La teoría del Big Bang es la teoría dominante del origen del universo. En esencia, esta teoría establece que el universo comenzó desde un punto inicial o singularidad, que se ha expandido durante miles de millones de años para formar el universo como lo conocemos ahora.
Hallazgos tempranos del universo en expansión
En 1922, un cosmólogo y matemático ruso llamado Alexander Friedman encontraron que las soluciones a Albert Einstein 's relatividad general ecuaciones de campo resultó en un universo en expansión. Como creyente en un universo estático y eterno, Einstein agregó una constante cosmológica a sus ecuaciones, "corrigiendo" este "error" y eliminando así la expansión. Más tarde llamaría a esto el mayor error de su vida.
De hecho, ya había evidencia observacional en apoyo de un universo en expansión. En 1912, el astrónomo estadounidense Vesto Slipher observó una galaxia espiral, considerada una "nebulosa espiral" en ese momento, ya que los astrónomos aún no sabían que había galaxias más allá de la Vía Láctea, y registró su desplazamiento al rojo , el desplazamiento de una fuente de luz. hacia el extremo rojo del espectro de luz. Observó que todas esas nebulosas se alejaban de la Tierra. Estos resultados fueron bastante controvertidos en ese momento y no se consideraron todas sus implicaciones.
En 1924, el astrónomo Edwin Hubble pudo medir la distancia a estas "nebulosas" y descubrió que estaban tan lejos que en realidad no eran parte de la Vía Láctea. Había descubierto que la Vía Láctea era sólo una de las muchas galaxias y que estas "nebulosas" eran en realidad galaxias por derecho propio.
Nacimiento del Big Bang
En 1927, el sacerdote y físico católico romano Georges Lemaitre calculó de forma independiente la solución de Friedman y sugirió nuevamente que el universo debía expandirse. Esta teoría fue apoyada por Hubble cuando, en 1929, encontró que había una correlación entre la distancia de las galaxias y la cantidad de corrimiento al rojo en la luz de esa galaxia. Las galaxias distantes se alejaban más rápido, que era exactamente lo que predijeron las soluciones de Lemaitre.
En 1931, Lemaitre fue más allá con sus predicciones, extrapolando hacia atrás en el tiempo para encontrar que la materia del universo alcanzaría una densidad y temperatura infinitas en un tiempo finito en el pasado. Esto significaba que el universo debía haber comenzado en un punto de materia denso e increíblemente pequeño, llamado "átomo primitivo".
El hecho de que Lemaitre fuera un sacerdote católico romano preocupaba a algunos, ya que estaba presentando una teoría que presentaba un momento definido de "creación" para el universo. En las décadas de 1920 y 1930, la mayoría de los físicos, como Einstein, se inclinaban a creer que el universo siempre había existido. En esencia, mucha gente consideraba que la teoría del Big Bang era demasiado religiosa.
Big Bang frente a estado estable
Si bien se presentaron varias teorías durante un tiempo, en realidad fue solo la teoría del estado estacionario de Fred Hoyle la que proporcionó una competencia real para la teoría de Lemaitre. Irónicamente, fue Hoyle quien acuñó la frase "Big Bang" durante una transmisión de radio de la década de 1950, con la intención de que fuera un término burlón para la teoría de Lemaitre.
La teoría del estado estable predijo que se creó nueva materia de manera que la densidad y la temperatura del universo permanecieron constantes a lo largo del tiempo, incluso mientras el universo se expandía. Hoyle también predijo que los elementos más densos se formaron a partir de hidrógeno y helio a través del proceso de nucleosíntesis estelar , que, a diferencia de la teoría del estado estable, ha demostrado ser precisa.
George Gamow, uno de los alumnos de Friedman, fue el principal defensor de la teoría del Big Bang. Junto con sus colegas Ralph Alpher y Robert Herman, predijo la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB), que es la radiación que debería existir en todo el universo como un remanente del Big Bang. A medida que los átomos comenzaron a formarse durante la era de la recombinación , permitieron que la radiación de microondas (una forma de luz) viajara a través del universo, y Gamow predijo que esta radiación de microondas todavía sería observable hoy.
El debate continuó hasta 1965 cuando Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson tropezaron con el CMB mientras trabajaban para Bell Telephone Laboratories. Su radiómetro Dicke, utilizado para radioastronomía y comunicaciones por satélite, registró una temperatura de 3,5 K (una coincidencia cercana a la predicción de 5 K de Alpher y Herman).
A finales de la década de 1960 y principios de la de 1970, algunos defensores de la física del estado estacionario intentaron explicar este hallazgo sin dejar de negar la teoría del Big Bang, pero al final de la década, estaba claro que la radiación CMB no tenía otra explicación plausible. Penzias y Wilson recibieron el premio Nobel de física 1978 por este descubrimiento.
Inflación cósmica
Sin embargo, persistieron ciertas preocupaciones con respecto a la teoría del Big Bang. Uno de ellos fue el problema de la homogeneidad. Los científicos preguntaron: ¿Por qué el universo se ve idéntico, en términos de energía, independientemente de la dirección en la que se mire? La teoría del Big Bang no da tiempo al universo temprano para alcanzar el equilibrio térmico , por lo que debería haber diferencias de energía en todo el universo.
En 1980, el físico estadounidense Alan Guth propuso formalmente la teoría de la inflación para resolver este y otros problemas. Esta teoría dice que en los primeros momentos después del Big Bang, hubo una expansión extremadamente rápida del universo naciente impulsada por "energía de vacío de presión negativa" (que puede estar de alguna manera relacionada con las teorías actuales de la energía oscura ). Alternativamente, otras teorías de la inflación, similares en concepto pero con detalles ligeramente diferentes, han sido presentadas por otros en los años posteriores.
El programa Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA, que comenzó en 2001, ha proporcionado evidencia que respalda firmemente un período de inflación en el universo temprano. Esta evidencia es especialmente fuerte en los datos de tres años publicados en 2006, aunque todavía hay algunas inconsistencias menores con la teoría. El Premio Nobel de Física de 2006 fue otorgado a John C. Mather y George Smoot, dos trabajadores clave del proyecto WMAP.
Controversias existentes
Si bien la teoría del Big Bang es aceptada por la gran mayoría de los físicos, todavía existen algunas cuestiones menores al respecto. Sin embargo, lo más importante son las preguntas que la teoría ni siquiera puede intentar responder:
- ¿Qué existía antes del Big Bang?
- ¿Qué causó el Big Bang?
- ¿Es nuestro universo el único?
Las respuestas a estas preguntas pueden existir más allá del ámbito de la física, pero son fascinantes, y respuestas como la hipótesis del multiverso proporcionan un área de especulación intrigante tanto para científicos como para no científicos.
Otros nombres para el Big Bang
Cuando Lemaitre propuso originalmente su observación sobre el universo temprano, llamó a este estado temprano del universo el átomo primitivo. Años más tarde, George Gamow le aplicaría el nombre ylem. También se le ha llamado átomo primordial o incluso huevo cósmico.