EL ORIGEN DEL UNIVERSO

EL ORIGEN DEL UNIVERSO

El Universo se originó hace 14 mil millones de años en una gran explosión del espacio.

Toda la energía existente en el Universo estaba concentrada en un punto más pequeño que un átomo. La temperatura era muy alta y por esta razón no existía la materia como la conocemos hoy.

Después de la explosión, el espacio se expande y se enfría permitiendo la formación de átomos, estrellas, galaxias, y planetas a partir de partículas elementales. el universo está compuesto de aproximadamente 100 mil millones de galaxias. Composición consistir en un 73% de energía oscura, 23% de materia oscura fría y un 4% de átomos:

¿Qué es la Teoría del Big Bang?

• La teoría del Big Bang explica la expansión del Universo, la existencia de un pasado denso y caliente, el origen de los elementos químicos primordiales y la formación de los objetos astronómicos que se observan en la esfera celeste (estrellas, galaxias, cúmulos de galaxias, etc).

• Esta teoría se basa en la Relatividad General de Einstein y en combinación con las predicciones de la física nuclear y la física de partículas e interacciones constituye el modelo estándar de la de la cosmología moderna.

• La cosmología del Big Bang es consistente con las observaciones que se han realizado

• El Big Bang explica la evolución del universo a partir del primer segundo, pero no explica cómo se generó el universo ni qué ocurrió antes del primer segundo. Existen varias hipótesis sobre este evento, entre las cuales el modelo de inflación es de interés ya que resuelve algunas dificultades teóricas inherentes en la teoría del Big Bang. Mientras que el Big Bang goza de un sólido soporte en observaciones, el modelo de inflación requiere mayor evidencia observacional para ser aceptado definitivamente.

¿Qué había antes del Big Bang?

IMPORTANTE: El Universo NO se expande en un espacio preexistente. Es el espacio mismo el que está en expansión

¿QUÉ HABÍA ANTES DEL BIG BANG?

Durante las primeras fracciones de segundo el Universo era tan pequeño y denso que para poder estudiarlo es necesario desarrollar una teoría cuántica de la gravedad. La gravedad es la interacción dominante porque se trata de un objeto con mucha masa (eg. toda la masa del universo), sin embargo, toda esta masa y energía está encerrada en un punto no más grande que una partícula elemental, por lo tanto es un sistema cuántico.

Aún no se ha desarrollado esa teoría pero se han logrado encontrar algunas aproximaciones que son consistentes con la teoría cuántica. Según estos modelos, del vacío pueden aparecer estados de materia de forma espontanea.

Un nivel de energía absolutamente determinado e igual a cero no puede darse en la naturaleza debido a los principios cuánticos. Por lo tanto, en el vacío existen fluctuaciones energéticas a nivel cuántico. Una de estas fluctuaciones puede dar origen a la creación espontánea de materia y antimateria (manteniendo la energía promedio total igual a cero en todo momento).

La creación de un par partícula - antipartícula, por ejemplo, es un evento que ocurre en la naturaleza y en el laboratorio. En este proceso se conserva la energía, tal como lo piden las leyes conocidas de la física.

Espacio y tiempo son conceptos que no tienen sentido antes de la aparición de la materia en el universo. El espacio y el tiempo aparecen con la materia al momento del big-bang.

Que el universo entero haya aparecido del vacío (e.g. de la nada) va en contra de nuestra intuición y por eso es difícil entender. La lógica con la que nuestra mente se relaciona con el mundo exterior y construye modelos del mismo, está construida sobre la base de experiencias con el mundo macroscópico y no con el mundo subnuclear. Es por esta razón que queremos someter todos los procesos a un modelo sencillo de 'causa-efecto', y lo que salga de ese modelo muy difícilmente lo podemos entender. Desafortunadamente el modelo 'causa-efecto' se rompe con las teorías cuánticas que explican el comportamiento a nivel subnuclear.

En sistemas cuánticos es posible por ejemplo que un objeto esté simultáneamente en varios lugares, o que un objeto salte de un lugar a otro sin 'pasar' por los puntos intermedios (e.g. efecto túnel cuántico). Este tipo de situaciones no se ajustan al modelo 'causa-efecto' y no tienen equivalente alguno con procesos a escala humana.

Preguntar qué había antes del big-bang es equivalente a preguntar qué hay más allá del borde del universo. Existe un 'espacio' dentro del cual se está expandiendo el universo? La respuesta igualmente va en contra de nuestra intuición: es el espacio mismo el que se está expandiendo en el big-bang.

El Cosmos Ayer y Hoy

El conocimiento que hemos ganado sobre el universo ha seguido un crecimiento no lineal. Mucho ha ocurrido desde la primera observación de una supernova por los chinos hace más de 2000 años, a las observaciones del cielo profundo realizadas por el telescopio espacial Huble, pasando por las cenizas de Giordano Bruno, quemado vivo por la inquisición de la iglesia católica por haber propuesto conceptos avanzados sobre el universo. Por cientos de años el universo era el dominio de pensadores que no tenían acceso a datos experimentales más allá de la observación del cielo estrellado con sus propios ojos. En contraste, los investigadores que actualmente trabajan en cosmología tienen el privilegio de tener a disposición la tecnología y las observaciones directas que permiten probar la validez de sus teorías. El modelo cosmológico del Big Bang es hasta el momento la única teoría que ha pasado la prueba de fuego: las predicciones del modelo son consistentes con las observaciones del cielo profundo en el amplio rango espectral del radio a los rayos gama. Sin embargo, aún quedan dudas fundamentales por resolver y los intentos de explorar soluciones ponen en evidencia serias limitantes del modelo. Cabe preguntarse ¿Cómo se desarrolló y cuál es el estado actual del modelo estándar cosmológico?

Aristóteles da Las Reglas del Juego

La física de Aristóteles es supremamente elegante y coherente, con sólo cinco elementos (tierra, agua, aire, fuego, y éter) y sus tendencias a ocupar su lugar natural respectivo explica todos los fenómenos naturales conocidos y elabora un modelo del universo. La forma esférica por su simetría es elevada a la categoría de perfecta y por lo tanto propia para describir los objetos celestes los cuales a su vez están hechos de éter, una sustancia reservada para cuerpos perfectos. El elemento tierra, por el contrario, es corrupto y tiende a caer al centro, mientras que el fuego tiene la tendencia a ir hacia su lugar natural en el cielo. Estos conceptos no son arbitraros, tienen un sólido fundamento en la lógica Aristotélica y un profundo sentido de racionalidad. Podríamos decir que Aristóteles nos entregó las "reglas del juego" que ejercen gran influencia en el subsiguiente desarrollo de modelos cosmológicos. Estos conceptos entran al mundo con toda la fuerza de la autoridad de Aristóteles y luego reciben la bendición del escolasticismo reforzando su influencia hasta bien entrado el Renacimiento. Este es el marco conceptual y fundamento filosófico bajo el cual aparece el modelo Ptolemaico del universo que dominó por 2000 años: vivimos en un planeta privilegiado al centro del universo y circunscrito en una esfera celeste a su vez poblada por innumerable cantidad de estrellas, otros planetas y un sol.

La coherencia del modelo, el sustento lógico, la consistencia con el sentido común y el alineamiento con la teología medieval hacen del modelo Ptolemaico-Aristotélico la noción oficial del mundo y por lo tanto se opone de forma violenta a cualquier desviación o reto. La suerte de Giordano Bruno dramatiza en forma extrema la situación que se vivía en el siglo XVI. La influencia del recalcitrante racionalismo escolástico se refleja también en la oposición que sufren los filósofos como Pico della Mirandola y Marsilio Ficino, que experimentan con las ideas subversivas del Platonismo.

Galileo Perturba el Orden

Galileo apunta su telescopio al Sol y le encuentra manchas, a la luna y ve cicatrices, a Júpiter, y observa pequeños mundos circundando el planeta. Sus observaciones, en total contradicción con las nociones dominantes, encuentran a un universo poblado por cuerpos imperfectos. Mientras que para Galileo la observación directa del cielo es el método apropiado para desvelar la naturaleza, para los teólogos de turno, que rehusaban mirar por el telescopio de Galileo, el mundo seguiría siendo ese planeta privilegiado en el centro de un universo protegido por una esfera celeste perfecta y etérea. Guiado por la observación directa del cielo, Galileo acumula razones para dudar profundamente del modelo Ptolemaico y aceptar el modelo heliocéntrico de Copérnico. "Eppur si muove" se convertirán en las tres palabras más potentes para resumir el choque cultural entre modelos del mundo impuestos por la autoridad filosófica de turno y la naciente era científica.

Con Galileo queda establecido el hecho de que el universo es susceptible de ser observado y estudiado de forma sistemática lo cual rompe con la tradición de elaborar modelos basados en preferencias filosóficas. No queremos con esto decir que el modelo de Ptolomeo sea puramente especulativo. De hecho el método usado por Ptolomeo para llegar al modelo geocéntrico se basa en los conocimientos de geometría de los griegos y sigue pasos similares a la práctica científica actual. El modelo

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