A pesar de que el modelo del Big Bang o La Gran Explosion, es un modelo teórico que sus observaciones fueron bastante robustas y ampliamente aceptadas entre la comunidad científica, hay algunos aspectos que todavía quedan por resolver:
§ Se desconoce qué ocurrió en los primeros instantes tras el Big Bang. La
respuesta se busca mediante el estudio del universo temprano, una de cuyas metas es encontrar la explicación a una posible
unificación de las cuatro fuerzas fundamentales (fuerte,
débil, electromagnética y gravitacional).
§ No existe un modelo definitivo de la formación de las estructuras actuales,
a partir del Big Bang. La respuesta se busca mediante el estudio de la formación y evolución de las galaxias y la inflación cósmica.
§ Queda por saber a qué se debe el hecho de que el universo se expanda
con aceleración.
§ No se sabe cuál es el destino final del universo.
§ Se desconoce en su mayor parte la naturaleza de la materia
oscura y la energía
oscura.
§ En el momento después del Big Bang las partículas elementales aparecieron, los quarks arriba en
los protones y los quarks abajo en los neutrones, y no se conoce la proporción entre protones y neutrones, estas particulas estan
hechas por dos quarks con la misma carga
eléctrica, no se habrían podido unir gracias a la interacción electromagnética,
es inútil recurrir a la interacción nuclear fuerte, pues ésta solo tiene un
alcance del tamaño máximo de un núcleo atómico y además porque la interacción
electromagnética tiene un alcance gigantesco y si el universo se agrandó en un solo segundo cien octillones de
veces, en este brevísimo lapso de tiempo la interacción nuclear fuerte no podría
unir la casi totalidad (si no es la totalidad) de los quarks.
Curiosamente,
la expresión Big Bang proviene -a su pesar- del astrofísico inglés Fred Hoyle, uno de los
detractores de esta teoría y, a su vez, uno de los principales defensores de
la teoría del estado estacionario, quien en 1949, durante una intervención en la BBC dijo, para mofarse, que el modelo descrito era sólo un big bang (gran
explosión). No obstante, hay que tener en cuenta que en el inicio del Universo
ni hubo explosión ni fue grande, pues en rigor surgió de una «singularidad»
infinitamente pequeña, seguida de la expansión del propio espacio.La idea
central del Big Bang es que la teoría de la relatividad general puede
combinarse con las observaciones de isotropía y homogeneidad a gran escala
de la distribución de galaxias y los cambios
de posición entre ellas, permitiendo extrapolar las condiciones del Universo
antes o después en el tiempo.Una
consecuencia de todos los modelos de Big Bang es que, en el pasado, el Universo
tenía una temperatura más alta y
mayor densidad y, por tanto,
las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del
Universo pasado. A partir de este modelo, George Gamow en 1948 pudo predecir que debería de haber evidencias
de un fenómeno que más tarde sería bautizado como radiación de fondo de microondas Breve historia de su génesis y desarrollo.Para llegar
al modelo del Big Bang, muchos científicos, con diversos estudios, han ido
construyendo el camino que lleva a la génesis de esta explicación. Los trabajos
de Alexander
Friedman, del año 1922, y de Georges
Lemaître, de 1927, utilizaron la
teoría de la relatividad para demostrar que el universo estaba en movimiento
constante. Poco después, en 1929, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió galaxias
más allá de la Vía Láctea que se
alejaban de nosotros, como si el Universo se expandiera constantemente.
En 1948, el físico ucraniano nacionalizado
estadounidense, George
Gamow (1904-1968), planteó que el universo se creó a partir de una
gran explosión (Big Bang). Recientemente, ingenios espaciales puestos en órbita
(COBE) han conseguido
"oír" los vestigios de esta gigantesca explosión primigenia.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
Lemaître 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 átomoprimigenio,
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 lasnebulosas
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.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 singularidadinfinitamente densa del tiempo inicial en el modelo cosmológico de Friedman
era una sobreidealización, 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 años1960, Stephen Hawking y otros
demostraron que esta idea no era factible, y que la singularidad es un
componente esencial de lagravedad 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.
Descripción del Big Bang. |
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