Big Bang

rdf:langString Big Bang

rdf:langString En cosmología, se entiende por Big Bang​​ o Gran Explosión​ en español​ (término proveniente del astrofísico Fred Hoyle a modo de burla de la teoría,​​​​ llamado originalmente como Átomo primigenio o Huevo cósmico por el astrofísico y sacerdote Georges Lemaître​​​) al principio del universo, es decir, el punto inicial en el que se formó la materia, el espacio y el tiempo.​ De acuerdo con el modelo cosmológico estándar, el Big Bang tuvo lugar hace unos 13 800 millones de años.​ El modelo estándar no trata de explicar la causa de este hecho en sí, sino la evolución del universo temprano en un rango temporal que abarca desde un tiempo de Planck (aprox. 10−43 segundos) después del Big Bang hasta entre 300 000 y 400 000 años más tarde, cuando ya se empezaban a formar átomos estables y el universo se hizo transparente.​​​ Una amplia gama de evidencia empírica favorece fuertemente al Big Bang, que ahora es esencial y universalmente aceptado.​ La teoría del Big Bang es el modelo cosmológico predominante para los períodos conocidos más antiguos del universo y su posterior evolución a gran escala.​​​ El modelo estándar afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y temperatura y luego se expandió.​​ Mediciones modernas datan este momento hace aproximadamente 13 800 millones de años, que sería por tanto la edad del universo.​ Después de la expansión inicial, el universo se enfrió lo suficiente para permitir la formación de las partículas subatómicas y más tarde simples átomos. Nubes gigantes de estos elementos primordiales se unieron más tarde debido a la gravedad, para formar estrellas y galaxias.​ Después del Big Bang, y esto ya no forma parte de la teoría, el universo sufrió un progresivo enfriamiento y expansión cuyo desarrollo posterior fue determinado por procesos que podemos observar en la física de partículas. La primera ecuación de Friedmann describe todas estas épocas hasta el presente y el futuro lejano.​ Desde que Georges Lemaître observó por primera vez, en 1927, que un universo en permanente expansión debería remontarse en el tiempo hasta un único punto de origen, los científicos se han basado en su idea de la expansión cósmica. Si bien la comunidad científica una vez estuvo dividida en partidarios de dos teorías diferentes sobre el universo en expansión, la del Big Bang, y la teoría del estado estacionario, defendida por Fred Hoyle, la acumulación de evidencia observacional favorece fuertemente a la primera, que ahora se acepta casi universalmente.​ En 1929, a partir del análisis de corrimiento al rojo de las galaxias, Edwin Hubble concluyó que las galaxias se estaban distanciando, lo que es una prueba observacional importante consistente con la hipótesis de un universo en expansión. En 1964 se descubrió la radiación de fondo cósmico de microondas, lo que es también una prueba crucial en favor del modelo del Big Bang, ya que esta teoría predijo la existencia de la radiación de fondo en todo el universo antes de ser descubierta. Más recientemente, las mediciones del corrimiento al rojo de las supernovas indican que la expansión del universo se está acelerando, aceleración atribuida a la energía oscura (Modelo Lambda-CDM).​ Las leyes físicas conocidas de la naturaleza pueden utilizarse para calcular las características en detalle del universo del pasado en un estado inicial de extrema densidad y temperatura.​​​ Si las leyes conocidas de la física se extrapolan más allá del punto donde son válidas, encontramos una singularidad, es decir, un punto al que matemáticamente nos podemos acercar más y más, pero sin llegar a él. Entonces, si se imagina el desarrollo del universo en sentido temporal inverso retrocediendo hacia el pasado, el universo se va haciendo cada vez más pequeño pero la cantidad de materia es la misma, de manera que la densidad va aumentando hasta llegar al punto en el que el tiempo es igual a 0 (t = 0) y la densidad de materia y energía se hace infinita,​ superando la densidad de Planck.​ Esto significa que las ecuaciones fallan porque matemáticamente no es posible tratar números infinitos y el proceso no se puede explicar. En este estado, la teoría de la relatividad general carece de validez y para explicar la situación del universo en ese momento habría que recurrir a una teoría, aún desconocida, de gravedad cuántica. De ahí que la física actual no conozca ninguna explicación sobre qué ocurrió «antes» del Big Bang ni del propio Big Bang, ya que no hay tiempo «antes» del inicio del tiempo,​​ aunque existen hipótesis al respecto (por ejemplo el modelo cíclico Big Bounce). Aun así se han formulado posibles hipótesis sobre el destino final del universo, por ejemplo, una expansión indefinida (véase Big Rip y Big Freeze) o bien su colapso debido a la atracción gravitatoria (Big Crunch). A mediados del siglo XX, los tres astrofísicos británicos, Stephen Hawking, George Ellis y Roger Penrose, prestaron atención a la teoría de la relatividad y sus implicaciones respecto a nuestras nociones del tiempo. En 1968 y 1979 publicaron artículos en que extendieron la teoría de la relatividad general de Einstein para incluir las mediciones del tiempo y el espacio (Teoremas de singularidades de Penrose–Hawking).​​ De acuerdo con sus cálculos, el tiempo y el espacio tuvieron un inicio finito que corresponde al origen de la materia y la energía, pero la relatividad general falla cuando se aplica a la singularidad gravitacional en el tiempo de Planck. Por lo tanto, se necesita una teoría que integre la relatividad y la física cuántica.​​ Este enfoque se intenta, por ejemplo, con la cosmología cuántica de bucles, la gravedad cuántica de bucles, la teoría de cuerdas y la teoría de conjuntos causales.​ Las adiciones cuánticas e inflacionarias a los teoremas llevaron a los resultados posteriores de , Alan Guth y Aleksandr Vilenkin (ver Teorema de Borde-Guth-Vilenkin).​ Una dificultad de los modelos cosmológicos de tipo Big Bang es explicar el carácter isótropo del universo y su distribución homogénea de materia y radiación de acuerdo con el principio cosmológico (Problema del horizonte). Una posible hipótesis es la inflación cósmica, propuesta por el físico y cosmólogo estadounidense Alan Guth en 1981,​ que postula un período previo al Big Bang donde el universo estaba dominado por una gran constante cosmológica o similar.​​ En 1983, y Stephen Hawking propusieron el denominado Estado de Hartle-Hawking, según el cual el universo no tendría fronteras iniciales en el tiempo o el espacio, del mismo modo que una esfera no tiene un lugar inicial.​​ No obstante, la propuesta de Hartle y Hawking se ha cuestionado y científicos han presentado nuevas propuestas.​