ORIGEN DEL UNIVERSO

ORIGEN DEL UNIVERSO
El origen del universo, es uno de los temas más controversiales y difíciles de
abarcar, no sólo por la magnitud del hecho en sí, sino también, por la imposibilidad
del ser humano de desentrañar un misterio tan grande y antiguo como el universo
mismo. En un comienzo, no había espacio ni materia ni tiempo. Por un motivo que
aún se desconoce, el universo nació de repente. De ahí es más, el tiempo inició su
carrera y se fue configurando el universo tal cual lo conocemos hoy.
LA TEORÍA DEL BIG BAN
Hace unos 15.000 millones de años, una minúscula partícula de materia, más
pequeña que un átomo y trillones de veces más calientes que el núcleo del Sol, se
expandió debido a la energía que contenía. Dado que el espacio no existía, esta
partícula se fue inflando al igual que un globo. En esta fase, el universo contenía
muy poca materia, y a diferencia de lo que se cree, la explosión de esta partícula
no fue violenta. Sin embargo, ¿de donde procede toda la materia que se ve
actualmente y por qué el universo está en constante expansión como si hubiera
ocurrido una gran explosión? Alan Guth, un físico norteamericano, en 1981, dio
una respuesta a este interrogante. Para Guth, los gases calientes que contenía el
universo primitivo, no estaban formados por materia, como habitualmente se cree.
A esas temperaturas, los átomos e incluso sus componentes no existían. La fuerza
de gravedad y el magnetismo no eran como se conocen hoy día. La materia y las
fuerzas formaban una masa uniforme, indivisible. Pero el universo se enfriaba
continuamente y la materia y las fuerzas debieron adoptar en algún momento la
forma que poseen actualmente.
La gravedad es la fuerza que atrae las cosas, sin embargo, en esa fase del
universo primitivo, la gravedad era una fuerza que dispersaba la materia. Según
las investigaciones de Guth, la intensidad del universo primitivo transformó la lenta
expansión del espacio en una gigantesca explosión. Esta fase es denominada por
los astrónomos, como "período inflacionista". Es en esta fase cuando la gravedad
produce la Gran Explosión (G.E.). En este momento, las fuerzas negativas de la
gravedad también podían crear nueva materia en el universo, que surgió para
compensar las lagunas existentes debido a la veloz expansión del espacio. En
esta primera fracción de segundo, los primeros kilos de materia del universo se
multiplicaron en la materia que forman las galaxias hoy día.
Al finalizar el período inflacionista, el universo contenía las fuerzas que se conocen
actualmente, como la electricidad y el magnetismo, y la gravedad que atrae
objetos. El entorno de este Universo en nacimiento, también estaba compuesto
por antimateria, que al fusionarse con la materia produjo una casi completa
aniquilación. Esta mezcla se dio en el primer segundo de vida del Universo, y de
haberse producido una destrucción total, el universo no habría tenido ni galaxias,
ni estrella, ni planetas. Sin embargo, la poca diferencia en favor de la materia salió
victoriosa. Grandes cantidades de calor y de radiación fueron liberadas, y estas,
hoy día se pueden observar con radiotelescopios. Los astrónomos la denominan
"radiación de estilo microondas", y es importantísima, dado que es una prueba
evidente de la Gran Explosión.
El satélite COBE produjo esta imagen de la "radiación de estilo microondas". Las
zonas en rosa son aquellas habitadas por los racimos de estrellas y galaxias.
Otra prueba la aportan los diferentes gases que se encuentran actualmente en el
universo. La Gran Explosión produjo hidrógeno, y posteriormente, la reacción del
elemento más simple, produjo helio. Todo esto lleva a la conclusión de que en un
comienzo, el universo primitivo en fase de expansión estaba lleno de nubes de
hidrógeno y helio, y que, gracias a la intervención de la gravedad que los
concentro y acumuló, se pudieron formar las galaxias, las estrellas, los planetas y
la vida.
Después de la G.E., el universo estaba repleto de gases calientes, de radiación y
de otros componentes todavía desconocidos. Al pasar el tiempo y aumentar de
tamaño, el gas se expandió para llenar el espacio que se estaba creando. La
materia del universo empezó a enfriarse y a la larga "cuajó" como si fuera un
queso cósmico. Todo esto sucedió un millón de años después de la G.E., y el gas
condensado formó largos filamentos, de una longitud de cientos de millones de
años luz. Esto se debió a que el gas no se acumuló de manera azarosa, sino que
evitó algunas zonas, dejando agujeros vacíos. Fritz Zwick, un astrónomo alemán,
sugirió que la mayor parte de la materia del universo no tiene la forma que se
conoce hoy día, sino que es oscura y totalmente invisible. En los últimos años, la
mayoría de los astrónomos llegaron a la misma conclusión que Zwick, y una idea
bastante extendida es que la "materia oscura" está formada por un mar gigantesco
de partículas subatómicas, que pueblan todo el universo. Estas poseen una
función básicamente gravitatoria, es decir, que fueron las principales causantes de
la condensación y conformación de los filamentos.
¿EXPANSIÓN ETERNA O BIG
CRUNCH?
Si bien el origen del universo es aún un interrogante pendiente en la astronomía,
otra gran duda es que será del universo en un futuro lejano. Las dos hipótesis de
más peso son las que hablan de una expansión eterna por un lado, y la
contracción del universo por el otro. La clave para resolver esta problemática está
en la gravedad. Si hay suficiente masa para detener la expansión, al cabo de
billones de años de expansión, habrá un instante, una fracción de segundo, en el
que el universo se parará. Empezará a derrumbarse sobre sí mismo hasta el
momento en que toda la materia coexistirá en un solo punto. Luego, posiblemente,
el ciclo de la creación del universo se repetirá. Esta teoría es la que los científicos
denominan Big Crunch o Gran Crujido. La otra hipótesis habla de la expansión
eterna del universo. De ser así, las galaxias, con el tiempo, se llenarían de
estrellas antiguas, enanas negras que no brillan. Al término de un plazo mucho
mayor que la edad del universo, las enanas negras desaparecerían y sólo
quedaría una niebla de partículas
La consecuencia principal del entendimiento del funcionamiento del cosmos, es
paradójicamente la imposibilidad de comprender sus dos fases más importantes;
Su nacimiento y su muerte. Nacimiento por que nadie es capaz de adivinar lo que
ocurrió en el primer 10E-43 segundo de tiempo y muerte por que todas y cada una
de las teorías que confrontan el acabose de todos los tiempos son tan verosímiles
y probadas matemáticamente que dependerán en gran medida de los
descubrimientos que a la sazón del tema se realicen en los próximos decenios o
siglos en cuanto al peso total del universo se refiere.
Mirar más allá de ese primer 10E-43 segundo, es a priori la meta principal de la
astrofísica y de la mecánica cuántica, que chocan con la dogmática visión de que
en aquel preciso momento, no estaba constituida ninguna de las leyes físicas que
actualmente rigen nuestro comportamiento, así como las cuatro fuerzas
fundamentales que son la derivación del surgir de la materia en el cosmos.
Teóricamente, no estaría definido ningún comportamiento a modo universal, como
tampoco estaría predeterminadas ni la cantidad de masa final que desencadenaría
este suceso, ni la distribución de ésta, ni como sería organizada, ni como deberían
afectarse y comportarse todos los elementos de la tabla periódica, ni de que
manera podría afectar el tiempo a todo el conjunto de leyes que generaría este
caótico nacimiento.
Relacionar el tiempo con este primer instante resulta tremendamente difícil, ya que
el tiempo es magnitud, y una magnitud es susceptible de poder ser medida y
analizada con todas las consecuencias que ésta haya implicado. Todas las teorías
más o menos comúnmente aceptadas, otorgan al tiempo el mismo instante de
creación que al propio universo y no debería ser así, ya que esto implica que
estamos viviendo en el mismo plano temporal que vio surgir el mismísimo principio
de todo y consecuentemente deberíamos poder analizar en que manera fue
afectado ese tiempo durante todo el instante anterior a la organización universal.
La visión más cercana que poseemos, se produce cuando el universo cuenta ya
con 10E-43 segundos y la temperatura ha descendido a los 10E32 grados, es aquí
cuando entra en escena la Teoría de la Gran Unificación (TGU). Acto seguido y tal
sólo 9 centésimas después la temperatura ha descendido hasta los 10E27 grados
y comienzan a formarse los quarks y los antiquarks. A partir de aquí y hasta el
primer segundo de vida, se suceden una serie de acontecimientos que sí que
marcarán de forma decisiva el desarrollo del cosmos, ya que estarían formados,
los fotones, los neutrinos y antineutrinos, protones y neutrones y el choque entre
partículas provocaría los pares electrón-antielectrón que como consecuencia de la
expansión y consiguiente enfriamiento del universo descenderían en producción
con respecto a auto aniquilación, quedando al final tan solo unos pocos
electrones.
Todo lo anteriormente expuesto, demuestra que somos capaces de entender más
o menos el porqué el universo es tal y como lo conocemos, también demuestra
que la explicación más verosímil es la del Big-Bang, pero no consigue acercarnos
ni tan siquiera al precipicio para poder mirar hacia el principio de todos los tiempos
y atisbar el porqué y como de todo lo que conocemos.
Podemos sin embargo, intentar razonar ese principio. Sabemos que la
temperatura de nuestro universo, desciende en proporción a su expansión
exactamente a razón de que cuando éste duplica su tamaño, su temperatura
desciende a la mitad. Así pues tenemos que en el justo instante anterior a la gran
explosión, careciendo el universo de tamaño, consecuentemente la temperatura
tuvo que ser infinita. Tenemos pues un cosmos neonato dominado por la gravedad
cuántica y carente de masa en un estado propio de vacío de alta energía.
Sabemos que esta gravedad cuántica, en un momento X se separa del resto de
fuerzas y a partir de aquí si que somos capaces de comprender lo que ocurre. ¿Él
por qué de esta separación? es probable que un vacío de alta energía, origine otro
de baja energía y éste a su vez regenere en otro de alta y así sucesivamente
hasta recrear un "falso vacío" o "vacío excitado" que propiciara la expansión y
acabar como ahora en un "vacío estable" o "auténtico vacío" en el que la
existencia es posible. También puede caber la posibilidad de que no vivamos en
un "vacío estable", sino que existamos en un "vacío semi-estable o medio
estable", con lo cual nada tendría ni principio ni fin, el nuestro sería un universo
autogenerado en el que podría crearse súbitamente el "falso vacío" engullendo
toda la materia y recomenzando el proceso desde este punto inicial que nosotros
denominamos big-bang.
Desgraciadamente y quizás durante el resto de toda la eternidad, no
comprenderemos a ciencia cierta como comenzó todo, aunque por supuesto si
que podremos augurar algunas teorías que postulen este principio, como
actualmente tenemos teorías que demuestran como será el final; Y es curioso
plantearnos el conocer el final si tan siquiera podemos atisbar los orígenes ya que
las leyes físicas que imperan en el cosmos solo permiten tener la certeza de lo
que ocurrió y nunca de lo que ocurrirá. ¿Deberíamos ignorar la intención de llegar
algún día a conocer el porqué del todo?. Probablemente, ya que lo difícil no es
conocer sino entender y dudo mucho de que alguien fuera capaz algún día de
poder explicar con palabras algo que realmente es incomprensible.
EL UNIVERSO NACE AQUI
La antigua cultura griega ya se planteaba la posibilidad de que toda la materia
estuviera formada por componentes básicos que mezclados entre sí, darían como
resultado todo y cuanto les rodeaba. Decidieron pues, que los elementos
primordiales a todo eran el fuego, el agua, el aire y la tierra ( que se suponía
contenía el resto de materiales del que los otros tres elementos carecían).
También estaban convencidos de que la materia, podía ser dividida en porciones
cada vez más pequeñas, hasta llegar a un punto donde fuera imposible seguir con
esa división, denominando a esta partícula indivisible; 'átomo', que realmente
significaba eso, 'indivisible' o 'imposible de cortar'.
Esta idea de la organización fundamental que ahora nos puede parecer irrisoria,
tuvo serias consecuencias en la manera y filosofía de entender todo lo que nos
rodea. Se consideraba al fuego como el causante de la transformación de un
elemento en otro, al agua como al elemento que era capaz de diluir la mezcla, la
tierra era el elemento que aportaba todos los materiales y el aire el que avivaba el
fuego. Desde luego no era una idea muy científica, aún a costa de no andar mal
encaminada, pero allá por la Edad Media (+- S.XIII-XV), surgió una rama mística
de la ciencia denominada alquimia. Un concepto de magia y superchería más
relacionado con la brujería y el misticismo que con el estricto rigor científico, y que
aprovechando estos conocimientos que los griegos habían aportado, trataba (sin
ningún éxito, por supuesto), de transformar mediante mezclas diluidas en agua y
calentadas lo suficiente sobre braseros convencionales metales de escaso valor,
en otros como el oro, la plata, etc. Las mezclas, eran diluidas, re-diluidas,
separadas, vueltas a juntar y un sinfín de malabarismos que denotaron un
descomunal fracaso en las intenciones finales de estos primeros químicos que la
historia de la humanidad había aportado.
Que la alquimia no obtuviera éxito, no significó que no aportara nada a la ciencia,
durante los siglos que esta práctica duró, se hicieron descubrimientos (casuales)
de como separar los elementos unos de otros, disolverlos, fundirlos, etc.,
adoptándose estas técnicas por los primeros químicos de la historia, que pronto se
dieron cuenta de que muchas sustancias, eran compuestos de varios elementos
simples y que había elementos que ya no podían seguir separándose, dándose a
denominar principios fundamentales y que constituyeron los primeros elementos
básicos descubiertos.
De esta manera comenzaron los primeros experimentos químicos, que
consistieron principalmente en hallar los pesos y tamaños específicos de los
elementos, las cantidades relativas de calor para elevar su temperatura en un
monto (medida) específico o calor específico, se determinó la masa atómica de
ciertos elementos sobre la base del peso específico del oxígeno, pasándose
después a como patrón estándar el carbono. Aún a costa de estos importantes
descubrimientos en materia de la que sería la nueva ciencia, ningún científico
supo comprender la relación de datos que éstos estaban aportando, llegándose a
la conclusión de que un elemento no guardaba similitud aparente con su
predecesor y su antecesor. Un tremendo error que se dio por válido hasta que en
la segunda mitad del siglo XIX, Dimitri Mendeleyev, un estudiante de química
originario de Rusia y afincado en San Petersburgo donde estaba cursando sus
estudios, descubrió de un modo casual, cuan eran de importantes los pesos
atómicos de los elementos descubiertos.
Aquí comienza el verdadero
entendimiento de la materia:
Medeleyev observó que podía ordenar los pesos atómicos de los elementos
descubiertos de tal manera que formarían una progresión aritmética regular.
Comprobó que existían huecos en su tabla originaria y que había elementos que
no encajaban bien en el patrón que acababa de desarrollar, pero intuyó que esta
diferencia se debía a que los pesos no habían estado medidos de una manera
exacta. Medeleyev no comprendía como debían encajar las sustancias en su tabla
de elementos, pero a cada descubrimiento él asignaba su lugar y este encajaba
perfectamente en los patrones por él fijados.
La ciencia se encargo de averiguar que era lo que realmente originaba esta
progresión: Se determinó que cada nivel superior, disponía de una partícula
subatómica más y que por tanto, la diferencia entre elementos dependía del
número de partículas requeridas para formar el átomo de éste. Había nacido la
ciencia de lo invisible, la madre de las teorías cuánticas y el microcosmos.
¿De qué se componen los átomos?
Un átomo está principalmente compuesto de un núcleo y una capa externa que le
rodea. A principios del siglo XX, ya se había estudiado mucho sobre la naturaleza
del átomo y se habían identificado varios de sus componentes: El físico británico
JJ Thomson, descubrió a principios de este siglo las propiedades del electrón, al
darse cuneta que los flujos eléctricos, estaban compuestos por partículas que
podían ser detectadas cuando éste se hacía fluir por un tubo de rayos catódicos.
Descubrió que el haz de electrones, podía ser influenciado por un imán y
observando la dirección en que se movía el flujo, determinó que los electrones
tenían carga negativa y pudo comprobar que su masa era inferior a la del átomo
menos pesado, el hidrógeno. Se acababa de desmantelar la teoría del átomo
indivisible concluyéndose que los electrones debían girar alrededor de un núcleo
del que se especulaba tendría carga positiva para contrarrestar la repulsión,
atraerse mutuamente y conseguir así mantener unido el conjunto.
Fue el físico Ernest Rutherford quien amplió esta idea de la composición atómica,
aplicando los descubrimientos efectuados por Henri Becquerel en materia de
radioactividad: Demostró que la energía producida por sustancias radioactivas,
venía determinada por tres tipos de ondas que vino a denominar rayos alfa, rayos
beta y rayos gamma, basando sus experimentos en los rayos con mayor longitud
de onda, los rayos alfa. Comprobó que éstos tenían carga positiva y los utilizó
para bombardear átomos de oro. Introdujo una lámina de oro en un cilindro forrado
de papel fotográfico y después la bombardeó con partículas Alfa; Observando a
través del microscopio las marcas dejadas por los choques de partículas en la
lámina de papel fotográfico, se dio cuenta que algunas partículas eran brutalmente
desviadas cuando chocaban contra la lámina de oro, estas partículas eran las que
se denominaron Alfa y solo tenía explicación si el núcleo atómico tuviera carga
positiva y fuera esta la causa de la repulsión sufrida en los experimentos. Se
concluyó esta teoría como explicación más lógica a la composición atómica, de
esta manera la estructura básica del átomo quedó definida en un núcleo con carga
positiva, alrededor del cual y a una distancia prudencial, se encontraba orbitando
una nube de electrones con una cantidad determinada de éstos que dependería
de la materia que compusiera éste. Faltaban aún los neutrones (con carga neutra),
que compartían en determinados átomos el núcleo con los protones (la carga
positiva descubierta por Rutherford) que con la invención de los aceleradores de
partículas, también salieron a la luz. A partir de aquí estábamos en disposición de
entender realmente cual era la naturaleza de nuestro universo.
Acelerando las partículas
Con la invención de los aceleradores de partículas, se dio un salto cuantitativo en
el entendimiento de la materia que impregna el universo: Su misión consiste en
acelerar partículas hasta velocidades próximas a la de la luz y comprobar las
reacciones que se producen al hacerlas chocar contra otras partículas
denominadas blancos. Evidentemente la velocidad alcanzada no es la de la luz
(haría falta un acelerador del tamaño del radio del sistema solar ¡¡- 1.5 años luz -!!
y aún así la velocidad todavía no sería la de la luz), pero se aproxima bastante y
se pueden comprobar dos cosas principalmente; Que la masa de ésta aumenta a
medida que se acelera (demostrando la teoría de Einstein) y que su choque
produce el desprendimiento de partículas que dejan una huella susceptible de
poder ser estudiada (es evidente que un átomo no puede ser observado
directamente a través de un microscopio). la importancia del desprendimiento de
partículas, queda demostrada en que gracias a su dispersión después del choque,
el rastro dejado permite conocer su carga (positiva o negativa), su masa y lo más
importante, poder catalogarla.
Gracias a los aceleradores de partículas, en 1932 los físicos Jhon Cockcroft y
Ernest Walton consiguieron dividir un átomo de litio. Esto hoy en día puede
parecer poco menos que una simpleza, pero tubo sus consecuencias en la
elaboración del modelo del nacimiento del universo: A partir de este experimento,
comenzaron a realizarse otros parecidos que mostraban imágenes espectrales, o
dicho de otra manera, a la división atómica aparecían unas partículas con unas
características poco comunes y que resultaron ser la antítesis de la materia, se
habían descubierto las antipartículas.