La teoría del
Big Bang
o teoría de la gran explosión es un modelo científico que trata de
explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de
una singularidad espaciotemporal. Este modelo se basa en una colección
de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados
modelos de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker. El término "Big Bang" se utiliza para referirse al
momento en el que se inició la expansión observable del Universo y al
paradigma cosmológico que explica el origen y la evolución del Universo.
El
Big Bang constituye el momento en que de la "nada" emerge toda la
materia, es decir, el origen del Universo. La materia, hasta ese
momento, es un punto de densidad infinita, que en un momento dado
"explota" generando la expansión de la materia en todas las direcciones y
creando lo que conocemos como nuestro Universo.
Inmediatamente
después cada partícula de materia se alejó muy rápidamente una de otra,
de la misma forma que al inflar un globo cada vez ocupa más espacio. Los
físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a
partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada
en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida
exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones,
Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de
89 partículas conocidas hoy en día.
En 1948 el físico ruso
nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître
del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en
una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se
observan se produjeron durante los primeros minutos después del Big
Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del
Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos
químicos.Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio
habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más
pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. La teoría de
Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios
del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima
densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se
expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se
enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. Esto explica la
expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble.
Según
se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó
enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 K (-270 °C). Estos
vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por los
radioastrónomos en 1965, proporcionando así lo que la mayoría de los
astrónomos consideran la confirmación de la teoría del Big Bang.
Uno
de los problemas sin resolver en el modelo del Universo en expansión es
si el Universo es abierto o cerrado (esto es, si se expandirá
indefinidamente o se volverá a contraer).
Para resolver este
problema se determina e la densidad media de la materia en el Universo
es mayor que el valor crítico en el modelo de Friedman. La masa de una
galaxia se puede medir a partir del movimiento de sus estrellas. Al
multiplicar la masa de las galaxias por el número de ellas se obtiene
que la densidad es del 5 al 10 % del valor crítico. La masa de muchas
galaxias se puede determinar a partir del movimiento de cada una de
ellas, se multiplica la masa por el número de cúmulos de galaxias y se
obtiene una densidad mucho mayor, que se acerca al límite crítico que
indica que el Universo está cerrado.
La diferencia entre estos dos
métodos sugiere la presencia de materia invisible, la llamada materia
oscura, dentro de cada cúmulo pero fuera de las galaxias visibles.
Hasta que se comprenda el fenómeno de la masa oculta, este método de
determinar el destino del Universo será poco convincente.
La
teoría inflacionaria (1980), resuelve dificultades del plateamiento de
Gamow debido a la incorporación de la física de las partículas
elementales. Esta teoría sirve para comprender el Big Bang y para creer
en la posibilidad de que existan una infinidad de universos producidos
de acuerdo con el modelo inflacionario.La teoría inflacionaria, predice
que el universo debe ser esencialmente plano, lo cual puede comprobarse
experimentalmente, ya que la densidad de materia de un universo plano
guarda relación directa con su velocidad de expansión.La otra predicción
comprobable de esta teoría tiene que ver con las perturbaciones de
densidad producidas durante la inflación. Se trata de perturbaciones de
la distribución de materia en el universo, que incluso podrían venir
acompañadas de ondas gravitacionales. Las perturbaciones dejan su huella
en el fondo cósmico de microondas, que llena el cosmos desde hace casi
15 mil millones de años.
Sin embargo, la mayoría de los cosmólogos
se preocupa de localizar la materia oscura, mientras que una minoría,
como el sueco Hannes Alfvén, premio Nobel de Física, mantienen la idea
de que no sólo la gravedad sino también los fenómenos del plasma, tienen
la clave para comprender la estructura y la evolución del Universo.
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