Qué es el big bang – Historia y teoría

La historia de la teoría del big bang comienza con el desarrollo del big bang a partir de observaciones y consideraciones teóricas. Muchos de los trabajos teóricos en cosmología hoy comportan extensiones y refinamientos de la teoría básica del big bang.

qué es el big bang

La época anterior al siglo XX

En 1610 , Johannes Kepler argumentó que la oscuridad del cielo nocturno demostraba que el universo era finito. Setenta y siete años más tarde, Isaac Newton describe el movimiento a gran escala a través del universo. El año 1791 , Erasmus Darwin hace la primera descripción de un universo que se expande y se contrae de forma cíclica.

Aunque no es reconocido como científico tanto por la comunidad científica como por el propio autor, que considera su obra un “poema en prosa”, Edgar Allan Poe propuso un sistema muy parecido al de la teoría del big bang en su ensayo titulado Eureka. A Prose Poem ( Eureka. Un poema en prosa ).

Esta obra propone un universo finito que comienza con una “partícula primigenia”, que se expande hacia fuera por “voluntad divina”, una fuerza repulsiva que Poe describe como una de las dos fuerzas que pueden crear toda la materia del universo: repulsión y atracción.

Principio del siglo XX

Gracias a la observación, en la década del 1910 , Vesto Slipher y después Carl Wilhelm Wirtz determinaron que la mayoría de las galaxias espirales estaban en recesión respecto a la Tierra. Slipher usó la espectroscopia para investigar los períodos de rotación de los planetas, la composición de las atmósferas planetarias, y fue el primero en observar la velocidad radial de las galaxias.

teoria del big bang

Wirtz observó un desplazamiento al rojo sistemático de las nebulosas, que era difícil de interpretar en términos de cosmología, según la cual el universo puede estar más o menos uniformemente lleno de estrellas y nebulosas. No desconocían las implicaciones cosmológicas, ni que las supuestas nebulosas eran realmente galaxias situadas fuera de nuestra Vía Láctea.

También en esta década, se descubrió que la teoría de la relatividad general de Albert Einstein no admitía soluciones cosmológicas estáticas, dadas las asunciones básicas en cosmología descritas en los principios teóricos la teoría del big bang .

El universo era descrito por un tensor métrico que podía estar en expansión o menguante, por lo que el mismo Einstein lo consideró erróneo y trató de modificarlo añadiendo la constante cosmológica . La primera persona que aplicó la relatividad general de manera seria a la cosmología sin el estabilizante constante cosmológica fue Alexander Friedmann.

Friedmann descubrió la solución del universo en expansión de las ecuaciones de campo de la relatividad general en 1922, lo que fue probada por las observaciones de Edwin Hubble en 1929.

Una de las publicaciones de Friedmann del año 1924 fue Über die Möglichkeit einer Welt mit Konstantin negativa Krümmung diciembre Raum ( ‘Sobre la posibilidad de un universo con curvatura constante negativa’), que fue publicado por la Academia de Ciencias de Bruselas el 7 de enero de 1924.

Las ecuaciones de Friedmann describen el universo de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker.

En 1927, el sacerdote católico Belga Georges Lemaître hizo una de las primeras proposiciones modernas sobre la teoría del big bang como origen del universo, aunque se refirió como su hipótesis del átomo primitivo.

Basó su teoría, publicada entre 1927 y 1933, en la obra de Einstein, entre otros, y también en tradiciones cosmológicas y filosóficas antiguas. Einstein, de todos modos, creía en un modelo estático del universo.

Lemaître, de manera independiente, dedujo las ecuaciones Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker y propuso, en base a la recesión de las nebulosas espirales, que el universo comenzó con “la explosión” de un “átomo primitivo” -la lo que fue llamada más tarde el big bang.

Según Lemaître, los rayos cósmicos eran remanentes de este hecho, si bien hoy se conoce que su origen está en la galaxia local. Hoyle repitió este término en emisiones posteriores a principios de la década de 1950, como parte de una serie de cinco lecturas tituladas The Nature of Things.

En 1929 , Edwin Hubble proveyó una base observacional para la teoría de Lemaître. Hubble descubrió que, en relación con la Tierra, las galaxias están en recesión a velocidades directamente proporcionales a su distancia a la Tierra.

En 1929, Hubble y Milton Humanson formularon la ley empírica del desplazamiento de las galaxias hacia el rojo según la distancia, hoy conocida como ley de Hubble , según la cual, el desplazamiento hacia el rojo es interpretado como una medida de la velocidad de recesión, y consistente con las soluciones de las ecuaciones de la relatividad general de Einstein para un espacio en expansión homogéneo y isotrópico.

Esto llevó al concepto de universo en expansión. La ley establece que, cuanto mayor es la distancia entre dos galaxias, mayor es la velocidad relativa de separación. Este descubrimiento dio lugar más tarde a la formulación de la teoría del big bang.

Dado el principio cosmológico de donde se deduce que el universo, visto a distancias de escala suficiente grande, no tiene direcciones preferidas o lugares privilegiados, la ley de Hubble sugiere que el universo se está expandiendo.

Esta idea permitió dos posibilidades opuestas. Una era la teoría del big bang de Lemaître, defendida y desarrollada por George Gamow. La otra posibilidad fue el modelo del estado estacionario de Fred Hoyle, en el que la nueva materia se creaba en la misma medida en que las galaxias se movían afuera unas de las otras.

En este modelo, el universo es el mismo en cualquier punto del tiempo. Fue Hoyle quien acuñó el nombre de la teoría de Lemaître, cuando se refirió sarcásticamente como “esta idea del big bang ” durante una emisión de radio el 28 de marzo de 1949 , en el tercer programa de la BBC.

Hoyle repitió este término en emisiones posteriores a principios de la década de 1950, como parte de una serie de cinco lecturas tituladas The Nature of Things . El texto de cada lectura apareció publicado en The Listener una semana después, fue la primera vez que el término big bang apareció en una publicación.

Postrimerías del siglo XX

Durante una serie de años el apoyo a estas teorías estaba dividido. De todos modos, la evidencia observacional empezó a apoyar la teoría de que el universo había evolucionado de un estado caliente denso.

historia del big bang

En 1965 Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron la radiación de fondo cósmico de microondas, aunque, como escépticos en relación con el big bang señalaron que esta predicción era sólo cualitativa, y falló en la predicción de la temperatura actual del fondo cósmico de microondas.

Después de una reformulación, el big bang fue visto como la mejor teoría del origen y la evolución del cosmos. Antes de los últimos años de la década de 1960, muchos de cosmólogos pensaban que la singularidad física paradójica e infinitamente densa al comienzo del tiempo del modelo cosmológico de Friedmann se podía evitar siguiendo la idea de un universo que se habría contraído antes de entrar en el estado caliente y denso y comenzó a expandirse de nuevo.

Este modelo fue formalizado como el universo oscilante de Richard Tolman . En la década de 1960, Stephen Hawking y otros demostraron que esta idea llevaba a un callejón sin salida, y la singularidad es un rasgo esencial de la física descrita por la gravitación de Einstein.

Esto llevó a la mayoría de los cosmólogos a aceptar la noción de que el universo tal como es descrito actualmente por la física de la relatividad general tiene una edad finita. Sea como sea, por una carencia de la teoría de la gravitación cuántica, no hay una vía para determinar si la singularidad es un punto de origen para el universo actual o si los procesos físicos que dominan este régimen pueden ser producto de un universo de carácter eterno.

Futuro de la teoría del big bang

La mayoría de trabajos actuales en cosmología incluyen la comprensión de cómo se formaron las galaxias en el contexto del big bang , comprensión de qué pasó en el big bang , y reconciliación de las observaciones con la teoría básica.

En el pasado, hubo muchas discusiones sobre si el big bang debía ser completamente abandonado como una descripción del universo, pero los que proponían la cosmología no estándar han convertido menores en número en las últimas décadas.

Los cosmólogos continúan estimando muchos de los parámetros del big bang hasta un nuevo nivel de precisión para explicar el hecho de que la expansión del universo se esté acelerando .

Los avances más importantes en cosmología del big bang se hicieron a finales de la década de 1990 y principios del siglo XXI como resultado de grandes avances en la tecnología de los telescopios, en combinación con una gran cantidad de datos procedentes de satélite satélites, como los del COBE y el telescopio espacial Hubble.

En 2003, la misión WMAP de la NASA recogió imágenes detalladas del universo por medio de la radiación cósmica de fondo de microondas. Estos datos permiten interpretar que la edad del universo es de 13.700 millones de años (con un error del uno por ciento) y que el modelo lambda-CDM y la teoría inflacionaria son correctos.

Ninguna otra teoría cosmológica puede explicar un rango tan amplio de parámetros, desde la proporción de abundancias de los elementos en el universo primitivo a la estructura del fondo cósmico de microondas, la elevada abundancia observada de núcleos galácticos activos en el universo primitivo y las masas observadas de los cúmulos de galaxias.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *