Introducción
Los avances actuales de la tecnología, nos han permitido llegar más allá en la exploración del universo . Vivimos en una época donde todos los datos recogidos a través de sondas, satélites, ordenadores y aceleradores de partículas están al alcance de una persona normal. Somos beneficiarios de muchos de los avances tecnológicos , en general, se da por hecho que todo lo que nos rodea siempre ha estado allí. Esos grandes interrogantes que hemos dejado para los científicos y filósofos, y poco recordamos de cuando éramos niños y sentíamos curiosidad por todo , de que había sido primero, de cómo había empezado, que había antes o que podría haber después.
El BIG BAN: El comienzo
A lo largo de la historia han surgido preguntas , en todo tipo de razas y en cualquier parte del mundo que se han hecho en el pasado y aun se siguen haciendo. La pregunta sobre el origen del universo es una de ellas. El dilema no sólo se encuentra en la búsqueda de la respuesta, sino la la perspectiva desde la que se observa dicha respuesta, según cómo se relate el origen , el hombre actuará de una determinada manera hacia el futuro. Aunque estamos en el siglo XXI hemos llegado hasta aquí sin respuesta alguna sobre lo que paso realmente. Lo que si se ha desarrollado es una posible respuesta , que es el BIG BANG( Gran explosión) , ésta ha sido el modelo de creación del universo más aceptado y que la mayoría de los científicos acepta. De ahí la justificada importancia de una explicación clara de esta teoría de la manera más llana posible.
EL ORIGEN DEL UNIVERSO
Al principio no había nada. Ni espacio , ni tiempo , ni luz, NADA. El comienzo del universo puede situarse mas o menos a 13700 millones de años. En ese momento un punto tan pequeño como infinitamente denso y caliente comenzó a expandirse para crear el espacio y el tiempo. Aunque se le conoce como BIG BANG no fue exactamente una “explosión”, sólo es una teoría para explicar la expansión del universo.
Es sorprendente, al principio en aquel punto caliente, no habían ni átomos , en ese conjunto de energía supercaliente sólo había una mezcla muy densa de quarks y gluones con algunos electrones, ya que estaban a demasiada temperatura para formar las partículas que conocemos hoy día. Esas partículas han llegado a formar organismos complejos como el ser humano, los animales, la tierra las plantas el mar y la materia que se encuentra en el universo.
Es sorprendente, al principio en aquel punto caliente, no habían ni átomos , en ese conjunto de energía supercaliente sólo había una mezcla muy densa de quarks y gluones con algunos electrones, ya que estaban a demasiada temperatura para formar las partículas que conocemos hoy día. Esas partículas han llegado a formar organismos complejos como el ser humano, los animales, la tierra las plantas el mar y la materia que se encuentra en el universo.
DESCRIPCIÓN DEL UNIVERSO TEMPRANO
Gracias a la invención de los aceleradores de partículas podemos es posible reproducir con bastante semejanza las colisiones que tenían lugar entre las partículas elementales en los primeros momentos de la formación del universo. Estas partículas se llaman quarks y leptones , que son lo más básico que forma absolutamente toda la materia en sus múltiples formas. Aunque se desconoce la mayoría de los que realmente sucedió en esos primero momentos , lo que si se sabe es que la temperatura era inconmesurablemente alta , el espacio era pequeño, denso y caliente. También se sabe que la la velocidad de los componentes de la materia a altas temperaturas se desplazan a una velocidad extremadamente alta. Las fuertes colisiones que se producían entre las partículas en esos instantes iniciales impedía que lo átomos que conseguían formarse durasen muy poco tiempo.
INFLACIÓN CÓSMICA
Al poco tiempo de haber surgido , el universo empezó a expandirse sumamente rápido. Las partículas tenían forma plasmática y el universo comenzó a enfriarse. Ese descenso de la temperatura permitió la formación de protones y neutrones, y posteriormente las cuatro fuerzas fundamentales de la física y la formación de los primeros átomos. Unos 300.000 años después de la creación del universo la radiación se desvinculó de los átomos y comenzó a viajar por el espacio, es a lo que se le llama radiación de microondas y su detección fue uno de los elementos que fortalecen la teoría del BIG BANG, posteriormente aún teniendo en cuenta la distribución de uniforme de la materia, algunas zonas adquirieron mayor densidad y dieron lugar a la formación de nebulosas , las estrellas, las galaxias y todo lo que conocemos hoy día sobre el universo
COMPROBACIÓN DE LA TEORÍA
La confirmación de la teoría del BIG BANG se apoya en el descubrimiento de el espectro de la radiación cósmica de fondo y en cuanto a la radiación de microondas coincidían con las de la teoría del BIG BANG. Esta radiación puede asimilarse como el eco que quedó de la gran expansión que tuvo lugar en el origen del universo. De ayuda para entender este proceso pensemos en una noche no muy cálida, reunidos con amigos alrededor de una hogueras. Al principio, hemos juntado suficiente leña como para que el fuego arda un buen rato. Las llamas son perfectamente visibles y su calor es capaz de confortarnos a todos aunque mantengamos una distancia entre nosotros , pero , a medida, que el tiempo pasa, llama disminuye hasta terminar en cenizas. Sin embargo si acercamos la mano, podemos sentir todavía calor aunque ya no veamos fuego. El tiempo que transcurrió desde que se creó la hoguera hasta estará establecido por la luz visible de su inicio y el calor detectable al tacto que irradia al final. Esto mismo se puede aplicar al universo y a la energía de microondas que aún se percibe.
LA NUCLEOSÍNTESIS
Antes de la formación de los primero átomos surgieron las cuatro fuerzas fundamentales de la física. Estas fuerzas son las que rigen las interacciones de la materia. La más fuerte es la interacción nuclear fuerte y es la responsable de que los núcleos atómicos permanezcan unidos, le siguen la interacción electromagnética. Que regula las interacciones entre las partículas con carga eléctrica, y la interacción nuclear débil . La gravitatoria es la más débil y determina la interacción entre cualquier tipo de materia que contenga energía. Los científicos sostiene que al principio las cuatro fuerzas estaban unidas y que fueron separándose a media que el universo fue enfriándose. Las teorías que describen este proceso se denominan teorías de campo unificado y plantean que las cuatro fuerzas son manifestación de una sola fuerza fundamental. Después del BIG BANG , la fuerza de gravedad se separó del resto de fuerzas. Las interacciones entre las partículas estaban ahora bajo dos tipos de fuerzas. Mas tarde se separaron la fuerza fuerte y la electrodébil , con lo que las interacciones quedaron bajo tres fuerzas. Por último , la fuerza electromagnética se separó de la débil . Los quarks y leptones se unieron entonces formando nuevas partículas elementales: neutrones y protones. Más adelante protones y neutrones constituirían núcleos de hidrógeno y helio , mientras que otros elementos químicos se formarían mucho más tarde en la estrellas. Este proceso se conoce con el nombre de nucleosíntesis , la teoría que avala desde otro punto de vista la teoría del BIG BANG.
LEY DE HUBBLE
En 1923 Edwin Hubble amplió el horizonte del conocimiento humano al divisar nuevas galaxias que se encontraban a distancias hasta ese momento inconcebibles. Los nuevos instrumentos median con mayor precisión a la vez que aumentaba nuestra comprensión del Universo. Basándose en el efecto Doppler, comparó la luz de esos mismos átomos en el laboratorio y descubrió que la luz de las galaxias distantes variaba hacia el rojo del espectro. De esta manera dedujo que estas galaxias lejanas se movían , como si el Universo estuviera permanentemente en expansión.
TEORÍA DE LA RELATIVIDAD
El concepto de relatividad ya era conocido desde la época de Galileo , pero no fue sino hasta comienzos del siglo XX que la teoría fue planteada tal como la conocemos actualmente. En 1905 se formuló la teoría de la relatividad especial, que se amplió en 1915 con la teoría de la relatividad general.
La teoría de la relatividad postula que no existe un sistema absoluto para interpretar un fenómeno , sino que dependerá del marco de referencia de cada observador
Uno de los conceptos fundamentales trata sobre la gravitación- Isaac Newton había desarrollado en el pasado la ley de gravitación universal , según la cual la gravedad era una fuerza de atracción entre dos masas que actuaba independientemente de la distancia y de manera instantánea. Newton sostenía que la manzana caía al suelo atraída por la masa de la Tierra. Sin embargo, en el Universo tal cual lo concibe Enstein, creador de la teoría de la relatividad, no existe la fuerza gravitatoria newtoniana. Lo que sucede es que la materia curva el espacio-tiempo, así como lo hace una bola al desplazarse sobre una superficie plana y elástica.
La teoría de la relatividad postula que no existe un sistema absoluto para interpretar un fenómeno , sino que dependerá del marco de referencia de cada observador
Uno de los conceptos fundamentales trata sobre la gravitación- Isaac Newton había desarrollado en el pasado la ley de gravitación universal , según la cual la gravedad era una fuerza de atracción entre dos masas que actuaba independientemente de la distancia y de manera instantánea. Newton sostenía que la manzana caía al suelo atraída por la masa de la Tierra. Sin embargo, en el Universo tal cual lo concibe Enstein, creador de la teoría de la relatividad, no existe la fuerza gravitatoria newtoniana. Lo que sucede es que la materia curva el espacio-tiempo, así como lo hace una bola al desplazarse sobre una superficie plana y elástica.
CONTINUO ESPACIO-TIEMPO
Para comprender la idea del espacio-tiempo se puede pensar en él como una red en la que está contenido absolutamente todo lo que existe en el universo. Cada objeto tendría una coordenada temporal y espacial especifica dentro de la red, que puede sufrir una curvatura debido a un objeto con una gran masa. Podemos pensar que lo mismo le sucede a una red de hilos de algodón cuando se deposita sobre ella un peso relativamente grande: la red se hundirá por efecto del peso del objeto.
Ahora bien , Einstein sostuvo que tanto espacio como tiempo son relativos al marco de referencia y que la única constante en el Universo es la velocidad de la luz. Debido a la teoría general de la relatividad, que introdujo principios fundamentales como el de equivalencia , la curvatura del espacio-tiempo y el principio de covariancia generalizado . fue posible , entre otras cosas, reformular el campo de la cosmología .
La idea de la relatividad del tiempo y el espacio es difícil de comprender porque contradicen nuestra percepción intuitiva y empírica de la realidad. En nuestro sistema de referencias, la velocidad de la luz asume valores inconcebibles, y por eso nuestra mente desconoce el continuo espacio-tiempo y su relatividad. Sin embargo, experimentos recientes han comprobado que el Universo se rige por las leyes físicas que la teoría de la relatividad general describe.
Ahora bien , Einstein sostuvo que tanto espacio como tiempo son relativos al marco de referencia y que la única constante en el Universo es la velocidad de la luz. Debido a la teoría general de la relatividad, que introdujo principios fundamentales como el de equivalencia , la curvatura del espacio-tiempo y el principio de covariancia generalizado . fue posible , entre otras cosas, reformular el campo de la cosmología .
La idea de la relatividad del tiempo y el espacio es difícil de comprender porque contradicen nuestra percepción intuitiva y empírica de la realidad. En nuestro sistema de referencias, la velocidad de la luz asume valores inconcebibles, y por eso nuestra mente desconoce el continuo espacio-tiempo y su relatividad. Sin embargo, experimentos recientes han comprobado que el Universo se rige por las leyes físicas que la teoría de la relatividad general describe.
TAMAÑO DEL UNIVERSO
Conocemos con exactitud los límites del Universo observable, que comenzó a expandirse a partir del BIG BANG y está constituido por toda la materia y la energía desplegada a la velocidad de la luz desde ese momento hasta ahora. Aunque más allá de él subyace la incógnita , este universo finito puede medirse. La distancia desde la Tierra hasta el extremo visible es de alrededor de 46.500 millones de años luz. Y aquí cabe preguntarse: Si el universo tiene 13700 millones de años ¿Cómo es posible que mida cuatro veces más?¿Puede el espacio ampliarse a un ritmo superior que el da la velocidad de la luz?¿Existen velocidades mayores?¿Si el universo es finito, que hay mas allá? La respuesta es negativa. Lo que sucede es que el espacio puede ampliarse a un ritma más rápido que el de la velocidad de la luz. Porque es el espacio entre ellas el que crece y lo hace a un ritmo superior.
ESTRUCTURA DEL UNIVERSO
Casi toda la estructura del Universo que podemos ver, es decir, la materia luminosa, resulta muy homogénea y uniforme con respecto a escalas de densidad. Esta materia luminosa se distribuye en supercúmulos de galaxias que son como filamentos en lo que engarzan -como cuentas de un collar- los cúmulos de galaxias. Los espacios entre estos supercúmulos están libres de materia luminosa. En apariencia hay una organización jerárquica donde la estrella se agrupan en galaxias , éstas en cúmulos y éstos a su vez en supercúmulos se parados por un inmenso vacío, en algunos casos de 250 millones de años luz de diámetro. Los últimos estudios sobre el Universo lo muestran como enormes vacíos similares a burbujas separados por hoja (gas intergaláctico) y filamentos de galaxias.
COMPOSICIÓN DEL UNIVERSO
Todo lo que conocemos del Universo no es mas que el 4 % de su totalidad. Surge inmediatamente la pregunta acerca de las características del otro 96%
Ese resto parece estar formado por un 71% de energía oscura- forma de energía desconocida que lo leva a expandirse más rápido- , y un 25% de materia oscura. El 4% conocido está constituido por átomos , la materia de la que estamos hechos tanto nosotros como las estrellas. Por otro lado , la energía oscura y la materia oscura constituyen hipótesis de investigación sobre las cuales aún existen muchas dudas.
Ese resto parece estar formado por un 71% de energía oscura- forma de energía desconocida que lo leva a expandirse más rápido- , y un 25% de materia oscura. El 4% conocido está constituido por átomos , la materia de la que estamos hechos tanto nosotros como las estrellas. Por otro lado , la energía oscura y la materia oscura constituyen hipótesis de investigación sobre las cuales aún existen muchas dudas.
Si se reflexiona un poco acerca del asunto , la idea de describir el Universo desconocido a partir del 4% conocido se parece mucho a las teorías de la antigüedad que ponían en el centro del Universo a la Tierra. Sin embargo , y a la luz de los descubrimientos que hizo la ciencia a lo largo de la historia, ¿no cabría preguntarse qué pasaría si fuéramos la excepción y no la regla?
LA MATERIA Y LA ENERGÍA OSCURA
Todo lo que los astrónomos no pueden ver o detectar directamente, pero cuya presencia resulta evidente por la atracción gravitatoria que ejercen sobre otros cuerpo celestes, recibe el nombre de materia oscura. Se trata de una entidad omnipresente y misteriosa que se hace sentir en todo el Universo. Una de las evidencias más contundentes de la existencia de materia oscura está en las curvas de rotación que dibujan las galaxias espirales. La energía oscura, por su parte, es una forma hipotética de materia que se supone que está presente en todo el espacio, Esta energía produce una presión negativa u tiende a acrecentar la aceleración de la expansión del Universo, por lo que resulta en una fuerza gravitacional repulsiva. No hay que confundir energía oscura con materia oscura. Si bien ambas forman la mayor parte de la masa del Universo, mientras que la energía oscura es un campo que llena todo el espacio, la materia oscura es una forma de materia.
COMPOSICIÓN DE LA MATERIA OSCURA
La materia oscura oscura resulta muy difícil de explicar para los científicos , ya que no se puede ver ni medir, ya que no emite tipo alguno de radiación. En apariencia esta materia sería no bariónica, aunque persisten ciertas dudas a este respecto y algunos científicos sostienen que existiría una porción de materia oscura bariónica. Se intentó responder a a la cuestión de la materia oscura con la hipótesis de que podría estar integrada por neutrinos, partículas con masa nula o insignificante. Pero lo cierto es que los investigadores prefieren desechar esa idea y declinarse por un nuevo tipo de partículas aún no descubiertas y cuyas propiedades desconocen.
LA ENERGÍA OSCURA
Esta energía constituye el 70% del universo. Hoy los científicos están cada vez más de acuerdo en considerar a la energía oscura la responsable de la aceleración de la expansión del Universo. Su naturaleza aún se desconoce, aunque se sabe que posee un efecto antigravitacional, ya que su fuerza es repulsiva. La distribución homogénea significa que la energía oscura no tiene efecto gravitacional local alguno, sino un efecto global en el universo. Esto conduce a una fuerza repulsiva, que tiende a acelerar la expansión del universo.
EL UNIVERSO HOYEl viaje que hicimos desde el comienzo del Universo hasta la creación de galaxias y planetas nos acercó también a un recorrido por las distintas teorías que desarrolló el hombre para intentar comprender este extraordinario proceso. Las certezas que tenemos hoy acerca de cómo de originó el Universo están acompañadas de grandes dudas acerca de cuál es su composición actual , más allá de la porción de materia bariónica conocida. En la historia de la investigación astronómica, el desarrollo de la tecnología incansable de respuestas para algunos interrogantes fundamentales de su existencia:¿Cuál es el origen del Universo?¿llegará alguna vez a su fin?
