Materia, energía, universo

RES UMEN:

La materia de nuestro universo ofrece un aspecto muy diverso, contrariamente a cómo ésta se presentaba en

sus orígenes . En el Big B ang solamente existía una masa de energía en donde todo era indiferenciado y confundido

en un volumen casi puntual pero, a medida que la temperatura baj a y el universo se exp ande, ap arecen

nuevas estructura s que darán lugar a la materia tal como la conocemos hoy en día. Las teorías más modernas

apuntan al hecho de que el origen de la materia y la energía es exterior al propio universo.

PALABRAS CLAVE: materia, energía, universo

E s sabido que la teoría más aceptada sobre el origen del

uni ver s o es el Big B ang o gran explosión. Tomando

esta hipótesis, muchos de los fenómenos que hoy en día se

observan en el universo, como su exp ansión, el fondo de

microondas, etc., pueden ser correctamente explicados . Según

esta teoría, el universo habría nacido a partir de un

tamaño infinitesimal y luego habría iniciado una exp ansión

hasta alcanzar el tamaño actual. La pregunta que surge

es ¿ cómo de pequeño era el universo en su inicio?

No podemos comprimir el universo indefinidamente ya

que, en un momento dado, el tamaño alcanzará una es cala

en donde los fenómenos cuánticos serán apreciables . En

ese mismo momento la gravedad será intensa y convivirán

dos fenómenos que la física aún no ha sido capaz de unificar.

Para estudiar el fenómeno se necesitaría disponer de

una teoría cuántica de la gravitación, cosa que aún no está

consolidada. Existen unos primeros rudimentos sobre esta

teoría y nos dice que, precisamente en esta escala es neces

ario detenerse.

Existe una distancia mínima, llamada radio de Plan ck,

que constituye un cuanto de esp acio . Igualmente, la luz

tardará un tiempo tp (tiempo de Planck) que define, igualmente,

un cuanto de tiempo . P ara deducir estas cantidades,

imaginemos un diminuto aguj ero negro cuyo radio

sea lo suficientemente pequeño como p ara obtener efect

o s c u án t i c o s . S e gún l a d e f i n i c i ó n de r a d i o d e

Schwarzs child d e un aguj ero negro, rs=2Gmp/c2, siendo

mp su masa, y a la cual llamaremos masa de Planck p ara el

caso que nos ocup a . Su radio será el recién definido radio

de Planck. Según la relatividad especial, la masa de este

aguj ero negro contiene una energía Ep=mpc2, y si como

hemos supuesto, existen efe ctos cuánticos, habrá una indetermina

ción dada por el principio de Hei s enbe r g :

D t D E 3 h . C ombinando t o d o e l l o resulta u n a m a s a de

Planck:

[1]

Esta masa es realmente pequeña y no ha podido dar lugar

a todo el universo. Surge entonces la pregunta ¿de

dondehasta el d e una galaxi a . Esta exp ansión se produce a una

velocidad enorme que supone millones de veces más rápida

que l a de l a luz c . Aunque esto p arece violar la

rel ativi dad especial, l a teoría general de la relativi dad

permite exp andirse al esp acio sin limitación alguna. En

estos instantes, la métrica del esp acio-tiempo es tal que

arrastra a la luz consigo, alcanzando valores muy superiores

al actual c.

Para que el fenómeno tenga éxito es neces ario que hacia

1 0 -43 segundos se inyecte en el universo suficiente energía

como para producir su expansión, ya que, en caso contrario

colapsaría sobre sí mismo según la pequeña curva cicloide

indicada en la figura y el universo sería fallido.

La incógnita del origen de la energía restante sigue, no

obstante, en pié. La teoría más aceptada que existe sobre

este origen se denomina el bosón de Higgs . En ella se pos·­

tula que existe una partícula (el bosón de Higgs) que verifica

una relación matemática determinada que liga el valor

de la energía potencial V que adquiere el bosón en un

determinado campo es calar f. Dicha relación depende de

la temperatura T según :

[2]

Podemos representar esta función en la gráfica de la figura

2 .

Cuando la temperatura e s muy elevada (TI)' s e tiene

FIG U R A 2: Dis tribución del potencial en función

de

...