¿Cómo se formo el Universo ? Teoría del Big Bang | Orígenes y Teorias |

Orígenes del Universo

Se cree que el universo se originó hace unos 15.000 millones de años como un denso y caliente glóbulo de gas que se expande rápidamente hacia el exterior.

En ese momento, el universo no contenía nada más que hidrógeno y una pequeña cantidad de helio.

No había estrellas ni planetas. Las primeras estrellas probablemente comenzaron a formarse de hidrógeno cuando el universo tenía alrededor de 100 millones de años.

Así es como nuestro Sol se originó hace unos 4.490 millones de años.

Muchas estrellas nacieron antes de que se formara el Sol; muchas otras se formaron después de que apareciera el Sol.

Este proceso continúa, y a través de telescopios podemos ahora ver estrellas que se forman a partir de bolsas comprimidas de hidrógeno en el espacio exterior.

La Nebulosa de Orión es un libro ilustrado de formación estelar, desde las estrellas masivas y jóvenes que están dando forma a la nebulosa hasta los pilares de gas denso que pueden ser los hogares de las estrellas en ciernes.

3.000 Estrellas

Más de 3.000 estrellas de varios tamaños aparecen en esta imagen.

En 1992, los instrumentos a bordo del satélite Cosmic Background Explorer (COBE) mostraron que el 99,97 por ciento de la energía del universo fue liberada en el primer año de su origen.

Esta evidencia parece confirmar la teoría del Big Bang, que sostiene que el universo se originó de una sola explosión violenta (un big bang) de una cantidad muy pequeña de materia de densidad y temperatura extremadamente alta.

Los astrónomos también teorizan que el 99% de la materia en el universo es invisible, u materia oscura, compuesta de algún tipo de materia que es difícil de detectar.

En 2007, un equipo internacional de astrónomos que utiliza el Telescopio Espacial Hubble de la NASA creó un mapa tridimensional que proporciona la primera mirada directa a la distribución a gran escala de la materia oscura en el universo.

¿Qué es el universo?

El universo contiene todo lo que existe, incluyendo la Tierra, los planetas, las estrellas, el espacio y las galaxias. Esto incluye toda la materia, la energía y hasta el tiempo.

¿Qué tan grande es el universo?

Nadie sabe con seguridad cuán grande es el universo. Podría ser infinitamente grande. Los científicos.

Sin embargo, miden el tamaño del universo por lo que pueden ver. Lo llaman el "universo observable". El universo observable tiene alrededor de 93 mil millones de años luz de diámetro.

El Universo se está expandiendo

Una de las cosas interesantes sobre el universo es que actualmente se está expandiendo. Cada vez es más grande.

No sólo está creciendo, sino que el borde del universo se está expandiendo a un ritmo cada vez más rápido. Los científicos piensan que el borde del universo se expande más rápido que la velocidad de la luz.

¿De qué está hecho el universo?

Aunque la Tierra nos parece muy grande, en realidad es una parte muy pequeña del universo. El Sol tiene una masa de 330.000 veces la Tierra.

¡El Sol es sólo una estrella en la Vía Láctea que contiene más de 300 mil millones de estrellas y los científicos estiman que hay más de 170 mil millones de galaxias en el universo!

Sin embargo, la mayor parte del universo es lo que pensamos que es el espacio vacío. Todos los átomos juntos sólo constituyen alrededor del cuatro por ciento del universo.

La mayoría del universo consiste en algo que los científicos llaman materia oscura y energía oscura.

¿Qué es la materia oscura y la energía oscura?

Hemos mencionado anteriormente que la mayoría del universo está compuesta de materia oscura y energía oscura, pero ¿qué son exactamente estas cosas?

Materia oscura - Los científicos no están seguros de lo que es exactamente la materia oscura, pero creen que existe debido a los experimentos.

La materia oscura recibe su nombre porque no puede ser vista con ningún tipo de instrumento que tengamos hoy en día.

Alrededor del 27% del universo está compuesto de materia oscura.

Energía oscura - La energía oscura es algo que los científicos creen que llena todo el espacio.

Resulta que el "espacio vacío" es más que nada, pero es realmente energía oscura. La teoría de la energía oscura ayuda a los científicos a explicar por qué el universo se está expandiendo. Alrededor del 68% del universo es energía oscura.

¿Qué edad tiene el universo?

Los científicos creen que el universo comenzó hace entre 13 y 14 mil millones de años con el inicio de una explosión masiva llamada Big Bang.

Datos interesantes sobre el Universo

Las galaxias distantes se alejan cada vez más de nosotros a medida que el universo se expande.

Todas las galaxias del universo se están alejando de todas las demás galaxias. No hay un centro en el universo.

Albert Einstein dijo que la forma del universo era abierta, cerrada o plana. Muchos científicos hoy en día piensan que el universo es plano.

El universo parece estar enfriándose y eventualmente congelándose.
Los grandes espacios vacíos en el universo se llaman vacíos.

El elemento más abundante en el universo es el hidrógeno. El segundo elemento más abundante es el helio.

Origen del Universo - ¿Cuál es la última teoría?

Cuando se trata del origen del universo, la "Teoría del Big Bang" y sus relacionadas Teorías del Universo de la Inflación (IUT) son las conjeturas científicas dominantes en la actualidad.

Según estas nociones interrelacionadas, el universo fue creado hace entre 13 y 20 mil millones de años a partir de la explosión (o expansión) cósmica aleatoria de una bola subatómica que lanzaba espacio, tiempo, materia y energía en todas direcciones.

Todo -el universo entero- surgió de una partícula inicial de densidad infinita (también conocida como "singularidad").

Esta partícula (que existe fuera del espacio y del tiempo) apareció de ninguna parte, sin ninguna razón, sólo para explotar (empezar a expandirse) de repente.

Durante un período de aproximadamente 10.000 millones de años, este espacio, tiempo, materia y energía de nueva creación evolucionó hasta convertirse en estrellas, galaxias y planetas notablemente diseñados y plenamente funcionales, incluida nuestra Tierra.

Esto es lo que dicen los expertos sobre el origen del universo:

NASA

Nasa:"El universo fue creado hace entre 10.000 y 20.000 millones de años a partir de una explosión cósmica que arrojó materia en todas direcciones."

UC Berkeley

UC Berkeley: "La teoría del big bang afirma que en algún momento en el pasado lejano no hubo nada. Un proceso conocido como fluctuación de vacío creó lo que los astrofísicos llaman una singularidad. De esa singularidad, que era del tamaño de una moneda de diez centavos, nació nuestro Universo".

Universidad de Michigan

U Michigan: "Hace unos 15.000 millones de años, una tremenda explosión inició la expansión del universo.

Esta explosión se conoce como el Big Bang. En el punto de este evento toda la materia y energía del espacio estaba contenida en un punto.

Lo que existía antes de este evento es completamente desconocido y es un asunto de pura especulación.

Este suceso no fue una explosión convencional sino más bien un evento que llenó todo el espacio con todas las partículas del universo embrionario que se alejaban unas de otras".

Asociación Americana para el Avance de la Ciencia

AAAC: "En los últimos cincuenta años se ha acumulado una gran cantidad de pruebas en apoyo de una teoría de "consenso" sobre la evolución del universo.

La teoría sostiene que un "big bang" precipitó una enorme inflación de fracción de segundo del universo, seguida de una expansión gradual que continúa hasta el día de hoy y que ahora se está acelerando".

El Big Bang

¿Qué inició el nacimiento del universo?

Según la física, el universo surgió de una singularidad, un término que los físicos utilizan para describir regiones del espacio que desafían las leyes de la física.

Saben muy poco sobre singularidades, pero se sabe que tales regiones existen en los núcleos de los agujeros negros.

Es una región donde toda la masa engullida por un agujero negro se exprime en un punto minúsculo, infinitamente masivo, pero también muy, muy pequeño.

Imagínate meter la Tierra en algo del tamaño de un punto. Una singularidad sería menor.
Sin embargo, eso no quiere decir que el universo comenzó como un agujero negro.

Tal suposición plantearía la cuestión de algo que existía antes del Big Bang, lo cual es bastante especulativo.

Por definición, nada existía antes del comienzo, pero ese hecho crea más preguntas que respuestas.

No existía nada

Por ejemplo, si no existía nada antes del Big Bang, ¿qué causó que se creara la singularidad en primer lugar? Es una pregunta "gotcha" que los astrofísicos todavía están tratando de entender.

Sin embargo, una vez que la singularidad fue creada (sin importar cómo sucedió), los físicos tienen una buena idea de lo que ocurrió después.

El universo estaba en un estado caliente y denso y comenzó a expandirse a través de un proceso llamado inflación.

Pasó de ser muy pequeño y muy denso, a muy caliente, luego se enfriaba al expandirse. Este proceso se conoce ahora como el Big Bang, término acuñado por primera vez por Sir Fred Hoyle durante una emisión de radio de la British Broadcasting Corporation (BBC) en 1950.

Aunque el término implica algún tipo de explosión, en realidad no hubo un estallido o una explosión.

Fue realmente la rápida expansión del espacio y el tiempo. Piensa en ello como si estallaras un globo: a medida que alguien sopla aire hacia adentro, el exterior del globo se expande hacia afuera.

Los momentos después del Big Bang

El universo muy primitivo (en un momento dado, unas pocas fracciones de segundo después de que comenzara el Big Bang) no estaba sujeto a las leyes de la física tal como las conocemos hoy en día. Por lo tanto, nadie puede predecir con gran exactitud cómo era en ese momento.

Sin embargo, los científicos han sido capaces de construir una representación aproximada de cómo evolucionó el universo.

Primero, el universo infantil era inicialmente tan caliente y denso que incluso partículas elementales como protones y neutrones no podían existir.

En cambio, diferentes tipos de materia (llamada materia y anti materia) chocaron entre sí, creando energía pura.

A medida que el universo comenzó a enfriarse durante los primeros minutos, se empezaron a formar protones y neutrones.

Lentamente, protones, neutrones y electrones se unieron para formar hidrógeno y pequeñas cantidades de helio.

Durante los miles de millones de años que siguieron, estrellas, planetas y galaxias se formaron para crear el universo actual.

Evidencia para el Big Bang

Así que, volvamos a Penzias y Wilson y al CMB. Lo que encontraron (y por lo que ganaron el Premio Nobel), a menudo se describe como el "eco" del Big Bang.

Dejó una firma de sí mismo, al igual que un eco que se escucha en un cañón representa una "firma" del sonido original.

La diferencia es que en lugar de un eco audible, la pista del Big Bang es una señal de calor en todo el espacio.

Esa firma ha sido estudiada específicamente por la nave espacial Cosmic Background Explorer (COBE) y la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Sus datos proporcionan la evidencia más clara del evento cósmico del nacimiento.

Alternativas a la teoría del Big Bang

Mientras que la teoría del Big Bang es el modelo más ampliamente aceptado que explica los orígenes del universo y es apoyado por toda la evidencia observacional, hay otros modelos que usan la misma evidencia para contar una historia ligeramente diferente.

Algunos teóricos sostienen que la teoría del Big Bang se basa en una premisa falsa: que el universo está construido sobre un espacio-tiempo en constante expansión.

Einstein

Sugiere un universo estático, que es lo que se predijo originalmente en la teoría de la relatividad general de Einstein.

La teoría de Einstein fue modificada sólo más tarde para acomodarse a la forma en que el universo parece estar en expansión. Y, la expansión es una gran parte de la historia, particularmente porque involucra la existencia de energía oscura.

Finalmente, un nuevo cálculo de la masa del universo parece apoyar la teoría del Big Bang de los eventos.

Aunque nuestra comprensión de los acontecimientos reales es todavía incompleta, los datos del CMB están ayudando a dar forma a las teorías que explican el nacimiento del cosmos.

Sin el Big Bang, no podrían existir estrellas, galaxias, planetas o vida.

Confirmaciones del Big Bang

A finales de la década de 1940, el astrónomo George Gamow sugirió que la explosión inicial podría haber dejado algunas huellas aún observables.

Su cálculo era que un universo tan caliente y denso habría emitido mucha luz. Con la expansión, la temperatura característica de esta luz habría bajado.

Según cálculos sencillos, tal vez todavía se puede observar hoy en día en la radiación de microondas, con una temperatura de unos 5 kelvin.

En 1965, dos ingenieros, Arno Penzias y Robert Wilson, trataban de encontrar la fuente de un ruido electromagnético que interrumpía la recepción de un sistema de transmisión que estaban probando.

Descubrieron que la estática continuaba sin importar hacia dónde apuntaran la antena. Cuando midieron la radiación, encontraron un valor cercano al esperado para la radiación cósmica de fondo, 2,7 kelvin (cerca del cero absoluto).

Premio Nobel

Fue la confirmación de la teoría del Big Bang y el descubrimiento le valió a Penzias y Wilson el Premio Nobel de Física en 1978.

En la ciencia, cuando se hace una predicción basada en una teoría dada y esa predicción se confirma, se fortalece la teoría. Esto fue exactamente lo que sucedió con la radiación cósmica de fondo.

Fue un punto para el Big Bang, que ahora alcanzó la supremacía total sobre su rival de estado estacionario, según el cual el universo es el mismo hoy como siempre ha sido.

Esta no fue la única confirmación de la teoría. Los teóricos del Big Bang también esperan que el elemento helio se haya formado a los tres minutos de la explosión y que una cuarta parte de la materia en el universo haya resultado en este elemento, con las otras tres cuartas partes formando hidrógeno.

Cuando la ciencia finalmente logró medir la abundancia primitiva de helio, el valor fue exactamente el que se predijo.

Un universo en expansión

Entonces, si todas las galaxias se están alejando de la Tierra, ¿significa eso que la Tierra está en el centro del universo? ¿El mismo vórtice del Big Bang?

A primera vista, eso parece. Pero los astrofísicos usan una analogía inteligente para explicar por qué no lo es.

Imagina el universo como un pastel lleno de pasas sentado en un horno.

A medida que el pastel se hornea y se eleva, se expande.

Las pasas de uva en el interior empiezan a separarse unas de otras. Si pudiera seleccionar una pasa de la cual mirar a las otras, notaría que todas se están alejando de su pasa especial.

No importaría cuál de las pasas hayas elegido, porque todas las pasas se van separando a medida que el pastel se expande.

Además, las pasas más alejadas serían las más rápidas, porque habría más pastel que expandir entre tu pasa y estas pasas distantes.

Así es con el universo, dicen los teóricos del Big Bang. Desde la explosión del Big Bang, razonan, el universo se ha expandido.

El espacio en sí mismo se está expandiendo, al igual que el pastel se expandió entre las uvas pasas en su analogía.

No importa si estás mirando desde la Tierra o desde un planeta alienígena a miles de millones de kilómetros de distancia, todas las demás galaxias se están alejando de ti a medida que el espacio se expande.

Teóricos del Big Bang

Las galaxias más alejadas de ustedes se alejan más rápidamente de ustedes, porque hay más espacio expandiéndose entre ustedes y esas galaxias.

Así es como los teóricos del Big Bang explican por qué la luz de las galaxias más distantes se desplaza más lejos hacia el extremo rojo del espectro.

De hecho, la mayoría de los astrónomos ahora usan esta regla, conocida como la ley del Hubble, para medir la distancia de un objeto de la Tierra - cuanto más grande es el corrimiento al rojo, más distante es el objeto.

En 1965 dos científicos hicieron un descubrimiento de gran éxito que solidificó la teoría del Big Bang. Arno Penzias y Robert Wilson de Bell Telephone Laboratories detectaron una débil radiación de microondas que provenía de todos los puntos del cielo.

Ellos y otros físicos teorizaron que estaban viendo el resplandor de la explosión del Big Bang. Ya que el Big Bang afectó a todo el universo al mismo tiempo, el resplandor debería permear todo el universo y podría ser detectado sin importar en qué dirección miraras.

Este resplandor posterior se denomina radiación cósmica de fondo. Su longitud de onda y uniformidad encajan perfectamente con los cálculos matemáticos de otros astrónomos sobre el Big Bang.

Origen del Universo - Las Teorías del Universo de la Inflación

La teoría del Big Bang proporcionó una explicación atea del origen del universo, pero su obvia simplicidad fue objeto de múltiples ataques.

Como resultado, la teoría original ya no es la explicación científica dominante del origen ateo del universo. Mientras que la teoría original del Big Bang está ahora "muerta", de sus cenizas han surgido las diversas Teorías del Universo Inflacionario (IUTs).

Comenzando con Alan Guth a finales de la década de 1990 (The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins), la comunidad científica ha propuesto aproximadamente 50 variantes diferentes de IUT.

Los científicos esperan que una de las actuales ECI produzca una reconstrucción precisa del nacimiento de nuestro universo, aunque se reconoce universalmente que todas las ECI actuales tienen sus problemas.

Parece que la única manera de obtener cálculos realistas que coincidan con un modelo IUT es hacer suposiciones que están mal justificadas.

¿Qué tan agrande te gusta tu universo?

Sin embargo, el modelo del Big Bang no es aceptado uniformemente. Un problema con la teoría es que predice un universo liso.

Es decir, la distribución de la materia, a gran escala, debería ser más o menos la misma dondequiera que mires. Ningún lugar en el universo debería ser excesivamente abultado.

Pero en 2001, los astrónomos anunciaron el descubrimiento de un grupo de galaxias y cuásares que llenan más de 125 millones de años-luz cúbicos de espacio, y que actualmente es la estructura más grande del universo.

La materia

En lugar de una distribución uniforme de la materia, el universo parece contener grandes espacios vacíos puntuados por vetas de materia densamente llenas.

Los partidarios del Big Bang sostienen que su teoría no es errónea. Argumentan que la gravedad de objetos enormes y no detectados en el espacio (nubes de materia fría y oscura que no podemos ver con telescopios, o las llamadas cuerdas cósmicas) atrae a la materia en grupos.

Otros astrónomos, aún renuentes a creer en objetos invisibles sólo para resolver un problema inexplicable, continúan cuestionando aspectos fundamentales de la teoría del Big Bang.

A pesar de sus problemas, el Big Bang sigue siendo considerado por la mayoría de los astrónomos como la mejor teoría que tenemos.

Sin embargo, como con cualquier hipótesis científica, se necesita más observación y experimentación para determinar su credibilidad.

Los avances que van desde los telescopios más sensibles hasta los experimentos en física deberían añadir más combustible al debate cosmológico durante las próximas décadas.

La teoría del Estado Estacionario

Pero el Big Bang no es la única teoría propuesta sobre el origen de nuestro universo. En la década de 1940 surgió una hipótesis opuesta, llamada la teoría del estado estacionario.
Algunos astrónomos recurrieron a esta idea simplemente porque, en ese momento, no había suficiente información para probar el Big Bang.

El astrofísico británico Fred Hoyle y otros argumentaron que el universo no sólo era uniforme en el espacio -una idea llamada principio cosmológico, sino también inmutable en el tiempo, un concepto llamado principio cosmológico perfecto.

Esta teoría no dependía de un evento específico como el Big Bang. Bajo la teoría del Estado Estacionario, las estrellas y las galaxias pueden cambiar, pero en general el universo siempre se ha visto de la manera en que se ve ahora, y siempre se verá.

El Big Bang predice que a medida que las galaxias se alejan unas de otras, el espacio se va vaciando progresivamente.

Los teóricos del Estado Estacionario admiten que el universo se está expandiendo, pero predicen que la nueva materia cobra vida continuamente en los espacios entre las galaxias en retroceso.

Los astrónomos proponen que este nuevo material está compuesto de átomos de hidrógeno, que lentamente se fusionan en el espacio abierto para formar nuevas estrellas.
Naturalmente, la continua creación de materia a partir del espacio vacío ha sido criticada.

¿Cómo puedes sacar algo de la nada?

La idea viola una ley fundamental de la física: la conservación de la materia. Según esta ley, la materia no puede ser creada ni destruida, sino sólo convertida en otras formas de materia, o en energía.

Pero los astrónomos escépticos han encontrado difícil refutar directamente la creación continua de materia, porque la cantidad de materia formada bajo la teoría del Estado

Estacionario es muy pequeña: alrededor de un átomo cada mil millones de años por cada varios pies cúbicos de espacio.

La materia se crea

Sin embargo, la teoría del estado estacionario falla de una manera importante. Si la materia se crea continuamente en todas partes, entonces la edad promedio de las estrellas en cualquier sección del universo debería ser la misma. Pero los astrónomos han descubierto que eso no es cierto.

Los astrónomos pueden averiguar la antigüedad de una galaxia o estrella midiendo su distancia de la Tierra.

Cuanto más lejos de la Tierra está un objeto, más tiempo le ha llevado a la luz viajar a través del espacio y llegar a la Tierra.

Esto significa que los objetos más lejanos que podemos ver son también los más antiguos.
Por ejemplo, los quásares, los pequeños puntos de luz que emiten enormes cantidades de energía de radio.

Debido a que la luz de los cuásares se desplaza hasta el extremo rojo del espectro, los astrónomos usan la ley del Hubble para calcular que estas potencias se encuentran a una gran distancia de la Tierra, y por lo tanto son muy antiguas.

Pero los cuásares existen sólo a estas grandes distancias; no se encuentran más cerca. Si la teoría del Estado Estacionario fuera cierta, debería haber tanto cuásares jóvenes como viejos.

Como los astrónomos no han encontrado cuásares que se hayan formado recientemente, concluyen que el universo debe haber cambiado con el tiempo.

El descubrimiento de los cuásares ha puesto la teoría del Estado Estacionario en un terreno inestable.

El Fin del Universo

¿Seguirá expandiéndose el universo? ¿Se detendrá o incluso comenzará a contraerse? La respuesta depende de la cantidad de masa que contiene el universo.

Si la masa del universo excede cierto valor crucial, entonces la gravedad debería eventualmente detener todo lo que se aleja de todo lo demás.

Con suficiente masa, el universo finalmente sucumbirá a la abrumadora fuerza de la gravedad y se derrumbará de nuevo en un solo punto, una teoría a menudo llamada la Gran Contracción.

Pero sin suficiente masa, el universo continuará expandiéndose. En 2001, muchos científicos concluyeron que esta última hipótesis parece ser la más probable.

En 1998, los astrónomos encontraron un rompecabezas aún más notable: el universo parece estar acelerando mientras se expande, como si estuviera siendo arrastrado por algún tipo de fuerza "antigravitatoria".

Otros astrónomos han corroborado este hallazgo usando una variedad de métodos y han confirmado la existencia de esta misteriosa "energía oscura".

Los extraterrestres

No hay forma de que extraterrestres en esa galaxia para comunicarse con nosotros, para enviar cualquier señal que nos llegue, una vez que su galaxia se mueva más rápido que la luz en relación con nosotros ".

Algunos físicos también sugieren que el universo que experimentamos es solo uno de muchos. En el modelo del "multiverso", diferentes universos coexistirían entre sí como burbujas que se encuentran una al lado de la otra.

La teoría sugiere que, en ese primer gran empujón de la inflación, diferentes partes del espacio-tiempo crecieron a ritmos diferentes.

Esto podría haber cortado diferentes secciones, diferentes universos, con leyes de física potencialmente diferentes.

"Es difícil construir modelos de inflación que no conduzcan a un multiverso", dijo Alan Guth, físico teórico del Instituto de Tecnología de Massachusetts, durante una conferencia de prensa en marzo de 2014 sobre el descubrimiento de las ondas gravitacionales.

El multiverso

"No es imposible, entonces creo que todavía hay investigación por hacer. Pero la mayoría de los modelos de inflación conducen a un multiverso, y la evidencia de inflación nos empujará en la dirección de tomar en serio [la idea de] un multiverso "

Si bien podemos entender cómo se creó el universo que vemos, es posible que el Big Bang no fue el primer período inflacionario que experimentó el universo.

Algunos científicos creen que vivimos en un cosmos que pasa por ciclos regulares de inflación y deflación, y que simplemente vivimos en una de estas fases.

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