La Historia de Todo

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Esta es la historia de cómo comenzó todo, y con todo me refiero literalmente a todo.

Existe la creencia, de que todo lo que existe se creó en una gran explosión, y resulta que eso no es más que un mal chiste, hecho, precisamente, por uno de los objetores de la teoría que nos ocupa, pero que, por esos azares del destino, y paradójicamente, terminó por darle el nombre a la Teoría del Big-Bang.

Esta historia comienza hace más o menos 13.700 millones de años, a ciencia cierta, no se puede definir con toda seguridad, pero diversas mediciones parecen señalar esa cifra, desde el punto de vista de la física, no es posible hablar de un antes de la gran explosión, pues no tendría un significado, no existe un antes de la gran explosión, el tiempo inicia con la gran explosión, así que hablar de un antes, nos sitúa en el campo de la filosofía o la metafísica, más que de las ciencias fácticas.

Simplemente no existía nada, ni espacio, ni materia, ni tiempo, sólo una singularidad, un punto de densidad y masa infinitas, que, por razones aún desconocidas, inició un proceso de expansión, no es posible explicar porque ocurrió esto, simplemente las leyes que rigen nuestro universo no son aplicables a las singularidades, ni siquiera a las que existen en nuestro propio universo, los agujeros negros.

El caso es que no explotó, se expandió, se infló, como si de un globo se tratara, no expulso nada a su exterior, pues fuera de ella no había nada a donde expulsar materia, fue y sigue siendo un proceso que se da dentro de los límites del universo mismo. No era como si esa singularidad flotase en un vacío eterno, simplemente no existía nada más aparte de la singularidad misma, de hecho, seguimos estando dentro de los límites originales de esa singularidad, sólo que sus propios límites se han ampliado, su masa sigue siendo la misma, pero su densidad ha disminuido a la par que su volumen crece cada vez más.

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Quizá en lo único, que los procesos que en esta expansión e inflación se parecen a una explosión, es en la violencia y velocidad que se dieron, la cual en realidad avergonzaría a cualquier explosión conocida por el hombre.

Los acontecimientos iniciales de nuestra historia se sucedieron tan rápidamente, que es necesario recurrir una nueva unidad de tiempo para poder explicarlos, el Tiempo de Plank, el cual equivale al tiempo que demora un fotón, en recorrer una distancia que también es denominada Longitud de Plank, de la cual se predice que es la longitud más pequeña a la cual el espacio tiene una geometría clásica, a menores longitudes, las leyes de la física pierden sentido, pues empieza a tener efecto la gravedad cuántica. El Tiempo de Plank o Cronón, es equivalente a 10E-43 segundos, y el primer Tiempo de Plank del universo es denominado Era de Plank.

Durante la Era de Plank, cuando inicia la expansión del universo aun no se han diferenciado las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (La gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil y fuerte), ni se han formado las partículas elementales, espacio y tiempo eran parte de una singularidad de masa infinitamente grande concentra en un espacio infinitamente pequeño, una singularidad incomprensible; el tiempo empieza después de la Era de Plank, antes de ella, no tiene sentido pensar en el tiempo, pues no puede ser medido nada menor al tiempo de Plank.

Al final de la Era de Plank, el universo tenia un tamaño equivalente a la fracción del tamaño de un núcleo atómico, algo así como 10E-20 veces más pequeño, la Gravedad fue la primera de las cuatro fuerzas fundamentales en diferenciarse, el universo estaba formado por un vacío cuántico, un vació lleno de energía, en el que aparecían y desaparecían pares de partículas y antipartículas virtuales, la materia aún no se creaba.

A los 10E-35 segundos inicia la inflación, la Era Inflacionaria, el universo empieza a crecer, durante la inflación su tamaño se incrementa 10E50 veces el original, una cantidad descomunal, sobre todo si consideramos que durante el periodo posterior a los 300.000 años después del Big-Bang, hasta la actualidad 13.700 millones de años, sólo ha incrementado mil veces su tamaño; durante la inflación, a la par del aumento de tamaño, su temperatura disminuirá notablemente hasta los 10E28 °K.

El inicio de la Era Inflacionaria fue propiciado por la diferenciación de las fuerza nuclear fuerte y la interacción electrodébil, esta disociación de fuerzas, generó una inmensa densidad de energía dispersa por todo el universo, lo cual ocasionó una gran fuerza de expansión, causante del proceso inflacionario.

En este periodo de inmenso crecimiento, es el espacio el que crece, el vacío entre particular se incrementa, a velocidades superiores a la de la luz, sin embargo, las partículas mismas se siguen desplazando a velocidades menores a ésta, aun aquí, en la vorágine del naciente universo, los límites de la teoría de la relatividad se mantienen.

Al finalizar la inflación, unos 10E-32 segundos después del Big-Bang, inicia la formación de materia y antimateria, a partir del vacío cuántico, las partículas y antipartículas virtuales que antes surgían del vacío cuántico, aprovecharan la energía creada de la separación de la fuerza fuerte y la interacción electrodébil, para convertirse en partículas de materia reales, surge así la materia y antimateria.

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Es aquí donde nuestro naciente universo enfrenta su segunda gran prueba, las partículas de materia y antimateria se aniquilan entre sí, liberando energía y fotones, por lo que en teoría todas las partículas y antipartículas generadas debieron haberse aniquilado mutuamente y nuestro universo sólo estaría formado por fotones, sin embargo, debió existir algún tipo de asimetría entre la cantidad de materia y antimateria, que terminó por favorecer a la materia, lo que permitió la existencia del universo que conocemos, aún se desconoce cómo se produjo esta asimetría.

La proliferación de materia continuó junto a una ampliación más lenta del universo, hasta que a unos 10E-12 segundos después del Big-Bang, la temperatura había descendido por debajo de los 10E15 °K, a esta temperatura, se disocia la interacción electrodébil, dando lugar a las últimas dos fuerzas fundamentales, la electromagnética y la fuerza nuclear débil.

Hasta la millonésima de segundo posterior al Big-Bang, las partículas elementales leptones y quarks, estaban disociados, formando lo que se ha denominado una sopa de quarks, es en este punto donde la temperatura ha descendido bajo los 10E13 °K, permitiendo así la acción de la fuerza nuclear fuerte, haciendo viable la asociación de los quarks, formando hadrones, las primeras partículas complejas, predominantemente la asociación de tres quarks, denominada bariones, en la que se destacan los dos que luego darán forma a la materia que conocemos, los protones y neutrones. Durante este periodo, llamado Era Hadrónica, se da la aniquilación de los bariones y anti bariones, donde la asimetría entre ambos, contribuye a la predominancia de los protones y neutrones sobre sus antipartículas.

Cuando el universo ha alcanzado la diezmilésima de segundo de edad, los fotones han reducido su cantidad de energía, y se inicia la producción de pares electrones y positrones, esta es la llamada Era Leptónica, durante ella se da, un proceso similar al de la Era Hadrónica, pero en ella se forman y aniquilan pares de electrones y positrones, nuevamente la predominancia será de los electrones. Pero una buena parte de estos electrones primordiales se combinarán con los neutrones para formar protones, quedando así la materia dominada por los protones.

Con una centena de segundos, la temperatura desciende por debajo de los mil millones de grados, es entonces cuando por acción de la fuerza nuclear fuerte, los protones y neutrones se empiezan a combinar dando lugar a los primeros núcleos atómicos estables de deuterio, helio-3 y helio-4; antes de este momento los fotones eran demasiado energéticos y sus impactos rompían cualquier núcleo que se formase.

Así se forman los núcleos atómicos que darán forma a nuestro universo, debido a la combinación de los electrones primordiales con los neutrones para formar protones, se da una predominancia del hidrógeno con sólo un protón en su núcleo, sobre el helio-4, con dos protones y dos neutrones, para dar una proporción de tres a un átomos, a favor del hidrógeno, así el universo estaría formado, en un principio, por un 75% de hidrógenos y un 25% de helio. El periodo en que se formaron los primeros núcleos es denominado Era de la Radiación.

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Al descender la temperatura por debajo de los 3000 °K, los electrones, que anteriormente no podía combinarse con los protones para formar átomos, pues si lo conseguían, la unión era rota por los fotones, empiezan a combinarse con los núcleos de hidrógeno y helio; pues bajo esta temperatura, la energía de los fotones es lo suficientemente baja como para permitir la formación de átomos, es aquí cuando la materia se hace transparente a los fotones, que ahora puede desplazarse con libertad, en este punto se dice que la radiación se desacopla de la materia, todo este proceso se da 380.000 años después del Big-Bang,

Este desacoplamiento dejó su marca en el espectro radioeléctrico, el registro más antiguo que se tenga del universo primordial, la prueba más antigua del Big-bang, la radiación de fondo de microondas. Se puede decir que es el registro fósil del nacimiento de nuestro universo.

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Tras la formación del hidrógeno y el helio, las nubes de gas se fueron condensado por efecto de la gravedad, dando lugar a las primeras estrellas cerca de los 100 o 400 millones de años después del Big-Bang, formándose los primeros cúmulos estelares, y luego galaxias. Estas primeras estrellas dieron origen a elementos más pesados como el berilio, oxígeno y carbono. Sus muertes dieron origen a elementos aun más pesados como el hierro, el calcio y el aluminio, que se originaron durante sus explosiones en forma de supernovas, para luego, de las nubes de gas producto de estas explosiones, que contenían estos elementos, formarse nuevas estrellas, con sistemas planetarios como el nuestro. Nuestro sol, es una estrella de Población I, esto quiere decir que se originó de los restos de otras estrellas que vivieron y murieron antes de que el naciera, y estamos formados de los átomos forjados en esas estrellas.

Hoy más de 13.000 millones de años después, el universo continua expandiéndose, sigue creciendo el espacio vacío entre partículas, entre galaxias, producto de la energía oscura o energía del vacío, la cual constituye el 70% del contenido energético del universo, por su parte la materia bariónica de la cual está hecho todo lo que podemos ver y percibir, conforma apenas el 5% de nuestro universo, el otro 25% está conformado por la materia oscura un tipo de materia que no puede ser percibida directamente, pero que por diferentes medios, sabemos que está ahí, y cuya procedencia y naturaleza aun desconocemos.

Esta expansión acelerada puede durar por siempre alejando cada vez más los componentes del universo, hasta terminar desgarrándole o puede reducirse y el universo terminar teniendo un prolongada agonía, victima de la muerte térmica, o puede ser que se termine deteniendo y revirtiendo ocasionando que todo acabe colapsando sobre si mismo, esto lo determinará la cantidad de energía oscura, pero eso sera motivo de otra publicación.

Bien con esto concluye este relato, espero que haya sido de su agrado, estoy atento a sus comentarios y de antemano agradezco sus votos, hasta el próximo post.

Referencias

Wikipedia. Big Bang, Wikipedia
Wikipedia. Inflación cósmica, Wikipedia
Wikipedia. Radiación de fondo de microondas, Wikipedia.