La teoría del Big Bang (Gran Explosión) es la explicación más aceptada por la comunidad científica para el origen del universo. Según este modelo, el universo comenzó hace unos 13.700 millones de años con una explosión masiva. Inmediatamente después de este evento, se crearon el espacio, el tiempo, la energía y la materia tal como los conocemos.
La principal prueba de esta teoría fue descubierta por el astrónomo Edwin Hubble en 1929, desde el observatorio del monte Wilson en Los Ángeles. Hubble observó que las galaxias no estaban fijas, sino que se desplazaban y se alejaban de la Tierra a una velocidad asombrosa. Este fue el primer indicio de la existencia del Big Bang.
Independientemente de donde miremos, las galaxias distantes siguen alejándose de nosotros, lo que indica que el universo sigue expandiéndose. Este fenómeno se conoce como la Ley de Hubble. Según esta teoría, en el pasado, las galaxias y planetas estaban mucho más cerca unos de otros, y todo se originó desde un punto central.
Midiendo la velocidad de expansión, los cosmólogos han calculado que el universo nació hace 13.700 millones de años, cuando toda la materia estaba concentrada en un solo lugar, con una densidad infinita. La observación de Hubble sugirió que, en sus primeros momentos, el universo era infinitamente pequeño y denso. Bajo estas condiciones extremas, no se pueden aplicar nuestras teorías convencionales. Por lo tanto, el Big Bang también marca el origen del tiempo, ya que antes de ese momento, el tiempo tal como lo conocemos no existía.
¿De dónde viene el término Big Bang?
El término Big Bang fue acuñado por el astrofísico inglés Fred Hoyle, uno de los más conocidos detractores de esta teoría. Curiosamente, fue Hoyle quien, al criticar el modelo, describió el fenómeno como un «big bang» (gran explosión). Aunque, en realidad, en el inicio del universo no hubo una «explosión» ni tampoco fue «grande». En su lugar, el universo surgió de una singularidad, un punto infinitamente pequeño, seguido de la expansión del espacio mismo.
El concepto de singularidad gravitacional (o singularidad espaciotemporal) se refiere a una región del espacio-tiempo donde las magnitudes físicas, como la curvatura o los campos gravitatorios, no pueden ser definidas correctamente. En términos simples, era un punto de energía pura y densidad infinita, de donde todo lo demás comenzó a expandirse.
Michio Kaku, físico teórico, ha señalado una paradoja interesante con respecto a la denominación Big Bang. Dado que este evento ocurrió antes del espacio-tiempo, no podría haber sido «grande», y tampoco fue una explosión en el sentido tradicional, ya que no se propagó fuera de sí misma. El Big Bang no fue una explosión en el espacio, sino la creación del espacio mismo.
La Historia del Universo: Teoría del Big Bang
Al principio de los tiempos, el universo surgió de una «explosión», transformándose de la nada más absoluta al «todo». Este «todo» era un punto infinitamente pequeño, increíblemente caliente y de una densidad inimaginable, un punto de energía pura que marcó el comienzo de todo lo que conocemos.
La primera fuerza en aparecer fue la gravedad, que determinó la forma y contenido del universo. Esta fuerza es crucial para la viabilidad del cosmos. Si hubiera sido un poco más débil, la materia se habría disgregado rápidamente, impidiendo la formación de galaxias. Por el contrario, si la gravedad hubiera sido excesiva, los agujeros negros habrían engullido toda la materia, impidiendo cualquier tipo de formación. Es un equilibrio delicado que permitió la creación del universo tal como lo conocemos.
Apenas una fracción de segundo después de que la gravedad se manifestara, una inmensa onda de energía se desprendió y comenzó la expansión del universo en todas direcciones, a una velocidad inimaginable. Esta expansión fue incluso más rápida que la luz, porque, al tratarse de «nada», el espacio vacío puede moverse más rápido que la luz misma.
Para describir estos fenómenos a velocidades tan extremas, fue necesario introducir una nueva unidad de tiempo: el tiempo de Planck. En un solo segundo, pasan más unidades de tiempo de Planck que todos los segundos transcurridos desde el Big Bang. Esta unidad es tan diminuta que escapa al sentido común: equivale a 1/10 elevado a la potencia de 43 segundos.
Unas cuantas unidades de tiempo de Planck después del Big Bang, el universo era tan pequeño que cabía en la palma de la mano. En una fracción de segundo, se expandió hasta el tamaño de la Tierra, y luego, a la velocidad de la luz, alcanzó el tamaño de nuestro sistema solar. A pesar de esta expansión, el universo aún era una tempestad de energía radiante, con una temperatura de billones de grados.
A medida que el universo se expandía, comenzó a enfriarse, marcando el inicio de una nueva fase en su evolución. La energía pura de la explosión se transformó en materia, dando lugar a las primeras partículas subatómicas. Así, surgió la primera materia del universo. A diferencia de lo que ocurre en las reacciones nucleares, la energía se transformaba directamente en materia.
Las condiciones iniciales eran tan extremas que la materia formada no se parecía en nada a la que conocemos hoy en día. En ese momento, todavía no existían átomos, solo partículas subatómicas. La materia y la energía se transformaban simultáneamente, apareciendo y desapareciendo constantemente. Sin embargo, con el tiempo y debido al enfriamiento provocado por la expansión del universo, las partículas se estabilizaron y dejaron de convertirse en energía. A medida que su temperatura disminuía, también lo hacía su velocidad, lo que permitió la formación de los átomos. Primero apareció el hidrógeno, y poco después, el helio y el litio.
A los tres minutos del Big Bang, los eventos más cruciales en la formación del universo ya se habían producido.
Casi 180 millones de años después, las nubes de gas de hidrógeno y helio comenzaron a formar las primeras estrellas. Así, el universo entró en una nueva etapa de luz y esplendor, iluminándose en todas direcciones y dando lugar al impresionante espectáculo que vemos hoy cuando observamos el cielo nocturno. Aproximadamente 420 millones de años después del Big Bang, se formaron las primeras galaxias. Durante los siguientes 8.000 millones de años, continuó el proceso de formación de nuevas galaxias.
Hace unos 4.600 millones de años se formaron tanto el Sol como el planeta Tierra.
El futuro de acuerdo con la teoría del Big Bang
Los cosmólogos han propuesto dos posibles escenarios para el futuro del universo. Si la densidad de masa del universo supera la densidad crítica, el universo alcanzaría un tamaño máximo y luego comenzaría a colapsarse. Este proceso, conocido como Big Crunch, llevaría al universo a un estado más denso y caliente, similar al que existía en los primeros momentos del Big Bang.
Por otro lado, si la densidad en el universo es igual o menor a la densidad crítica, la expansión continuará, pero a un ritmo más lento, nunca deteniéndose por completo. En este caso, la formación de estrellas cesaría, y el universo seguiría expandiéndose, volviéndose cada vez más vacío. La temperatura promedio del universo podría acercarse asintóticamente al cero absoluto, lo que implicaría que el universo se volvería extremadamente frío. Además, los agujeros negros se evaporarían debido a la radiación de Hawking, un fenómeno que hace que pierdan masa con el tiempo.
A medida que la entropía del universo aumentara, se alcanzaría un punto en el que ninguna energía útil podría extraerse de él, lo que daría lugar a lo que se conoce como la muerte térmica del universo. Además, si se produce la descomposición del protón—un proceso por el cual un protón se desintegra en partículas más ligeras, liberando radiación—todo el hidrógeno, la forma predominante de materia bariónica en el universo actual, desaparecería con el tiempo. Esto dejaría solo radiación en el universo.
Evidencias Experimentales del Big Bang
Uno de los hechos más relevantes que apoya la teoría del Big Bang es que las estrellas se están alejando de nosotros a velocidades enormes. Este fenómeno ha sido verificado en múltiples ocasiones y se conoce como el efecto Doppler o corrimiento hacia el rojo del espectro de luz que recibimos del universo. Este corrimiento indica que el universo está expandiéndose, no contrayéndose. Según las observaciones del corrimiento hacia el rojo, la antigüedad del universo se estima en 13,7 mil millones de años, según los cálculos más recientes.
En 1949, el científico George Gamow sugirió que, si el Big Bang realmente ocurrió, la radiación generada en ese evento habría perdido energía a medida que el universo se expandía. Esta radiación, ahora conocida como la radiación cósmica de fondo, debería ser detectada como ondas de radio procedentes de todas las direcciones del cielo. Según Gamow, esta radiación debería ser homogénea, es decir, uniforme en todas las orientaciones del universo.
Fue en mayo de 1964 cuando el físico germano-estadounidense Arno Allan Penzias y el radioastrónomo estadounidense Robert Woodrow Wilson lograron detectar la radiación de fondo de microondas que impregna todo el universo conocido. Este hallazgo se considera una de las pruebas más directas de que el Big Bang realmente ocurrió.
