En la cosmología
moderna, el origen del Universo es el instante en que apareció toda la materia
y la energía
que existe actualmente en el universo como consecuencia de una gran explosión. Una
postulación denominada Teoría del Big
Bang. Esta postulación es abiertamente aceptada por la ciencia en nuestros
días y conlleva que el universo podría haberse originado hace entre 13.700
millones de años, en un instante definido. En la década de 1930, el astrónomo
estadounidense Edwin Hubble confirmó que el universo se estaba
expandiendo, fenómeno que Albert Einstein con la teoría de la relatividad general
había predicho anteriormente. Sin embargo, el propio Einstein no creyó en sus
resultados, pues le parecía absurdo que el universo se encontrara en infinita
expansión, a la cual posteriormente denominaría él mismo como el mayor error de
su vida. Por esto Hubble fue reconocido como el científico que descubrió la
expansión del universo.
Existen diversas
teorías científicas acerca del origen del universo. Las más aceptadas son la
del Big Bang
y la teoría Inflacionaria, que se complementan.
Inflación
En la comunidad científica tiene una gran
aceptación la teoría inflacionaria, propuesta por Alan Guth
y Andrei Linde
en los años ochenta, que intenta explicar los primeros instantes del universo.
Se basa en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay
cerca de un agujero negro. Supuestamente nada existía antes del instante en que
nuestro universo era de la dimensión de un punto con densidad infinita, conocida
como una singularidad. En este punto se
concentraban toda la materia, la energía, el espacio y el tiempo. Según esta
teoría, lo que desencadenó el primer impulso del Big Bang
es una "fuerza inflacionaria" ejercida en una cantidad de tiempo
prácticamente inapreciable. Se supone que de esta fuerza inflacionaria se
dividieron las actuales fuerzas fundamentales.
Este impulso, en
un tiempo tan inimaginablemente pequeño, fue tan violento que el universo
continúa expandiéndose en la actualidad. Hecho que fue corroborado por Edwin Hubble.
Se estima que en solo 15 x 10-33 segundos ese universo primigenio
multiplicó sus medidas.
La teoría del Big Bang
consiste en que el universo que antes era una singularidad infinitamente densa,
matemáticamente paradójica, en un momento dado explotó y liberó una gran
cantidad de energía y materia separando todo hasta ahora.
El universo
después del Big Bang
comenzó a enfriarse y a expandirse, este enfriamiento produjo que tanta energía
comenzara a estabilizarse. Los protones
y los neutrones
se “crearon'” y se estabilizaron cuando el universo tenía una temperatura
de 100.000 millones de grados, aproximadamente una centésima de segundo después
del inicio. Los electrones tenían una gran energía e interactuaban con los
neutrones, que inicialmente tenían la misma proporción que los protones, pero
debido a esos choques los neutrones se convirtieron mas en protones que
viceversa. La proporción continuó bajando mientras el universo se seguía
enfriando, así cuando se tenía 30.000 millones de grados (una décima de
segundo) había 38 neutrones por cada 62 protones y 24 a 76 cuando tenía 10.000
millones de grados (un segundo).
Lo primero en
aparecer fue el núcleo del deuterio,
casi a 14 segundos después, cuando la temperatura de 3.000 millones de grados
permitía a los neutrones y protones permanecer juntos. Para cuando estos
núcleos podían ser estables, el universo necesitó de algo más de tres minutos,
cuando esa bola incandescente se había enfriado a unos 1.000 millones de
grados. Ejemplos de estas teorías en relación al origen del universo son:
Teoría Heliocéntrica de Nicolás Copérnico, Teoría del universo estático y
uniforme, La teoría heliocéntrica de Aristarco de Samos, entre las que destacan
aun mas.
Materia oscura
Formalmente para
que todo lo expuesto aquí pueda ser válido, los científicos necesitan de una
materia adicional a la conocida (o más propiamente vista) por el hombre. Varios
cálculos han demostrado que toda la materia
y la energía
que conocemos es muy poca en relación a la que debería existir para que el Big Bang
sea correcto. Por lo que se postuló la existencia de una materia hipotética
para llenar ese vacío, a la cual se la llamo materia
oscura ya que no interactúa con ninguna de las fuerzas nucleares (fuerza débil
y fuerte)
y ni el electromagnetismo, sólo con la fuerza gravitacional. En el gráfico de la
derecha se puede ver las proporciones calculadas.
Otras teorías científicas sobre su origen
Modelos basados en la cosmología de branas
Existen dos
grandes grupos de teorías basados en la cosmología de branas. El primer grupo
mezcla aspectos de la teoría M con la cosmología inflacionaria. El segundo grupo, de
más reciente formulación, argumenta la existencia de una cosmología de branas
basada en la teoría M sin recurrir al modelo inflacionario. El modelo de Randall-Sundrum (RS1 y RS2) se
puede ajustar a los criterios de cualquier modelo de ambos grupos.
En la cosmología inflacionaria el universo adquiere
sus características observables (problema del horizonte, planitud y de monopolos magneticos) después del Big
Bang, mientras tanto en los modelos ecpirótico y cíclico
las características observables derivan de un momento previo al big bang debido
a un choque entre branas.
El cosmólogo Alexander Vilenkin argumenta que en los modelos
inflacionarios el tiempo esta autocontenido dentro del universo marcando el Big
Bang su comienzo (tiempo finito). Mientras tanto el cosmólogo Neil Turok propone que en los modelos
donde se dan los choques entre branas el tiempo ya existía antes del Big Bang
(tiempo infinito).
Modelo del multiverso
En los modelos
basados en la cosmología inflacionaria se puede imaginar un
infinito océano que debido a las fluctuaciones de la física cuántica se
forman branas como burbujas en el agua hirviendo. De está forma surgen de
momento a momento Big Bangs y unas burbujas desaparecen y otras crecen (inflación)
debido a las mismas fluctuaciones. Figuradamente cada universo
se podría considerar como una burbuja (brana) nadando en un océano infinito de
agua hirviendo (falso vacío). La formulación de esta teoría
esta fuertemente influenciada por la interpretación de la mecánica cuántica de Hugh Everett.
Modelo del universo cíclico
En los modelos
basados en el choque de branas, a diferencia de los modelos inflacionarios,
cada brana ya existía antes del big bang y las características que llevaban antes del choque
se imprimen en las características del siguiente universo formado después del
choque. Los modelos pre-big bang, ecpirótico y cíclico pertenecen a este grupo
de teorías.
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