La teoría del Big Bang representa los mejores intentos de los cosmólogos para reconstruir la historia del universo de 14 mil millones de años basada en la astilla de la existencia visible hoy.
Diferentes personas usan el término "Big Bang" de diferentes maneras. En general, ilustra el arco del universo observable a medida que se adelgaza y se enfría desde un estado inicialmente denso y caliente. Esta descripción se reduce a la idea de que el cosmos se está expandiendo, un principio amplio análogo a la supervivencia del más apto en biología que pocos considerarían discutible.
Más específicamente, el Big Bang también puede referirse al nacimiento del universo observable en sí mismo: el momento en que algo cambió, iniciando los eventos que condujeron a la actualidad. Los cosmólogos han discutido durante décadas sobre los detalles de esa fracción de segundo, y la discusión continúa hoy.
La teoría clásica del Big Bang
Durante la mayor parte de la historia humana, los observadores del cielo lo asumieron como eterno e inmutable. Edwin Hubble le dio a esta historia un golpe experimental en la década de 1920 cuando sus observaciones mostraron que las galaxias fuera de la Vía Láctea existían y que su luz parecía estirada, una señal de que se alejaban de la Tierra.
George Lemaître, un físico belga contemporáneo, interpretó los datos de Hubble y otros como evidencia de un universo en expansión, una posibilidad permitida por las ecuaciones de campo de relatividad general recientemente publicadas por Einstein. Pensando hacia atrás, Lemaître dedujo que las galaxias de separación de hoy deben haber comenzado juntas en lo que él llamó el "átomo primitivo".
El primer uso público del término moderno para la idea de Lemaître en realidad provino de un crítico: el astrónomo inglés Fred Hoyle. El 28 de marzo de 1949, Hoyle acuñó la frase durante una defensa de su teoría preferida de un universo eterno que creó la materia para cancelar la dilución de la expansión. Hoyle dijo que la noción de que "toda la materia del universo fue creada en una gran explosión en un momento particular en el pasado remoto" era irracional. En entrevistas posteriores, Hoyle negó haber inventado intencionalmente un nombre difamatorio, pero el apodo se quedó, para frustración de algunos.
"El Big Bang es un término realmente malo", dijo Paul Steinhardt, cosmólogo de Princeton. "El Gran Tramo capturaría la idea correcta". La imagen mental de una explosión causa todo tipo de confusión, según Steinhardt. Implica un punto central, una frontera en expansión y una escena donde la metralla ligera vuela más rápido que los trozos más pesados. Pero un universo en expansión no se parece en nada a eso, dijo. No hay centro, ni borde, y las galaxias grandes y pequeñas se separan de la misma manera (aunque las galaxias más distantes se alejan más rápido bajo la influencia cosmológicamente reciente de la energía oscura).
Independientemente de su nombre, la teoría del Big Bang encontró una aceptación generalizada por su capacidad incomparable para explicar lo que vemos. El equilibrio de la luz con partículas como protones y neutrones durante los primeros 3 minutos, por ejemplo, permite que los primeros elementos se formen a una velocidad que predice las cantidades actuales de helio y otros átomos de luz.
"Hubo una pequeña ventana en el tiempo donde era posible que se formaran núcleos", dijo Glennys Farrar, cosmólogo de la Universidad de Nueva York. "Después de eso, el universo siguió expandiéndose y no pudieron encontrarse, y antes hacía demasiado calor".
Un plasma nublado llenó el universo durante los siguientes 378,000 años, hasta que un enfriamiento adicional permitió que los electrones y protones formaran átomos de hidrógeno neutros, y la niebla se despejó. La luz emitida durante este proceso, que desde entonces se ha convertido en microondas, es el primer objeto conocido que los investigadores pueden estudiar directamente. Conocido como la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), muchos investigadores lo consideran la evidencia más fuerte para el Big Bang.
Una actualización explosiva
Pero a medida que los cosmólogos avanzaron más en los primeros momentos del universo, la historia se desmoronó. Las ecuaciones de la relatividad general sugirieron una mota inicial de calor y densidad ilimitados, una singularidad. Además de no tener mucho sentido físico, un origen singular no coincidía con el CMB liso y plano. Las fluctuaciones en la temperatura y densidad formidables de la mancha habrían producido franjas de cielo con diferentes propiedades, pero la temperatura del CMB varía solo una fracción de grado. La curvatura del espacio-tiempo también parece bastante plana, lo que implica un equilibrio inicial casi perfecto de materia y curvatura que la mayoría de los cosmólogos consideran improbable.
Alan Guth propuso una nueva imagen de la primera fracción de segundo en la década de 1980, sugiriendo que el universo pasó sus primeros momentos creciendo exponencialmente más rápido que hoy. En algún momento, este proceso se detuvo, y al frenar se produjo un denso y caliente (pero no infinitamente) desorden de partículas que toma el lugar de la singularidad. "En mi opinión, pienso en eso como el Big Bang, cuando el universo se calentó", dijo Farrar.
La teoría de la inflación, como se la llama, ahora tiene una gran cantidad de modelos competidores. Aunque nadie sabía mucho sobre lo que hizo que el universo se expandiera tan rápidamente, la teoría se ha hecho popular por su capacidad de explicar el CMB aparentemente improbable: la inflación preservó las fluctuaciones menores (que se desarrollaron en los cúmulos de galaxias de hoy), al tiempo que aplastó las principales. "Es una historia muy dulce", dijo Steinhardt, quien ayudó a desarrollar la teoría. "Es el que le decimos a nuestros hijos".
Más allá de la inflación
Investigaciones recientes han introducido dos arrugas en la narrativa cósmica de la teoría de la inflación. El trabajo de Steinhardt y otros sugiere que la inflación se habría detenido en algunas regiones (como nuestro universo observable), pero habría continuado en otras, produciendo una serie de territorios separados con "todo conjunto concebible de propiedades cosmológicas", como dice Steinhardt. Muchos físicos consideran que esta imagen del "multiverso" es desagradable, porque hace un número infinito de predicciones no comprobables.
En el frente experimental, los cosmólogos esperan que la inflación haya producido ondas gravitacionales que se extiendan a lo largo de la galaxia en el CMB tal como produjo ligeras variaciones de temperatura y densidad. Los experimentos actuales deberían ser lo suficientemente sensibles como para encontrarlos, pero las ondas primordiales de espacio-tiempo no han aparecido (a pesar de una falsa alarma en 2014).
Muchos investigadores esperan mediciones de CMB más precisas que podrían matar o validar los muchos modelos de inflación que aún se mantienen. Sin embargo, otros físicos no ven la suavidad del cosmos como un problema en absoluto: comenzó de manera uniforme y no necesita explicación.
Mientras los experimentadores luchan por nuevos niveles de precisión, algunos teóricos se han alejado de la inflación para buscar otras formas de aplastar el universo. Steinhardt, por ejemplo, está trabajando en un modelo de "gran rebote", que hace que el reloj de arranque retroceda aún más, a un período anterior de contracción que suavizó el espacio-tiempo y preparó el escenario para una expansión explosiva. Espera que, en poco tiempo, nuevas firmas, además de problemas como la falta de ondas gravitacionales primordiales, establezcan a los cosmólogos con una nueva historia de creación que contar. "¿Hay otras características observables que buscar?" Steinhardt dijo: "Pregúnteme de nuevo en unos años y espero tener una respuesta".
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