Significado de «Big Bang»

1. El Big Bang es un aspecto importante del modelo teórico del universo. El Big Bang significa que esencialmente el universo comenzó en el tiempo de Planck, 10^-43 segundos, desde un solo punto hace unos 13.700 millones de años, expandiéndose a gran velocidad hasta su estado actual. Antes del Tiempo de Planck, las Cuatro Fuerzas, fuerte, electromagnética, débil y la gravedad, estaban unidas en una sola fuerza.
   
   A los 10^-35 segundos, la temperatura del Universo alcanzó los 102^7 a 10^28K y la inflación inicial del Universo terminó a los 10^-33 segundos.
   
   El Universo continuó expandiéndose y su temperatura bajó a aproximadamente T=10^13 K hasta 0,0001 segundos después del Big Bang. Los antiprotones y los protones se aniquilaron cada uno. Por alguna razón, aparentemente la mayoría de la antimateria fue aniquilada pero hubo protones y neutrones sobrevivientes. También había un gran número de fotones por protón y neutrón .
   
   Eventualmente la materia se fusionó para formar cuerpos más grandes, luego estrellas y galaxias. Las primeras estrellas se formaron unos 100 millones de años después del Big Bang.
   
   Las estrellas inestables se convirtieron en supernovas, y cuando explotaron esparcieron todos los elementos desde el carbono hasta el uranio por todo el Universo. Numerosas galaxias se formaron entonces como materia oscura, las estrellas y el gas se fusionaron y se fusionaron. Más tarde, se formaron cúmulos de galaxias y finalmente, el Sistema Solar y el Sol se formaron hace unos 4.600 millones de años.
   
   El tiempo actual es de 13,7 Gyr (mil millones de años) después del Big Bang, y la temperatura es T=2,725 K.
   
   Irónicamente, la teoría del Big Bang no trata del big bang, sino de las secuelas del big bang, describiendo cómo el universo se expandió y se enfrió, cómo las galaxias y las estrellas se formaron a partir de la materia coalescente. En realidad no explica la física subyacente al Big Bang, qué fue lo que realmente hizo el Big Bang, qué causó el Big Bang o qué tuvo lugar antes del mismo. Esos son problemas que la teoría inflacionaria intenta abordar. La teoría inflacionaria proporciona una prehistoria, por así decirlo, de los momentos anteriores al Big Bang y es ahora un aspecto integral de la teoría tradicional del Big Bang.
   
   
   
   Big Bang. CC
   
   
   

   Evidencia de la teoría del Big Bang

   
   
   El argumento contrario al Big Bang ha sido en gran parte la Teoría del Estado Estacionario. El Estado Estacionario implica simplemente que, el Universo no está cambiando o creciendo. Propuesto en 1948 por Hermann Bondi (1919-2005), Thomas Gold (1920-2004) y Fredrick Hoyle (1915-2001), el Estado Estacionario se adhiere al "Principio Cosmológico Perfecto", y asume que el Universo es homogéneo e isotrópico (el mismo en todo momento en todos los lugares y en todas las direcciones respectivamente).
   
   Dado que los datos de las observaciones proporcionan pruebas de que el Universo se está expandiendo, el Estado Estacionario requiere que la densidad permanezca igual y que la materia, por lo tanto, se cree continuamente. La Teoría del Estado Estacionario era una verdadera teoría científica y como tal contenía predicciones que podían ser probadas. Eventualmente esas predicciones fueron demostrablemente incorrectas.
   
   Algunas pruebas del Big Bang también proporcionan pruebas de la teoría del estado estable:
   
   

   La paradoja de Olber

   
   
   Uno de los problemas más antiguos con respecto a la edad del universo es la Paradoja de Olber. La oscuridad del cielo nocturno en un universo que es eterno y las estrellas están distribuidas homogéneamente presenta una contradicción: ¿Por qué el cielo nocturno no es uniformemente brillante? En el Estado Estacionario hay infinitas estrellas, de modo que cada porción del cielo debería tener una estrella, y todo el cielo debería ser tan brillante como el sol. Sería como estar en un cuerpo negro hueco con una temperatura de unos 6000 grados centígrados. Esta es la paradoja de Olbers. Kepler en 1610 y Halley y Cheseaux en el siglo XVIII discutieron esto, pero Olber se atribuye el mérito de la "paradoja" por sus investigaciones más extensas en el siglo XIX.
   
   Las razones de por qué esto es posible (algunas que también sostienen el Estado Estacionario y explican la paradoja) incluyen:
   
   - Hay demasiado polvo para ver las estrellas distantes.
   
   Esto presenta un problema similar: el polvo se habría calentado también, resultando en un universo caliente y brillante lleno de polvo. Suficiente polvo para reducir la radiación oscurecería el Sol.
   
   
   - El Universo sólo tiene un número finito de estrellas.
   
   Aunque esto puede ser correcto, técnicamente, el número de estrellas aún sería lo suficientemente grande como para iluminar todo el cielo. Esto se debe a que toda la materia luminosa junta en el Universo es demasiado extensa para permitir un cielo oscuro. Aunque puede que no haya un número infinito de estrellas, aún hay suficientes para iluminar los cielos...
   
   - La distribución de las estrellas no es uniforme.
   
   Esto impondría cierta restricción a la Teoría del Estado Estacionario. Sin embargo, si pudiera haber una infinidad de estrellas y algunas están oscurecidas detrás de otras de manera que sólo una zona angular finita está subtensa por ellas, esto podría ser correcto en parte. Aún está por determinar. Si las estrellas no están distribuidas homogéneamente, es decir, están distribuidas fractalmente, entonces podría haber parches vacíos, y el cielo posiblemente aparecería oscuro en algunas zonas.
   
   - El Universo se está expandiendo, por lo que las estrellas distantes se desplazan al rojo en la oscuridad.
   
   A medida que una estrella se aleja, su luz se desplaza al extremo rojo del espectro, ya que las ondas de luz son más largas, reduciendo la luminosidad observada. Esto se considera correcto y puede ser responsable en parte del oscuro cielo nocturno. La naturaleza en expansión del universo es considerada como uno de los fenómenos más importantes en apoyo de la teoría del Big Bang. Inicialmente esta investigación fue realizada por Vesto Slipher, propuesta por Alexander Friedmann y finalmente establecida por Hubble,
   
   - El Universo es joven. La luz lejana aún no nos ha alcanzado.
   
   La edad finita propuesta para el Universo es probablemente el mayor efecto para explicar el cielo oscuro. Esto no apoya la clásica Teoría del Estado Estacionario, ya que significaría que el Universo no es el mismo que es ahora en el pasado. Si vivimos dentro de un "Universo Observable", esférico y con un radio igual al de la vida del Universo, los objetos luminosos de más de 15.000 millones de años están demasiado lejos para que su luz nos alcance.
   
   
   

   La Ley de Hubble

   
   
   En 1929 Edwin Powell Hubble (1889-1953) publicó su afirmación de que las velocidades radiales de las galaxias son proporcionales a su distancia de la Tierra. El desplazamiento al rojo de una galaxia es una medida de su velocidad radial, y puede ser medido usando un espectrógrafo para determinar el desplazamiento Doppler.
   
   Los datos de Hubble de 1929 mostraron una correlación directa entre la distancia de las estrellas observadas y la extensión de su corrimiento hacia el rojo: cuanto más lejos estaban, más rápido se alejaban. Sin embargo, Hubble no creía que el corrimiento al rojo fuera una prueba de expansión, favoreciendo, en cambio, el modelo de que en realidad no había expansión real y el corrimiento al rojo observado "representa un principio de la naturaleza hasta ahora no reconocido".
   
   Los datos y cálculos de Hubble indicaron la edad del Universo en 2 Gyr (2.000 millones de años). En ese momento era comúnmente conocido que la edad del Universo era de hecho mucho mayor que 2 Gyr, por lo que los cálculos de Hubble fueron criticados por ser incorrectos y esta crítica apoyó en gran medida la Teoría del Estado Estacionario. Más tarde se hizo evidente que Hubble no había distinguido correctamente entre algunos tipos de estrellas (variables Cefeidas) y había confundido las regiones H II con estrellas en algunas galaxias, lo que le llevó a algunas conclusiones incorrectas. Con H0 recalculada (Constante de Hubble) de unos 71 km/seg/Mpc (+/-3,5 km), 1/ H0 es 14 Gyr y es consistente con los actuales cálculos de la edad del universo de 13,7 Gyr (+/-0,2) Gyr.
   
   
   

   Radiación cósmica de fondo de microondas

   
   
   La radiación cósmica de fondo de microondas ha demostrado ser uno de los aspectos más cruciales de la teoría del Big Bang y una gran contradicción con la teoría del estado estacionario. Irónicamente, los creadores de las dos teorías no abordaron este fenómeno y fue descubierto por investigadores que no eran conscientes de su importancia para la cosmología.
   
   
   

   La naturaleza isomórfica y de cuerpo negro del CMB

   
   
   Los datos recogidos por el COBE proporcionaron algunas de las pruebas más convincentes de la teoría del Big Bang: La radiación cósmica de fondo de microondas (CMB) tiene la misma temperatura en todas las direcciones. Una explicación de esto es que el universo primitivo era caliente, un plasma ionizado demasiado opaco para permitir la emisión de fotones. Unos 300.000 años después de que se originara el universo, se había enfriado lo suficiente como para formar un gas transparente de átomos neutros, en cuyo punto los fotones comenzaron su viaje hacia afuera en línea recta. Por lo tanto, es este momento en el que los fotones comenzaron a alejarse del universo primitivo el que fue registrado por el COBE y más tarde por el WMAP. Por eso se cree que el universo tenía una temperatura uniforme, de una parte en 100.000, a aproximadamente 300.000 años de edad. Esta es una de las principales razones por las que se cree que el universo tiene un punto de origen en el tiempo y no es eterno.
   
   
   

   Homogeneidad

   
   
   "Homogeneidad" o isomorfismo bajo traducción significa que el universo es el mismo en todos los lugares. En otras palabras, no importa qué lugar se observe, los lugares se ven iguales.
   
   
   

   Isotropía

   
   
   "Isotropía" o isomorfismo bajo rotación significa que el universo es el mismo en todas las direcciones. No importa desde qué punto se hagan las observaciones, no hay ninguna variación distintiva que indique direcciones como las que entendemos como Polo Norte o Polo Sur.
   
   
   

   Espectro de cuerpo negro del CMB

   
   
   La radiación del CMB tiene un espectro de cuerpo negro, que es producido por objetos isotérmicos, opacos y no reflectantes. Esto puede demostrarse utilizando una esfera hueca con superficies interiores no reflectantes con la luz que brilla en la cavidad a través de un agujero de alfiler en la esfera. La luz es absorbida dentro de la esfera y la energía térmica es finalmente reflejada de vuelta al agujero, en efecto, el cuerpo negro absorbe la luz visible e irradia energía térmica. El interior de la cavidad permanece oscuro en todas partes.
   
   Esencialmente, el período justo antes del Big Bang el universo era de cuerpo negro, completamente opaco, e isotérmico (sin variación de temperatura dentro de los confines del universo) con el resultado de que el espectro del CMB es de cuerpo negro. Esto fue un golpe para la Teoría del Estado Estacionario porque demostró claramente un entorno claramente diferente de lo que observamos en el cosmos hoy en día.
   
   

   Abundancia de deuterio, 3He, 4He y 7Li

   
   
   La teoría del Big Bang explica la abundante distribución de los isótopos nucleares ligeros: hidrógeno, deuterio, helio-3, helio-4 y litio-7. Los elementos más pesados se sintetizaron algún tiempo después en las estrellas, que luego expulsaron los elementos más pesados a los espacios interestelares.
   
   

   Cosmos Cíclico

   
   
   El Big Bang se ha planteado como el comienzo del cosmos, que todo comenzó con el Big Bang. La teoría tradicional ha sido aumentada desde entonces por la Teoría de la Inflación Cósmica, porque hay problemas en el manejo de los eventos y el estado de las cosas antes del Big Bang. Otra respuesta es que el Big Bang es uno de una serie de Big Bangs cíclicos que crean el universo una y otra vez y lo han hecho infinitamente. Una aproximación a esto es el modelo cíclico ekipirótico propuesto por varios físicos a principios del siglo XXI, en particular Justin Khoury, Burt A. Ovrut, Paul J. Steinhardt y Nei Turok. El universo epirotico comienza por la colisión de lo que se ha llamado universo paralelo o "branas" que comienzan el proceso de nuevo cada vez que chocan.

Astronomía

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