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En El Comienzo Fue la Luz

Cosmología: el libro del Génesis, según la ciencia

 

Cosmología: el libro del Génesis, según la ciencia
Hace aproximadamente 14 mil millones de años, el espacio que conocemos era del tamaño de una manzana, tenía la inimaginable temperatura de 10^31 (¡un 1 seguido de 31 ceros!) grados Celsius y contenía toda la materia y energía del universo. La gigantesca presión de este minúsculo cosmos incandescente provocó la gran explosión….
Dr. Saúl Ramos Sánchez / Investigador del Instituto de Física de la Universidad Autónoma de México
Cosmología: el libro del Génesis, según la ciencia
La poca luz que quedó en el
universo sería la radiación de
fondo que hoy nos cuenta esta
historia a través de las
observaciones del satélite COBE y
del telescopio WMAP.
Más allá de toda religión, la cosmología moderna es la única disciplina científica capaz de revelarnos el origen y destino de nuestro universo. Según esta ciencia, todo se originó  con la gran explosión (también llamada Big Bang) y podría terminar en un gran colapso. ¿Cuál es la edad del universo? ¿Qué ha pasado durante ese tiempo? ¿Qué ocurre hoy en el espacio? ¿Es el universo infinito? ¿De qué está  hecho? ¿Qué nos depara el futuro? La cosmología nos da las respuestas, pero, como una buena novela, abre siempre nuevos misterios.

Una de las piezas fundamentales de la cosmología moderna es la relatividad general de Einstein. La relatividad general explica la gravedad como el efecto de la deformación del espacio debida a la presencia de masa o energía. Imaginando el espacio como una gran sábana, todos los cuerpos celestes localizados sobre ésta provocan un hundimiento que atrae a cualquier cuerpo que pasa por sus cercanías.
Sorprendentemente, semejante descripción es válida también para la energía, incluyendo la luz. Gracias a la precisión de esta teoría, podemos usar dispositivos GPS y teléfonos celulares.

Basada en la relatividad general, la cosmología propuso un modelo que explica la  forma, composición e historia de nuestro universo, el modelo de la gran explosión.
Técnicamente, la gran explosión es una violenta expansión del universo y su consecuente veloz enfriamiento. Contrario a una explosión en nuestro planeta, lo que se expandió no fue una nube de materia hacia el espacio vacío, sino el espacio mismo. Tras una ínfima fracción de segundo, la expansión entró en una etapa conocida como inflación en la que el universo creció a un ritmo exponencialmente creciente.
Hacia el final de inflación, el espacio estaba uniformemente relleno de una sopa hirviente compuesta de luz y la materia nuclear fundamental, quarks y gluones.  
A esas temperaturas tempranas, los diminutos habitantes del universo chocaban, produciendo luz y más partículas. La luz se transformaba en partículas, y éstas en luz. Materia y antimateria aparecían y desaparecían en iguales cantidades. La temperatura bajaba poco a poco. Repentinamente, cuando la temperatura reinante era de poco más de 10 mil billones de grados, la materia rebasó a la antimateria por una mínima cantidad. Ese fue el momento justo en que se gestó la forma del universo que conocemos. Una billonésima de segundo después de la gran explosión, la partícula de Higgs (por algunos conocida como la partícula de Dios) entró en escena, liberando una enorme energía que proveyó de masa a todo. Los quarks comenzaban a asociarse para formar protones y neutrones con más energía que los de cualquier explosión nuclear experimentada por el humano.
Tras un segundo, lo único que quedaba en el espacio ya inmesurable eran protones, neutrones, electrones y luz. Algunos minutos más tarde, cuando la temperatura era de mil millones de grados, se formaron los núcleos de Helio que cerca de 400 milenios más tarde formarían los átomos de Helio que darían vida a las estrellas 100 millones de años después. La poca luz que quedó en el universo sería la radiación de fondo que hoy nos cuenta esta historia a través de las observaciones del satélite COBE y del telescopio WMAP. Las regiones ligeramente más densas comenzaron a formar nubes que serían lo que hoy llamamos galaxias.


     
Con los datos disponibles, la muerte térmica es el destino más probable del universo. La expansión acelerada indica que las estructuras estelares no podrán mantenerse por siempre. Las galaxias se convertirán en nubes de polvo cada vez menos densas.


Después de esta época, el modelo de la gran explosión explica detalladamente cómo se formaron las estrellas y galaxias. Además, nos da la radiografía del lugar en el que vivimos hoy. Actualmente, sólo casi 5% del universo está compuesto del mismo material que nuestro planeta; el resto es una combinación de materia y energía oscuras, cuyo origen es aún desconocido. Debido a la abundancia de energía oscura, el universo sigue creciendo, y crece cada vez más rápido. La temperatura del universo está muy cerca del cero absoluto (aprox. -270 grados Celsius), y sigue descendiendo. De continuar este comportamiento, se especula que el universo camina hacia dos posibles desenlaces: la muerte térmica o el gran colapso.
Con los datos disponibles, la muerte térmica es el destino más probable del universo. La expansión acelerada indica que las estructuras estelares no podrán mantenerse por siempre. Las galaxias se convertirán en nubes de polvo cada vez menos densas. Los átomos se desintegrarán, y, si el protón no es estable, incluso los átomos serán destruidos. Sólo quedará un lugar enorme, vacío, frío y oscuro. Sin embargo, otra posibilidad es que la energía y materia oscuras estén en realidad relacionadas, y que en algún instante el dominio de la energía oscura ceda su lugar a la materia oscura. Según la idea del gran colapso, el dominio de la materia obligará al universo a detener su expansión y a contraerse de forma acelerada. Las galaxias formarán macrosistemas, en los que la temperatura se elevará cada vez más en un espacio cada vez menor, y la historia del universo se revertirá.
Lo cierto es que en los inicios del universo, hasta poco después del periodo de inflación, hay muchas cosas cuya explicación aún no es del todo satisfactoria. Nadie entiende completamente los fenómenos que ocurren a las colosales temperaturas del universo temprano, ni si la física de partículas y la termodinámica conocidas son las mismas bajo esas condiciones. Quizá existen más dimensiones en nuestro universo en las que, en lugar de partículas, son cuerdas vibrantes las que interactúan y controlan la evolución del universo. Tal vez la energía y materia oscuras son sólo producto de otras partículas desconocidas, o de nuestro limitado conocimiento del alcance de la gravedad. Posiblemente, el sutil dominio de materia sobre antimateria tiene su raiz en eventos universales insospechados. Usando todas las herramientas científicas conocidas, la cosmología construye una ruta plausible de la evolución de nuestro universo. Como la antropología, busca en los fósiles estelares vestigios de un tiempo lejano que, de alguna forma, contienen nuestro presente y futuro. Pero, como en la antropología también, hay siempre algunos eslabones perdidos que los cosmólogos siguen buscando para responder todas nuestras preguntas.

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