellas, galaxias y una red cósmica de estructura a gran escala, todos separados por la inmensidad del espacio vacío entre ellos, no nació de esa manera y no ha existido en esta forma para siempre. En cambio, el Universo llegó a ser de esta manera porque se expandió y se enfrió desde un estado caliente, denso, uniforme, lleno de materia y radiación sin galaxias, estrellas o incluso átomos presentes al principio.





Todo, tal como existe en su forma actual, no era como es hoy hace unos 13.800 millones de años. Además, toda esa historia se descubrió solo durante los últimos 100 años. Pero incluso con todo esto, hay una gran cantidad de hechos que la mayoría de las personas, incluso muchos científicos, no entienden.

¡Aquí están nuestros 10 datos principales sobre el Big Bang!

1. Einstein la descartó por primera vez cuando se le presentó como una posibilidad





La teoría general de la relatividad de Einstein fue una teoría revolucionaria de la gravedad, propuesta en 1915, como sucesora de la teoría de Newton. Predijo el movimiento orbital de Mercurio con una precisión que la teoría de Newton no podía, predijo la curvatura de la luz de las estrellas por masa confirmada en 1919, y predijo la existencia de ondas gravitacionales, confirmada hace algún tiempo. Pero también predijo que un Universo que estuviera lleno de materia y estático, o que no cambiara con el tiempo, sería inestable.

expedición de Eddington
Los resultados de la expedición de Eddington de 1919 mostraron, de manera concluyente, que la Teoría General de la Relatividad describía la curvatura de la luz de las estrellas alrededor de objetos masivos, derribando la imagen newtoniana. Esta fue la primera confirmación observacional de la teoría de la gravedad de Einstein.

Cuando el sacerdote y científico belga Georges Lemaître, en 1927, planteó la idea de que el tejido del espacio-tiempo del Universo podría ser muy grande y en expansión, habiendo surgido de un estado más pequeño, más denso y más uniforme en el pasado, Einstein le respondió:

Vos calculs sont corrects, mais votre physique est abominable





que significa «¡Tus cálculos son correctos, pero tu física es abominable!»

2. El descubrimiento de Hubble del Universo en expansión lo convirtió en una idea seria

Aunque muchos científicos consideraban que las nebulosas espirales en el cielo eran galaxias distantes por sí solas incluso antes de Einstein, fue el trabajo de Edwin Hubble en la década de 1920 el que demostró que esto no solo era cierto, sino que cuanto más distante estaba una galaxia, más rápido se alejaba de nosotros. Este hecho, la Ley de Hubble, que describe la expansión del Universo, condujo a una interpretación muy sencilla consistente con la idea del Big Bang:

Si el Universo se está expandiendo hoy, ¡entonces era más pequeño y más denso en el pasado!

descubrimiento de Hubble
Edwin Hubble durante el proyecto de realización de un atlas celeste. Bettmann / Bettmann Archive

3. La idea existía desde 1922, pero fue ampliamente descartada durante décadas

El físico soviético Alexander Friedmann ideó la teoría en 1922, cuando fue criticado por Einstein. El trabajo de Lemaître de 1927 también fue descartado por Einstein, e incluso después del trabajo de Hubble en 1929, la idea de que el Universo era más pequeño, más denso y más uniforme en el pasado era solo una idea marginal. Hubble proporcionó las observaciones que proporcionarían la evidencia más sólida de la expansión del Universo, pero no apoyó públicamente la teoría hasta mucho más tarde.

Sin embargo, críticamente, Lemaître agregó la idea de que el desplazamiento hacia el rojo de las galaxias podría explicarse por esta expansión del espacio, y que debe haber habido un «momento de creación» inicial al principio, que se conocía como el «átomo primitivo». o el “huevo cósmico” durante décadas.

4. La teoría saltó a la fama en la década de 1940 cuando hizo una sorprendente serie de predicciones

George Gamow, un científico estadounidense que se enamoró de las ideas de Lemaître, se dio cuenta de que si el Universo se estaba expandiendo hoy, entonces la longitud de onda de la luz en él aumentaba con el tiempo y, por lo tanto, el Universo se estaba enfriando. Si hace frío hoy, entonces debe haber estado más caliente en el pasado.

Georges Lemaitre
Robert A. Millikan, Georges Lemaitre y Albert Einstein en el California Institute of Technology, enero de 1933.

Extrapolando hacia atrás, reconoció que una vez hubo un período de tiempo en el que hacía demasiado calor para que se formaran átomos neutros, y luego un período anterior en el que hacía demasiado calor incluso para que se formaran los núcleos atómicos. Por lo tanto, a medida que el Universo se expandió y se enfrió, debe haber formado los elementos ligeros y luego los átomos neutros por primera vez, lo que resultó en la existencia de una «bola de fuego primigenia» o un fondo cósmico de radiación fría solo unos pocos grados por encima del cero absoluto.

5. El nombre “Big Bang” surgió del más ferviente detractor de la teoría, Fred Hoyle

Una teoría que hace un conjunto diferente de predicciones, la teoría del estado estacionario del universo, fue en realidad la teoría principal del universo en las décadas de 1940, 1950 y hasta la década de 1960, como la afirmación de que la gran mayoría de los átomos procedían de estrellas que murió, y no de este estado temprano, caliente y denso, fue confirmado por la física nuclear. Hoyle, hablando con la BBC, acuñó el término en una entrevista de radio de 1949, diciendo:

Una idea era que el Universo comenzó su vida hace un tiempo finito en una única gran explosión, y que la expansión actual es una reliquia de la violencia de esta explosión. Esta idea del big bang me pareció insatisfactoria incluso antes de que un examen detallado mostrara que conduce a serias dificultade.

Fred Hoyle
Fred Hoyle era un habitual de los programas de radio de la BBC en las décadas de 1940 y 1950, y una de las figuras más influyentes en el campo de la nucleosíntesis estelar. Su papel como el detractor más vocal del Big Bang, incluso después de que se descubriera la evidencia crítica que lo respalda, es uno de sus legados más duraderos.

6. Inicialmente se pensó que el descubrimiento de 1964 del brillo sobrante del Big Bang era de excremento de pájaro

En 1964, los científicos Arno Penzias y Bob Wilson, que trabajaban en Holmdel Horn Antenna en Bell Labs, descubrieron una señal de radio uniforme proveniente de todas partes del cielo a la vez. Sin darse cuenta de que era el brillo sobrante del Big Bang, pensaron que era un problema con la antena e intentaron calibrar este «ruido».

Cuando eso no funcionó, ¡fueron a la antena y descubrieron nidos de palomas viviendo allí!

Arno Penzias y Bob Wilson
Esta imagen muestra a Arno Penzias y Robert Wilson, co-descubridores del Fondo Cósmico de Microondas, con la Antena Holmdel Horn utilizada para descubrirlo. Su descubrimiento completamente fortuito ha sido interpretado como la evidencia más sólida del origen del Big Bang de nuestro Universo.

Limpiaron los nidos (y excrementos) de las palomas de allí y, sin embargo, la señal permaneció. La comprensión de que se trataba del descubrimiento de la predicción de Gamow reivindicó el modelo del Big Bang, afianzándolo como el origen científico de nuestro Universo. También convierte a Penzias y Wilson en los únicos científicos ganadores del Nobel que limpian los excrementos de animales como parte de su investigación digna del premio.

7. La confirmación del Big Bang nos da una historia explícita de la formación de estrellas, galaxias y planetas rocosos en el Universo

Si el Universo comenzó caliente, denso, en expansión y uniforme, entonces no solo nos enfriaríamos y formaríamos núcleos atómicos y átomos neutros, sino que la gravitación tardaría tiempo en unir los objetos en estructuras colapsadas gravitacionalmente.

Las primeras estrellas tardarían entre 50 y 100 millones de años en formarse; las primeras galaxias no se formarían hasta dentro de 150-250 millones de años; Las galaxias del tamaño de la Vía Láctea pueden tardar miles de millones de años, y los primeros planetas rocosos no se formarían hasta que vivieran varias generaciones de estrellas, quemaran su combustible y murieran en catastróficas explosiones de supernovas.

historia cósmica
Una ilustración de nuestra historia cósmica, desde el Big Bang hasta el presente, dentro del contexto del Universo en expansión. No podemos estar seguros, a pesar de lo que muchos han sostenido, que el Universo comenzó a partir de una singularidad. Sin embargo, podemos dividir la ilustración que ves en las diferentes eras en función de las propiedades que tenía el Universo en esos momentos particulares. Ya estamos en la era final dominada por la energía oscura.

Puede que no sea una coincidencia que estemos observando el Universo ahora, 13.800 millones de años después del Big Bang; ¡podría ser que el Universo tardó tanto, o casi, en «madurar» lo suficiente como para que la vida inteligente llegara a existir!

8. Las fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas nos dicen cuán casi perfectamente uniforme era el Universo al comienzo del Big Bang

El fondo cósmico de microondas es de solo 2.725 K hoy, pero las fluctuaciones que se muestran arriba tienen una magnitud de solo ~ 100  micro Kelvin. El hecho de que el brillo remanente del Big Bang tenga ligeras faltas de uniformidad de una magnitud particular en ese tiempo temprano nos dice que el Universo era uniforme a 1 parte en 30,000, pero las fluctuaciones son las que dan origen a toda la estructura. — estrellas, galaxias, etc. — que vemos en el Universo hoy.

Épocas cósmicas
Las estrellas y galaxias que vemos hoy no siempre existieron, y cuanto más retrocedemos, más se acerca a una aparente singularidad el Universo, a medida que avanzamos hacia estados más calientes, más densos y más uniformes. Sin embargo, hay un límite para esa extrapolación, ya que retroceder hasta una singularidad crea acertijos que no podemos resolver.

9. El Big Bang en sí ya no significa necesariamente el comienzo

Es tentador extrapolar este estado de expansión caliente y denso hasta una singularidad, como hizo Lemaître hace casi 100 años. Pero hay un conjunto de observaciones , lideradas por las fluctuaciones en la bola de fuego primigenia, que nos enseñan que hubo un estado diferente antes de eso, donde toda la energía del Universo era inherente al espacio mismo, y ese espacio se expandió a un ritmo exponencial. Este período se conoció como inflación cósmica, y todavía estamos investigando los detalles al respecto. La ciencia avanza cada vez más hacia atrás, pero hasta ahora, no se vislumbra un final.

destinos posibles del Universo
Los diferentes destinos posibles del Universo, con nuestro destino real y acelerado que se muestra a la derecha. Después de que pase suficiente tiempo, la aceleración dejará cada estructura galáctica o supergaláctica unida completamente aislada en el Universo, ya que todas las demás estructuras aceleran irrevocablemente. Solo podemos mirar al pasado para inferir la presencia y las propiedades de la energía oscura, que requieren al menos una constante, pero sus implicaciones son mayores para el futuro.

10. Y la forma en que comenzó el Universo no nos dice la forma en que terminará

Finalmente, el Big Bang nos dice que hubo una carrera entre la gravedad, tratando de volver a colapsar el Universo en expansión, y la expansión inicial, tratando de separarlo todo. Pero el Big Bang por sí solo no nos dice cuál será el destino; eso requiere saber de qué está hecho todo el Universo.

Con la existencia de la energía oscura, descubierta recién en 1998, hemos aprendido que no solo ganará la expansión, sino que las galaxias más distantes seguirán acelerándose en su recesión con respecto a nosotros. Nuestro destino frío, solitario y vacío es lo que obtenemos en un Universo de energía oscura, pero si el Universo hubiera nacido con un poco más de materia o radiación que la que tenemos hoy, ¡nuestro destino podría haber sido muy diferente!

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