Explicación detallada del Big Bang: Origen y principios

Gran parte de lo que consideran pruebas de la teoría del ‘Big Bang’ depende de una experimentación incontrolada que se moldea para satisfacer sus expectativas.

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La teoría del Big Bang

Los cosmólogos teóricos dedican gran parte de su tiempo a perfeccionar lo que ahora se conoce como la teoría del «Big Bang». Este concepto se origina a partir de ideas que se filtran en las mentes de científicos, teólogos y astrónomos a lo largo de los siglos.

Entonces Dios dijo: «Hágase la luz», y fue la luz. Después de todo, esta antigua descripción de la creación del universo que se encuentra en el Libro del Génesis puede ser exacta. La teoría del Big Bang describe el comienzo del universo como precipitado desde un punto infinitamente pequeño.

¿En qué consiste la teoría del Big Bang?

En este pequeño volumen, toda la materia y la energía se concentraron hasta que su contenido explotó en una suave expansión o en una explosión energética increíblemente violenta que formó los planetas, estrellas y galaxias.

Originalmente, esta teoría tenía competencia con lo que se llama la teoría del «estado estacionario», según la cual el universo está en constante expansión y se crea espontáneamente nueva materia y energía dentro del espacio dejado por las galaxias en retroceso. Sin embargo, las observaciones empíricas han llevado a astrónomos y científicos a aceptar el modelo del Big Bang. Pero ¿cómo llegamos a este punto de nuestro entendimiento?

El creador de la teoría del Big Bang

A principios del siglo XX, el astrónomo estadounidense Vesto Slipher y el alemán Carl Wirtz hicieron algunos descubrimientos astronómicos importantes. Mediante análisis espectral, Slipher descifró las mezclas de gases contenidas en las atmósferas planetarias y en las nebulosas. Lo que distingue sus hallazgos es el descubrimiento de que la mayoría, si no todas, las galaxias fuera de la nuestra muestran lo que se llama un «desplazamiento al rojo».

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Este cambio es simplemente un cambio en la longitud de onda de la luz emitida por los objetos bajo investigación hacia una longitud de onda más larga. Wirtz catalogó de manera similar muchos corrimientos al rojo de las nebulosas que eligió estudiar. Pero todavía era demasiado pronto para que se dieran cuenta del significado potencial de sus observaciones. Eso esperaría hasta que otros científicos interpretaran la Relatividad General de Einstein mediante análisis matemáticos adicionales.

El papel de Einstein

Sus contemporáneos demostraron a Einstein que su nueva Teoría de la Relatividad General publicada en 1916 no era compatible con un universo «estático» del espacio-tiempo. La teoría predijo un universo en expansión o colapso, pero no un cosmos fijo. Como creía personalmente que el universo era un continuo espacio-temporal invariable, Einstein se involucró en cierto grado de prestidigitación científica. Para corregir lo que percibía como «defectos» en su teoría, añadió el invento de una constante cosmológica conocida como lambda para forzar que el universo estático se hiciera realidad.

La visión de Einstein de la perfección en un continuo espacio-temporal inmutable lo había llevado a un callejón sin salida, del mismo modo que el concepto de perfección de Aristóteles había llevado a ese gran filósofo al error de creer en una Tierra estática en el centro del universo.

Pero incluso con la adición de la constante cosmológica se descubrió que el universo seguía siendo inestable y Einstein consideraría más tarde todo este asunto como su «mayor error». Tras sus acrobacias cosmológicas, Einstein cedió el escenario a otros para una comprensión más clara de su propia teoría.

La evolución de la teoría

Le correspondió a Alexander Alexandrovich Friedmann considerar las consecuencias de la Relatividad General sin que la constante lambda interfiriera con su estudio de estas relaciones. Al hacerlo, el matemático y cosmólogo ruso obtuvo la solución que predice una estructura cosmológica en constante expansión (1922), una predicción que no concordaba con el concepto de perfección universal de Einstein. Un par de años más tarde, Friedmann publicó sus hallazgos en «Acerca de la posibilidad de un mundo con una curvatura negativa constante del espacio». Pero toda la construcción hipotética aún carecía de una verbalización completa matemática y teóricamente.

Entra el Reverendo Padre Georges Lemaitre, un sacerdote católico de Bélgica. Rev. P. Lemaitre proporcionó las ecuaciones necesarias para formular las bases de la teoría del Big Bang en su obra titulada «Hipótesis del átomo primitivo». Postuló que el universo comenzó como un átomo primordial de volumen infinitesimal y enorme masa de energía, así como el espacio y el tiempo y todo lo demás que compone el universo futuro.

En algún momento el universo comenzó con la explosión de este súper átomo. Lemaitre publicó sus ideas teóricas entre los años 1927 y 1933 y especuló que el movimiento de las nebulosas demostraba la validez de la explosión de su súper átomo cósmico. Desafortunadamente, también creía erróneamente que los rayos cósmicos podrían ser un efecto posterior del big bang del súper átomo. Ahora se sabe que estos no se generaron a partir de una conflagración universal sino de fuentes galácticas no relacionadas con el big bang.

Sin embargo, la nueva teoría todavía carecía de una fuente importante de apoyo observacional. Esto lo proporcionarían las observaciones de Edwin Hubble sobre el corrimiento al rojo de las galaxias. Continuando donde lo dejaron Slipher y Wirtz, Hubble empleó una técnica novedosa para discernir las propiedades de los movimientos galácticos.

Al optar por observar estrellas conocidas como variables cefeidas, pudo realizar mediciones con mayor precisión. Las cefeidas son un tipo de estrella que se iluminan, oscurecen y vuelven a iluminarse en períodos de tiempo regulares que son bien conocidos. Las cefeidas que tienen tiempos de ciclo idénticos de brillo, oscurecimiento y brillo nuevamente también tienen una luminosidad idéntica o casi idéntica. Por tanto, si se compara la duración del ciclo con la cantidad de luz aparente para el observador, es posible preparar con precisión una estimación de la distancia a la cefeida.

De esta manera, Hubble había descubierto que las nebulosas o galaxias presentaban un corrimiento al rojo galáctico; en otras palabras, que las galaxias se alejaban de la nuestra a una velocidad que se correlaciona directamente con la distancia entre nuestro punto de vista y la galaxia que estamos estudiando. Cuanto más lejos estaban las galaxias, más rápido parecían alejarse de nosotros. El resultado de estas investigaciones se conoce ahora como Ley de Hubble. Esencialmente, esta ley establece que el universo está en un modo en constante expansión por el cual las distancias intergalácticas continúan creciendo sin límites hasta el infinito. La Ley de Hubble depende del cambio de la longitud de onda de la luz y, después de haber sido delineada en 1929, ha sido probada una y otra vez. Además, la constante de Hubble se ha recalculado a un valor más «perfecto» y conserva una gran probabilidad de ser «recalculada» en el futuro basándose en nuevas observaciones.

Desde la Tierra estática de Aristóteles hasta el mayor error de Einstein, la constante que fuerza un universo estático, procedemos sólo de la sabiduría de nuestras mentes débiles. Cuanto más cambian las cosas, más permanecen igual.

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