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5 teorias del universo



septiembre 4, 2022

Historia del universo

Al descifrar el rompecabezas cósmico de cuál es la naturaleza de la energía oscura, vamos a conocer mejor… [el destino del Universo. Si la energía oscura cambia de fuerza o de signo es clave para saber si acabaremos en un Big Rip o no.

Mirando al Universo hoy en día, es fácil estar absolutamente asombrado por todo lo que podemos encontrar. Las estrellas de nuestro cielo nocturno son sólo una pequeña fracción -unos pocos miles de cientos de miles de millones- de lo que hay en nuestra Vía Láctea. La propia Vía Láctea es sólo una galaxia solitaria entre los billones presentes en el Universo observable, que se extiende en todas las direcciones a lo largo de unos 46.000 millones de años luz.

Y todo comenzó hace unos 13.800 millones de años a partir de un estado caliente, denso y de rápida expansión conocido como el Big Bang. Ese es el primer momento en el que podemos describir nuestro Universo como lleno de materia y radiación, y avanzar desde ese estado dadas las leyes físicas conocidas nos permite explicar cómo el cosmos tomó su forma moderna. Pero todo sigue expandiéndose, formando nuevas estrellas y evolucionando. ¿Cómo acabará? Esto es lo que dice la ciencia.

Teorías y hechos espaciales

A principios de la década de 1990, una cosa era bastante segura sobre la expansión del universo. Podía tener suficiente densidad de energía para detener su expansión y volver a colapsar, podía tener tan poca densidad de energía que nunca dejaría de expandirse, pero era seguro que la gravedad ralentizaría la expansión con el paso del tiempo. Es cierto que no se ha observado esa ralentización, pero, en teoría, el universo tenía que ralentizarse. El universo está lleno de materia y la fuerza de atracción de la gravedad atrae a toda la materia. Entonces llegó 1998 y las observaciones del telescopio espacial Hubble (HST) de supernovas muy lejanas que demostraron que, hace mucho tiempo, el universo se expandía realmente más despacio que hoy. Así que la expansión del universo no se ha ralentizado debido a la gravedad, como todo el mundo pensaba, sino que se ha acelerado. Nadie esperaba esto, nadie sabía cómo explicarlo. Pero algo lo estaba causando.

Al final, los teóricos propusieron tres tipos de explicaciones. Tal vez era el resultado de una versión de la teoría de la gravedad de Einstein, descartada hace tiempo, que contenía lo que se llamó una «constante cosmológica». Tal vez había algún tipo extraño de energía-fluido que llenaba el espacio. Tal vez haya algo que no funciona en la teoría de la gravedad de Einstein y una nueva teoría podría incluir algún tipo de campo que crea esta aceleración cósmica. Los teóricos aún no saben cuál es la explicación correcta, pero han dado un nombre a la solución. Se llama energía oscura.

Qué hay más allá de las teorías del universo

Según las teorías de la física, si observáramos el Universo un segundo después del Big Bang, lo que veríamos es un mar de 10.000 millones de grados de neutrones, protones, electrones, antielectrones (positrones), fotones y neutrinos. A continuación, con el paso del tiempo, veríamos cómo el Universo se enfría, los neutrones decaen en protones y electrones o se combinan con los protones para formar deuterio (un isótopo del hidrógeno). Al seguir enfriándose, acabaría alcanzando la temperatura en la que los electrones se combinarían con los núcleos para formar átomos neutros. Antes de que se produjera esta «recombinación», el Universo habría sido opaco porque los electrones libres habrían provocado la dispersión de la luz (fotones) del mismo modo que la luz solar se dispersa de las gotas de agua en las nubes. Pero cuando los electrones libres fueron absorbidos para formar átomos neutros, el Universo se volvió de repente transparente. Esos mismos fotones -el resplandor del Big Bang conocido como radiación cósmica de fondo- pueden observarse hoy en día.

La segunda misión que examinó la radiación cósmica de fondo fue la Wilkinson Microware Anisotropy Probe (WMAP). Con una resolución muy mejorada en comparación con COBE, WMAP inspeccionó todo el cielo, midiendo las diferencias de temperatura de la radiación de microondas que está distribuida casi uniformemente por el Universo. La imagen muestra un mapa del cielo, con las regiones calientes en rojo y las más frías en azul. Al combinar estas pruebas con los modelos teóricos del Universo, los científicos han llegado a la conclusión de que el Universo es «plano», lo que significa que, a escalas cosmológicas, la geometría del espacio satisface las reglas de la geometría euclidiana (por ejemplo, las líneas paralelas nunca se encuentran, la relación entre la circunferencia del círculo y el diámetro es pi, etc.).

Teorías alternativas del Big Bang

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El estándar de oro en la ciencia espacial es una «teoría del todo» que explique con precisión todo lo que vemos (y todo lo que no) en el universo. Como es lógico, no es una tarea fácil: Utilizando los datos disponibles y su propia experiencia, los científicos crean constantemente nuevas teorías del universo, la mayoría de las cuales resultan ser erróneas.

Esta es la naturaleza de la investigación científica. A medida que sale a la luz más información, la mayoría de las teorías no se sostienen, pero unas pocas cambian la forma de ver lo desconocido. Pensemos en la teoría de los «cuatro elementos» de la antigua Grecia, que sirvió de base a la investigación científica durante siglos, pero que finalmente se consideró inadecuada. Por su parte, la teoría cuántica de la luz de Einstein supuso un cambio fundamental en nuestra comprensión del universo.

Normalmente damos por sentado que nuestro universo tiene tres dimensiones físicas perpendiculares. La teoría de Braneworld añade una cuarta dimensión espacial al cosmos que ve nuestro universo tridimensional como una «membrana» que flota a través del «bulto» cuatridimensional de un espacio cuatridimensional mayor que no podemos percibir activamente.

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