Teorías del origen del Universo

Capítulo 1: Origen de la vida, evolución y taxonomía

1.1 Teorías del origen del Universo

A lo largo de los últimos siglos, el tamaño del Universo creció conceptualmente en la mente de astrofísicos y astrónomos.Este crecimiento inició desde la Revolución Copernicana de finales del siglo XVI, cuando el universo pasó de ser exclusivamente nuestro Sistema Solar, en el siglo XIX, un vecindario de soles ubicados a distintas distancias, dando forma a nuestra galaxia, la Vía Láctea, y, a principios del siglo XX, pasó a convertirse en un vasto, amplio y profundo que contenía muchas galaxias lejanas unas de otras, pero similares a las nuestras. Sin embargo, el Universo se mantuvo estático; parecía estar fijo, sin cambios, más allá del mero crecimiento conceptual.

        Pero esa falta de movimiento prevista por los expertos de esa época era artificial, pues para algunos era evidente que la gravedad era una fuerza que atraía constantemente a los distintos cuerpos del Universo entre sí. Esto generaba una paradoja, pues derivando las consecuencias lógicas del funcionamiento de la gravedad, toda la materia que forma al Universo debería colapsar sobre sí misma.

        Por ello, Albert Einstein (1879-1955) dedujo que alguna otra fuerza desconocida para su época, algo que llamó una constante cósmica, debía estar empujando a dichos cuerpos en sentido opuesto y proporcional a la atracción gravitatoria, de tal manera que permita lograr un estado de equilibrio, lo que explicaría precisamente que los componentes del Universo estuvieran quietos; así lo consignó en su teoría general de la relatividad entre 1915 y 1916

        Pero en 1928, Edwin Hubble (1889-1953) descubrió que la quietud del Universo era una mera apariencia. Cuatro años antes Hubble también descubrió que había más galaxias que la Vía Láctea y dedicó sus esfuerzos a calcular la distancia entre algunas de estas y la nuestra. Lo sorprendente fue que al observar el espectro de luz que emiten las galaxias, las más lejanas estaban corridas al rojo, es decir, que las ondas electromagnéticas que vemos de esos cúmulos de estrellas están ensanchadas.

        De acuerdo con el efecto Doppler, cuando un objeto que emite una onda sonora se acerca a un observador las ondas se comprimen conforme se va aproximando. Después de eso, conforme se aleja la fuente emisora, las ondas se van ensanchando o espaciando cada vez más, y su intensidad baja lentamente hasta que, eventualmente, dejamos de escucharla por completo.

        Por eso mismo es lo que Hubble descubrió de las galaxias, que se están alejando y por eso el corrimiento al rojo, pues son las ondas electromagnéticas rojas (las de mayor longitud) las que quedan atrás y, por lo tanto, las últimas que podemos ver (en cambio, las azules o ondas corta van al frente). Con esto dedujo que el Universo está en movimiento y lo que causa la apariencia de quietud es la enorme distancia que separa a las galaxias.

        La evidencia de que el Universo está en movimiento y expandiéndose es tan fuerte y decisiva que marcó el camino sobre el cual aparecerían nuevas teorías o modelos del Universo que tratan de acoplarse a ella y dar una explicación a la causa de la expansión observada.

Teoría del Big Bang

Fue sugerida en 1927 por Georges Lemaître (1894-1966), un año antes de que apareciera la evidencia de Hubble. Lemaître obtuvo originalmente su teoría derivando de las consecuencias esperadas de la teoría general de la relatividad de Einstein. Dedujo que el Universo no colapsaba sobre sí mismo debido a que la gravedad era contrarrestada por una fuerza más poderosa proveniente de una gran explosión que impulsa a toda la materia desde un punto donde estuvo reunida en el pasado remoto.

        De acuerdo con esta teoría, toda la materia que hoy conforma el Universo, pero que tenía una configuración distinta, debió haber estado concentrada y unida en un solo punto infinitamente denso y caliente del espacio. Las grandes tensiones debidas a esta extraordinaria reunión de materia habrían causado la gran explosión que lanzó de forma radial y con enorme fuerza toda la materia que hoy existe en el cosmos, echando a andar, conforme se enfriaba, un proceso de interacción entre átomos y moléculas que culminaría con la formación de estrellas y galaxias.

        Para esta teoría, la materia del Universo como lo conocemos se creó en el momento inicial, pero después ya no, por lo que, al continuar la expansión indefinidamente, muchas regiones del cosmos se fueron quedando vacías. El descubrimiento del corrimiento al rojo de las galaxias favoreció a esta nueva teoría porque explicaba la causa por la cual estas se alejan a gran velocidad. No obstante, la teoría carecía de evidencia sobre la explosíon en sí y de sus causas; de hecho, el nombre Big Bang fue popularizado por un detractor de la teoría que intentaba ridiculizarla.

        Dos décadas después, en 1948, George Gamow (1904-1968) predijo que, a partir del comienzo infinitamente denso y caliente de la materia, que causó la gran explosión, se debió liberar una inmensa cantidad de fotones (u ondas electromagnéticas, por la naturaleza dual de la luz) por el cosmos. Además, todos esos fotones viajando por el Universo deberían enfriarse paulatinamente al ceder su calor. Por lo anterior, semejante resplandor proveniente del momento mismo de la explosión debería ser observado de manera reminiscente en la actualidad, como si se tratara del acta de nacimiento del universo.

        Esta deducción lógica fue apoyada y seguida inmediatamente por Ralph Alpher (1921-2007) y Rober Herman (1914-1997), quienes calcularon la pérdida de calor de la luz emitida por la explosión, desde el Big Bang hasta nuestros días. Con un modelo predictivo de enfriamiento llegaron a la conclusión de que las ondas electromagnéticas antiguas que aún debían seguirse moviendo por el Universo deberían tener una temperatura de 5 grados Kelvin a lo mucho. También considerando que como tales ondas serían las últimas en llegar a nosotros, deberían estar comprendidas en el espectro de luz por debajo del rojo; es decir, longitud de onda grande, por ello seguramente se les debería encontrar como microondas. A este fenómeno predicho se le llamó radiación cósmica de fondo.

Teoría del  Universo oscilante o pulsante

En 1922, Alexander Friedmann (1888-1925) derivó también, por su parte, las consecuencias lógicas de la teoría general de la relatividad y llegó a la conclusión de que, debido a la tensión entre la gravedad y la fuerza de antigravedad de la constante cosmológica con la que Einstein mantenía conceptualmente fijo el Universo, este se encontraba en un equilibrio débil. Si hubiera demasiada materia en el cosmo, la intensidad de la fuerza de gravedad haría que la materia colapsara sobre sí misma; en contraste, un poco menos de materia generaría poca intensidad de gravedad, por lo que la constante cosmológica impulsaría a la materia indefinidamente por el espacio vacío.

        Después de que apareciera la teoría del Big Bang y del descubrimiento de la expansión del Universo de Hubble, algunos científicos consideraron seriamente la posibilidad de que después del poderoso impulso inicial de la explosión fuese frenada y contraída por la gravedad hasta hacerla colapsar y aplastarse a sí misma, generando de nuevo un estado de concentración de materia con enorme densidad y energía que volvería a hacer estallara. De esta forma, los procesos del Universo serían cíclicos u oscilantes: una gran explosión seguida de expansión y mucho tiempo después de frenado, y luego una gran implosión que regresaría toda la materia a un punto inicial seguida nuevamente de una gran explosión y así, siguiendo un ciclo indefinidamente. (Big Bang-Big Crunch-Big Bang…)

        De esta teoría se desprende que el Universo actual podría ser una reedición de muchas que le antecedieron y el antecesor de muchas otras ediciones que le seguirán, en ambos casos quizás infinitamente en el tiempo.

Teoría del estado estacionario

Esta teoría fue elaborada en 1948 por Fred Hoyle (1915-2001), Hermann Bondi (1919-2005) y Thomas Gold (1920-2004), quienes eran críticos del Big Bang, pues desconfiaban de la falta de evidencia de la explosión. La nueva idea de estos científicos era que, conforme el Universo se expandía, se crearía nueva materia; de esta nueva materia se formarían eventualmente nuevas galaxias que ocuparían el lugar vacío dejado por galaxias desplazadas. De esta manera, el Universo no tendría porqué haber iniciado alguna vez, más bien sería infinito y eterno. Además, siempre tendría la misma apariencia general: desde cualquier parte del cosmo que se mirara, no quedaría regiones vacías nunca; así, aunque hubiera movimiento y expansión de galaxias, el Universo en su conjunto daría la impresión de estar estacionado. Ni Big Bang, ni Big Crunch.

        El principal problema de esta teoría es que requiere de una fuente o proceso de creación continua de la materia, lo que representa una contradicción con la teoría general de la relatividad, pues en esta la materia se transforma en energía y viceversa, pero no puede aparecer de la nada. Además, una presunta fuente o proceso de creación de la materia necesita descubrirse. Si bien el modelo del Big Bang también necesita de una fuente inicial de creación del tipo de materia que hoy existe en el cosmo, este se autoexplica una sola vez, a partir de la energía liberada en la explosión en sí, aunque en este evento singular la generación de materia habría sucedido en forma masiva, pero en escasa y paulatina, como supone el modelo del estado estacionario.

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