Teoría del "Big-Bang"

Entre las teorías que intentan dar respuesta a cómo se formó el universo, la teoría del big bang, o teoría de la gran explosión, es actualmente una de las más consideradas. Fue propuesta por el astrónomo belga Georges Lamaître en 1927, y desarrollada por el físico estadounidense de origen ruso George Gamor en 1948. Según ella, el universo se creó a partir de una gran explosión del siguiente modo:

   La física teórica target="blank" para explicar la expansión ultrarrápida del universo en sus instantes iniciales propone la inflación cósmica para intentar resolver el problema del horizonte.

La inflación es actualmente considerada como parte del modelo cosmológico estándar de Big Bang caliente. La partícula elemental o campo hipotético que se piensa que es responsable de la inflación es llamada inflatón.

La inflación sugiere que hubo un periodo de expansión exponencial en el Universo muy pre-primigenio. La expansión es exponencial porque la distancia entre dos observadores fijos se incrementa exponencialmente, debido a la métrica de expansión del Universo.

 Las condiciones físicas desde un momento hasta el siguiente son estables: la tasa de expansión, dada por la constante de Hubble, es casi constante, lo que lleva a altos niveles de simetría. La inflación es a menudo conocida como un periodo de expansión acelerada porque la distancia entre dos observadores fijos se incrementa a una tasa acelerante cuando se mueven alejándose.

Se basa en una combinación de las ideas cosmológicas con la teoría cuántica y la física de las partículas elementales. Si tomamos como tiempo cero el momento en que todo surgió a partir de una singularidad, la inflación explica cómo una ‘semilla’ extremadamente densa y caliente que contenía toda la masa y energía del Universo, pero de un tamaño mucho menor que un protón, salió despedida hacia afuera en una expansión que ha continuado en los miles de millones de años transcurridos desde entonces. Según la teoría inflacionaria, este empuje inicial fue debido a procesos en los que una sola fuerza unificada de la naturaleza se dividió en las cuatro fuerzas fundamentales que existen hoy: la gravitación, el electromagnetismo y las interacciones nucleares fuerte y débil. Esta breve descarga de antigravedad surgió como una predicción natural de los intentos de crear una teoría que combinara las cuatro fuerzas.

La fuerza inflacionaria sólo actuó durante una minúscula fracción de segundo, pero en ese tiempo duplicó el tamaño del Universo 100 veces o más, haciendo que una bola de energía unas 1020 veces más pequeña que un protón se convirtiera en una zona de 10 cm de extensión (aproximadamente como una naranja grande) en sólo 15 × 10-33 segundos. El empuje hacia afuera fue tan violento que, aunque la gravedad está frenando las galaxias desde entonces, la expansión del Universo continúa en la actualidad.

¿Es posible la trasformación de materia en energía?

La fórmula más famosa de Albert Einstein, E = m·c², garantiza que la energía es igual a la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz. En resumen, significa que la materia no es más que una forma de energía, descubrimiento que tuvo (y tiene) unas consecuencias impactantes en el mundo de la Física.

La fórmula, además, indica que desintegrando cantidades muy pequeñas de materia podemos conseguir grandes cantidades de energía. Esto abrió el camino a la era nuclear. En las reacciones nucleares, parte de la materia se convierte en energía, por ejemplo, en forma de fotones de rayos gamma (los fotones, por definición, no tienen masa).

Hagámonos la pregunta, ¿es posible recorrer el camino inverso y convertir energía en materia?

La respuesta, evidentemente, es que sí. ¿Por qué no? Sólo hay un ‘pequeño’ detalle. Una ínfima cantidad de masa produce una cantidad ingente de energía. Un gramo de materia desintegrada produciría (basta aplicar la fórmula) aproximadamente 90 Terajulios. Esto son unos 25 millones de kilowatios-hora. Con esta energía, podríamos hacer lucir una bombilla de 100 watios durante 285 siglos.

Pero al convertir energía en materia todo funciona al revés. Necesitamos una cantidad de energía espectacular para producir una cantidad de materia pequeñísima. Por ejemplo, un fotón gamma muy energético puede dar lugar a un electrón y un positrón (siendo la masa de ambos ridícula).

Podemos, por tanto, producir partículas subatómicas a partir de energía, pero sólo tiene interés a nivel científico, experimental. De hecho, sólo podemos obtener partículas sueltas. Sería imposible obtener un ‘pedazo’ de materia de un gramo, ya que deberíamos concentrar toda esa descomunal energía en un sólo punto.

Artículo realizado por Manuel Calvillo Pastilla.
29.11.10