Historia de la teoría del Big Bang

A partir del efecto Doppler, Edwin Hubble inició el estudio de la teoría del Big Bang

Actualmente, el modelo del Big Bang está aceptado por la mayoría de los cosmólogos porque los indicios son tan substanciales que permiten pensar que esta teoría es correcta.
A continuación, se expone un breve resumen de los descubrimientos que paulatinamente llevaron a elaborar esta teoría. De todos modos, siempre hay que tener en mente que esto es lo que creemos que sucedió; falta un largo camino por recorrer antes de tener respuestas definitivas a las cuestiones esenciales como el origen del Universo y de la vida.

1. Isaac Newton descubrió que la luz blanca se compone de muchos colores.

En 1666, Isaac Newton tuvo la certeza de que la luz se componía de muchos colores. En febrero de 1672 presentó a la Royal Society un comunicado en el que aportaba la evidencia experimental de que la luz blanca era una mezcla de rayos de diferentes colores que se detectan cuando un rayo de luz atraviesa un prisma de vidrio.

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Isaac Newton

2. Gustav Kirchhoff demostró que los cuerpos caliente emiten luz compuesta de colores distintos según sea su composición química.

En 1859, Kirchhoff estableció tres leyes que describen la emisión de luz por objetos incandescentes:
Un objeto sólido caliente produce luz en espectro continuo.

Un gas tenue produce luz con líneas espectrales en longitudes de onda discretas que dependen de la composición química del gas.
Un objeto sólido caliente, rodeado de un gas tenue a temperaturas inferiores, produce luz en un espectro continuo con huecos en longitudes de onda discretas cuyas posiciones dependen de la composición química del gas que lo rodea.
Gustav Kirchhoff
3. A partir de estos descubrimientos, empezó a desarrollarse una importante rama de la ciencia astronómica: la espectroscopia, el estudio de los espectros de luz emitidos por los cuerpos calientes. El estudio del espectro de colores de la luz que emite una estrella, hace posible conocer cuáles son los materiales que la componen. De estas observaciones se dedujo que todas las estrellas tienen los mismos elementos químicos ya conocidos en la Tierra
4. En 1842, Christian Doppler, descubrió la variación de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento. Doppler expuso este efecto en una monografía titulada "Sobre el color de la luz en estrellas binarias y en otros astros".

Desde entonces se explicó por qué el tono de un sonido emitido por una fuente que se aproxima al observador es más agudo que cuando la fuente se aleja. Hippolyte Fizeau descubrió independientemente el mismo fenómeno en el caso de ondas electromagnéticas en 1848.

En el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se aleja, su luz se desplaza a longitudes de onda más largas, hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de onda más corta, desplazándose hacia el azul. Es lo que actualmente se denomina Efecto Doppler. Esta desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo; solamente medirlo utilizando instrumentos de precisión, como espectrómetros.

Christian Doppler

5. En 1887, se había progresado considerablemente en la obtención de fotografías. Isaac Roberts obtuvo las primeras fotografías de la Nebulosa de Andrómeda, que mostraban por primera vez los rasgos básicos de su estructura espiral.

6. A comienzos del siglo XX, los astrónomos debatían vivamente acerca de si las nebulosas observadas en el cielo, formaban parte de nuestra Vía Láctea o si estaban fuera de ella y pertenecían a otras galaxias. La mayoría opinaba que la Vía Láctea era la única galaxia del universo, formada por estrellas y nebulosas.

7. En 1912, el astrofísico Slipher, del Observatorio Lowell, midió la velocidad radial de la “Nebulosa de Andrómeda”, y encontró que tenía una velocidad que era la mayor jamás registrada: unos 300 km por segundo.

8. En 1924,  Edwin Hubble hizo ver  que nuestra galaxia no es la única en el Universo, sino que hay miles de galaxias y que el Universo se está expandiendo.
Hubble consiguió distinguir estrellas en la Nebulosa de Andrómeda y pudo llegar a estimar su distancia a la Tierra, que calculó en 800.000 años luz, ocho veces más lejos que las estrellas más remotas conocidas.

9.  En 1929, Hubble publicó un análisis de la velocidad radial de las nebulosas cuya distancia había calculado; se trataba de sus velocidades respecto a la Tierra. Afirmó que, la gran mayoría mostraba en sus espectros corrimientos hacia el rojo. Este fenómeno sólo podía explicarse asumiendo que estas nebulosas se alejaban. Más sorprendente aún fue el descubrimiento de que existía una relación directa entre la distancia de una nebulosa y su velocidad de alejamiento.

10. Hubble concluyó que la única explicación consistente era que, dejando aparte a un grupo local de galaxias cercanas, todas la nebulosas extragalácticas se estaban alejando; y que, cuanto más lejos se encontraban, más rápidamente se alejaban.
Edwin Hubble

11. En los años 1940, muchos físicos y astrofísicos habían comprobado la veracidad del alejamiento de las estrellas y galaxias y, por lo tanto, de la expansión de universo. Ello significaba que, de acuerdo a las leyes de la física, el mundo se estaba enfriando. De ahí a deducir que anteriormente, el mundo estaba más caliente y más comprimido, había sólo un paso.

12. Aplicando fórmulas matemáticas, se llegaba a que hubo un momento original en el cual todo el Universo estuvo reducido a un mínimo espacio y sometido a enormes temperaturas. Se llegaba a la conclusión de que hubo un momento en el que “eso” empezó a expandirse a grandes velocidades.

13. En un programa de la BBC de Londres, en marzo de 1949 el eminente astrónomo  inglés Fred Hoyle , uno de los detractores de esta teoría,  se refirió irónicamente a ella como “la teoría del Big Bang”, la “gran explosión”. Desde entonces, dicha teoría es conocida con este nombre.

Fred Hoyle

14. La teoría alternativa,  defendida inicialmente por el eminente astrofísico Fred Hoyle, es la "Teoría del Estado Estacionario", la cual se reveló insuficiente para explicar las observaciones astronómicas. Este modelo sostenía que el Universo nunca tuvo un origen, sino que siempre existió de la misma manera como lo conocemos hoy.

15. Las predicciones de la teoría del Big Bang han podido ser comprobadas  a lo largo de la segunda mitad del siglo XX y a comienzos del siglo XXI. Los prodigiosos avances de la técnica en los últimos 50 años, han permitido observar y medir, cada vez con mayor precisión, el alejamiento de las galaxias, la radiación fósil de los fotones, la distribución de los quásares en el espacio, el número de familias de partículas elementales. Todo ello ha corroborado la validez de esta teoría.Hasta ahora.
Cabe pensar que la fuerza de la gravedad universal haga que la expansión del universo se produzca a una velocidad decreciente. Y que llegará un momento en el que todas las galaxias empezarán a juntarse. Pero las “últimas noticias” son que esta velocidad de expansión va en aumento. ¡Nuevas incógnitas a resolver!

Telescopio Hubble

Noticia del 21 de marzo de 2013. El telescopio espacial Planck de la Agencia Espacial Europea ha elaborado el mapa más detallado hasta la fecha del fondo cósmico de microondas, la radiación fosilizada del Big Bang. Este nuevo mapa ha sido presentado esta mañana, y presenta características que desafían los cimientos de los modelos cosmológicos actuales. Esta primera imagen está basada en los datos recogidos durante los primeros 15 meses y medio de observaciones de Planck, y es su primer mapa a cielo completo de la luz más antigua del Universo, grabada en el firmamento cuando éste apenas tenía 380.000 años. Pulse aquí para ver toda la noticia.

Universo primigenio

Imagen publicada en la web de Observatorio, el 25 de marzo de 2013

Abajo puede ver cómo fue la imagen similar que envió el telescopio espacial COBE en febrero de 1998

Imagen con el COBE

Imagen publicada en la web de Observatorio, el 7 de febrero de 1998

Entre medio de estas dos hazañas de estos telescopios, están las imágenes similares enviadas por el telescopio espacial WMAP, en el año 2001.

Universo Wmap

Imagen publicada en la web Observatorio el 11 de julio de 2004

Mirando la primera de estas tres imágenes, la enviada por el telescopio espacial Plank, se observa cómo han mejorado notablemente las que teníamos del WMAP (julio 2004) y anteriormente del famoso COBE (noviembre de 1989). Las diferencias de calidad en estas sucesivas imágenes son similares, en cierta forma, a las que podríamos observar en las fotografías familiares obtenidas con cámara compradas en 1989, 2001 y 2009. No digamos ya las fotografías familiares de hace 50 años.

Hay una web que deja explorar nuestra la Vía Láctea y el Universo lejano en un intervalo de longitudes de onda desde los rayos-X hasta las larguísimas ondas de radio. Se puede cambiar de longitud de onda utilizando la barra en la parte superior derecha de la pantalla y explorar el espacio utilizando el ratón. Es una página simplemente maravillosa. 

16. No todo queda explicado con la Teoría del Big Bang. Las matemáticas que fundamentan esta teoría, son inadecuadas e impotentes para explicar lo que sucede en las fronteras del tiempo y del espacio. ¿Qué había antes del tiempo cero? ¿Qué temperatura había en el tiempo cero? ¿Qué era el espacio antes del Big Bang? ¿Cuánto tiempo pasó antes del Big Bang? Científicamente es imposible definir un tiempo cero, momento en el cual la temperatura alcanzaría un valor infinito y el espacio alcanzaría un volumen cero. Sencillamente, ese es el límite de nuestros conocimientos.

17. Si la teoría del Big Bang es correcta, actualmente toda la materia estelar debería estar repartida en la superficie de una inmensa esfera que se va haciendo más extensa cada segundo. En el interior de esta esfera universal, no quedaría más que las radiaciones producidas por las estrellas.

18. En el año 2007, el prestigioso científico Stephen Hawking, decía que según los cálculos, si la velocidad de expansión 1 segundo después del Big Bang hubiera sido menor de una parte en 100.000 billones, el universo habría vuelto a colapsar sobre sí mismo antes de ahora, debido a la atracción de la fuerza de gravedad. Pero que si la la velocidad de expansión 1 segundo después del Big Bang hubiera sido mayor en una parte en 100.000 billones, el universo, superando la fuerza de gravedad, se habría expandido tanto que ahora estaría prácticamente vacío.

Stephen Hawking

Al principio, los científicos trabajaban casi en solitario. Actualmente ya no están solos los Galileos, los Newtons y los Einstein.

Toda una pléyade de especialistas en astronomía, física cuántica, matemáticas, física atómica, físico química y otras ciencias, dotados con instrumentos millones de veces más sofisticados que los modestos telescopios del siglo XVI, trabajan en equipos multidisciplinares con capacidad de comunicar al minuto, a todo el mundo, cualquier avance en sus investigaciones

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