Big Bang: Inicio de Todo

Imagen: Representación oblonga de la evolución del universo durante 13,77 mil millones de años (expansión 3D en un plano). El extremo izquierdo representa el primer momento del Universo antes de su crecimiento exponencial en todas direcciones. Su tamaño está representado por la extensión vertical de la cuadrícula en este gráfico.
Esta representación 3D sobre un plano muestra la expansión del Universo observable, que no es perfecta. En realidad, es más bien una esfera, con nosotros en el centro.
Crédito de la imagen: Wikimedia Commons (dominio público).

¡Nacimiento del universo!

Hace 13.770 millones de años una tremenda explosión llamada Big Bang dio origen al espacio, el tiempo y la materia. En este caos inimaginablemente caliente, una burbuja se hinchará, se expandirá en todas direcciones y se enfriará lentamente.
El término "Big Bang" fue acuñado en los años 1950 por el astrofísico inglés Fred Hoyle (1915-2001) para designar irónicamente el concepto de "explosión original". Este modelo cosmológico fue desarrollado en la década de 1920 por el astrofísico belga Georges Lemaître (1894-1966) y el físico ruso Alexander Friedmann (1888-1925).
La historia del Big Bang no prejuzga la existencia de un "momento inicial" o de un comienzo.
Sin embargo, aún hoy podemos detectar en el cielo rastros de este origen, lo que llamamos “radiación fósil”. Esta radiación es radiación de microondas a baja temperatura, del orden de 3 K. Esta radiación nos llega desde todas las direcciones del cosmos. Se llama así porque forma un fondo para todas las fuentes de radio puntuales que han sido detectadas por radiotelescopios.
El Big Bang fue detectado en 1965 por Arno Allan Penzias (1933-2024) y Robert Woodrow Wilson (1936-). Fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1978.

¡Nacimiento del tiempo!

En el principio no hay nada, no hay materia, no hay vacío, el tiempo y el espacio no existen. A partir de un punto más pequeño que un átomo, una energía infinita creará el universo.
Todo comienza una pequeña fracción de segundo después de la explosión original, el Big Bang. El tiempo comienza a desarrollarse, todo el cosmos tomará forma de una vez. Es el mayor misterio de todos los tiempos.
Antes de este período, no sabemos nada, no existe el tiempo cero, el tiempo no existe, no tenemos datos para decir que hay algo. Para los científicos, el reloj cósmico da su primera pulsación a los 10^-43 segundos (hora de Planck). El universo es un vacío burbujeante de energía muy densa que está increíblemente caliente, entonces suponemos que de repente se hincha, esto es inflación. A los 10^-32 segundos emergen los primeros elementos de materia acompañados de antimateria (partículas elementales y antipartículas).
Luego, la fuerza nuclear fuerte, en un tiempo de 10^-6 segundos, es decir 1 millonésima de segundo, ensamblará los quarks, de 3 en 3 para dar protones y neutrones y formar los núcleos (hidrógeno, helio).

¡Nacimiento de las masas!

A los 3 minutos se forma el 98% de la masa del universo. Nada nuevo hasta hace 380.000 años, el final de la era radiativa.
Entonces comienza la era material y aparece la segunda fuerza, la fuerza electromagnética. Forma átomos de hidrógeno y helio combinando electrones con núcleos. El Universo en constante expansión y enfriamiento ve cómo la fuerza gravitacional agrupa los átomos en estructuras más complejas. Es el nacimiento de galaxias y estrellas.

¡Nacimiento de la materia!

Según el modelo teórico del Big Bang, la radiación fósil de microondas es un residuo de la energía que reinaba en el momento de la formación de los primeros átomos estables del Universo. La radiación se convierte en materia. Esto tiene lugar aproximadamente 380.000 años después de la explosión primordial. Los datos del satélite COBE (Cosmic Background Explorer) mostraron que esta radiación no es tan uniforme como creían los científicos. Áreas de diferente intensidad aparecen arbitrariamente. Estas fluctuaciones de densidad del Universo primordial estarían en el origen de la formación de galaxias.

Porciones de espacio-tiempo en el Universo observable

Imagen: Representación del Universo observable en forma de porciones de espacio 2D. Esta representación es falsa porque desde el Big Bang el Universo se ha expandido en todas direcciones.
Crédito de la imagen: Por diseño Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY -SA 3.0, Enlace.

El Universo observable está representado aquí por una pila de cortes bidimensionales, cada uno de los cuales representa la imagen del Universo en el pasado (como imágenes de una película). El último círculo en la parte superior, el más grande, representa el universo actual. Los diámetros de los círculos representan el tamaño del Universo que disminuye a medida que retrocedemos en el tiempo.
Pero en realidad el Universo se extiende en todas direcciones. Por tanto, debemos sustituir cada rebanada, es decir cada círculo, por una esfera. Así tendríamos, no un montón de círculos en 2 dimensiones, sino un montón de esferas en 3 dimensiones, algo imposible de imaginar para nuestro cerebro.
En esta representación imperfecta, somos como todas las galaxias del universo en el último círculo. Debido a la expansión del Universo, todo parece alejarse de nosotros, sin importar en qué dirección miremos. Es como pararse sobre la superficie de un globo y verlo inflarse.
No podemos ver más allá del círculo que es nuestro horizonte, porque la luz tiene una velocidad finita. La luz de los objetos más allá de este "horizonte cósmico" no ha tenido tiempo suficiente para llegar hasta nosotros desde el Big Bang.
El "globo" se infla pero el horizonte no se aleja, por lo que las galaxias cercanas al horizonte acaban desapareciendo.
Más allá del universo observable, probablemente hay infinitas galaxias que no podemos ver. ¡Incluso es posible que existan infinitos universos!