Origen del Universo
En la cosmología moderna, el origen del Universo es el instante en que
apareció toda la materia y la energía que existe actualmente en el Universo como consecuencia de una gran
explosión. La postulación denominada Teoría del Big Bang es abiertamente aceptada por la
ciencia en nuestros días y conlleva que el Universo podría haberse originado
hace unos 13.700 millones de años, en un instante definido.1 2 En la década de 1930, el astrónomo
estadounidense Edwin Hubble confirmó que el Universo se estaba
expandiendo, fenómeno que Albert Einstein, con la teoría de la relatividad general, había predicho anteriormente. Sin
embargo, el propio Einstein no creyó en sus resultados, pues le parecía absurdo
que el Universo se encontrara en infinita expansión, por lo que agregó a sus ecuaciones
la famosa "constante cosmológica" (dicha constante resolvía el
problema de la expansión infinita), a la cual posteriormente denominaría él
mismo como el mayor error de su vida. Por esto Hubble fue reconocido como el
científico que descubrió la expansión del Universo.
Existen diversas teorías científicas acerca del origen
del Universo. Las más aceptadas son la del Big Bang y la teoría inflacionaria, que se complementan.
Teoría del Big Bang
En
cosmología física,
la teoría del Big Bang o teoría de la gran explosión es un modelo científico
que trata de explicar el origen del Universo y del sistema solar su desarrollo
posterior a partir de una singularidad
espaciotemporal. Técnicamente, este modelo se basa en una colección
de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general,
llamados modelos
de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker. El término "Big
Bang" se utiliza tanto para referirse específicamente al momento en el que
se inició la expansión observable del Universo (cuantificada en la ley de Hubble), como en un sentido más
general para referirse al paradigma cosmológico
que explica el origen y la evolución
del mismo.
Breve historia de su génesis y desarrollo
Para llegar al modelo del Big Bang, muchos científicos, con diversos
estudios,
De acuerdo con la teoría, un universo homogéneo e isótropo lleno de
materia ordinaria, podría expandirse indefinidamente o frenar su expansión
lentamente, hasta producirse una contracción universal. El fin de esa
contracción se conoce con un término contrario al Big Bang: el Big Crunch
o 'Gran Colapso' o un Big Rip o
Gran desgarro. Si el Universo se encuentra en un punto crítico, puede
mantenerse estable ad eternum.
Muy recientemente se ha comprobado que actualmente existe una expansión
acelerada del universo hecho no previsto originalmente en la teoría
y que ha llevado a la introducción de la hipótesis adicional de la energía oscura (este tipo de materia tendría
propiedades especiales que permitirían comportar la aceleración de la
expansión).
La teoría del Big Bang se desarrolló a partir de observaciones y
avances teóricos. Por medio de observaciones, en la década de 1910,
el astrónomo estadounidense Vesto Slipher
y, después de él, Carl Wilhelm Wirtz,
de Estrasburgo, determinaron que la mayor parte de
las nebulosas espirales
se alejan de la Tierra; pero no llegaron a darse cuenta de las implicaciones
cosmológicas de esta observación, ni tampoco del hecho de que las supuestas nebulosas eran en realidad galaxias exteriores a nuestra Vía Láctea.
Además, la teoría de Albert Einstein sobre la relatividad general
(segunda década del siglo XX) no
admite soluciones estáticas (es decir, el Universo debe estar en expansión o en
contracción), resultado que él mismo consideró equivocado, y trató de
corregirlo agregando la constante cosmológica.
El primero en aplicar formalmente la relatividad a
la cosmología, sin considerar la constante cosmológica,
fue Alexander Friedman,
cuyas ecuaciones describen el Universo Friedman-Lemaître-Robertson-Walker,
que puede expandirse o contraerse.
Entre 1927 y 1930, el sacerdote belga Georges Lemaître2 obtuvo independientemente las ecuaciones Friedman-Lemaître-Robertson-Walker
y propuso, sobre la base de la recesión de las nebulosas espirales,
que el Universo se inició con la explosión de un átomo primigenio, lo que más tarde se
denominó "Big Bang".
En 1929, Edwin Hubble realizó observaciones que sirvieron
de fundamento para comprobar la teoría
de Lemaître. Hubble probó que las nebulosas espirales
son galaxias y midió sus distancias observando las estrellas variables
cefeidas en galaxias
distantes. Descubrió que las galaxias se
alejan unas de otras a velocidades
(relativas a la Tierra) directamente proporcionales a su distancia.
Este hecho se conoce ahora como la ley de Hubble (véase Edwin Hubble: Marinero de
las nebulosas, texto escrito por Edward
Christianson).
Según el principio cosmológico,
el alejamiento de las galaxias
sugería que el Universo está en expansión. Esta idea originó dos
hipótesis opuestas. La primera era la teoría
Big Bang de Lemaître, apoyada y desarrollada por George Gamow. La segunda posibilidad era el modelo
de la teoría
del estado estacionario de Fred Hoyle, según la cual se genera nueva materia mientras las galaxias se alejan entre sí. En este modelo, el Universo es básicamente el mismo en un momento
dado en el tiempo. Durante muchos años hubo un número de
adeptos similar para cada teoría.
Con el pasar de los años, las evidencias
observacionales apoyaron la idea
de que el Universo evolucionó a partir de un estado denso y
caliente. Desde el descubrimiento de la radiación de fondo
de microondas, en 1965,
ésta ha sido considerada la mejor teoría para explicar el origen y evolución
del cosmos. Antes de finales de los años sesenta, muchos cosmólogos pensaban que la singularidad
infinitamente densa del tiempo inicial en el modelo
cosmológico de Friedman era una sobre idealización, y que el Universo se
contraería antes de empezar a expandirse nuevamente. Ésta es la teoría de Richard Tolman de un Universo oscilante.
En los años 1960, Stephen Hawking y otros demostraron que esta idea
no era factible, y que la singularidad es un componente esencial de la gravedad de Einstein. Esto llevó a la mayoría de los
cosmólogos a aceptar la teoría del Big Bang, según la cual el Universo que observamos se inició hace un tiempo
finito.
Prácticamente todos los trabajos teóricos actuales en cosmología tratan de ampliar o concretar aspectos
de la teoría del Big Bang. Gran parte del trabajo actual en cosmología trata de
entender cómo se formaron las galaxias en el contexto del Big Bang, comprender
lo que allí ocurrió y cotejar nuevas observaciones con la teoría fundamental.
A finales de los años 1990 y
principios del siglo XXI, se
lograron grandes avances en la cosmología del Big Bang como resultado de
importantes adelantos en telescopía,
en combinación con grandes cantidades de datos satelitales de COBE, el telescopio espacial
Hubble y WMAP. Estos datos han permitido a los cosmólogos
calcular muchos de los parámetros del Big Bang hasta un nuevo nivel de
precisión, y han conducido al descubrimiento inesperado de que el Universo está
en aceleración.
Teoría Inflacionaria
La Teoría Inflacionaria es
sostenida por Alan Guth; quien explica los primeros instantes luego de la formación
del universo. Postula que este crece continuamente y por ello las galaxias
están cada vez más alejadas unas de otras.
En las primeras versiones de la teoría del universo inflacionaria; todo parte de una explosión inicial. Para ello; se requiere una tasa inflacionaria mínima; sin embargo es bastante probable que el factor inflacionario sea mucho mayor.
Esta teoría la propuso Alan Guth en 1980; guth baso su teoría en trabajos de físicos como Stephen Hawking que había estudiado campos gravitatorios sumamente fuertes como las que se encuentran en las proximidades de un agujero negro en los mismos inicios del universo.
Su obra de Guth utiliza la teoría del campo unificado para mostrar que en los primeros momentos del universo pudieron tener lugar; transiciones de fase y que en una región de aquel caótico estado original podía haberse hinchado rápidamente para permitir que se formara una región observable del universo.
Teoría
Inflacionaria (cosmología), teoría desarrollada a comienzos de la década de
1980 por el físico estadounidense Alan Guth que trata de explicar los
acontecimientos de los primeros momentos del Universo. De acuerdo con la teoría
de la Gran Explosión o del Big Bang, generalmente aceptada,
el Universo surgió de una explosión inicial que ocasionó la expansión de la
materia desde un estado de condensación extrema (véase Cosmología). Sin
embargo, en la formulación original de la teoría del Big Bang quedaban varios
problemas sin resolver. El estado de la materia en la época de la explosión era
tal que no se podían aplicar las leyes físicas normales. El grado de
uniformidad observado en el Universo también era difícil de explicar porque, de
acuerdo con esta teoría, el Universo se habría expandido con demasiada rapidez
para desarrollar esta uniformidad.
Guth basó su teoría inflacionaria en el trabajo de físicos como Stephen Hawking, que había estudiado campos gravitatorios sumamente fuertes, como los que se encuentran en las proximidades de un agujero negro o en los mismos inicios del Universo. Este trabajo muestra que toda la materia del Universo podría haber sido creada por fluctuaciones cuánticas en un espacio ‘vacío’ bajo condiciones de este tipo. La obra de Guth utiliza la teoría del campo unificado para mostrar que en los primeros momentos del Universo pudieron tener lugar transiciones de fase y que una región de aquel caótico estado original podía haberse hinchado rápidamente para permitir que se formara una región observable del Universo. Véase también Origen del Universo.
Guth basó su teoría inflacionaria en el trabajo de físicos como Stephen Hawking, que había estudiado campos gravitatorios sumamente fuertes, como los que se encuentran en las proximidades de un agujero negro o en los mismos inicios del Universo. Este trabajo muestra que toda la materia del Universo podría haber sido creada por fluctuaciones cuánticas en un espacio ‘vacío’ bajo condiciones de este tipo. La obra de Guth utiliza la teoría del campo unificado para mostrar que en los primeros momentos del Universo pudieron tener lugar transiciones de fase y que una región de aquel caótico estado original podía haberse hinchado rápidamente para permitir que se formara una región observable del Universo. Véase también Origen del Universo.
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