Documento 742011

Institución Educativa Emblemática
“NUESTRA SEÑORA DE COCHARCAS”
Huancayo
Área
CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE
(Ciencias Naturales)
Control de Lectura N° 02
FRAGMENTO DE LA GÉNESIS DEL BIG BANG.
De Virginia Trimble.
Desde que se admitió la expansión del Universo como la interpretación más probable de la ley de
Hubble del desplazamiento hacia el rojo, muchos astrónomos se dieron cuenta de que esto implicaba un
Universo considerablemente diferente que en el pasado. La literatura de los años 30 y 40 contiene muchas
alusiones a un supuesto estado denso y caótico de la materia, que constituiría un contexto propicio a la
formación de estrellas (la mayoría de las estrellas parecía tener entonces aproximadamente la misma edad
que el Universo en conjunto). Sin embargo, una reflexión sustancial sobre lo que había podido pasar miles de
millones de años antes seguía siendo la excepción.
Georges Gamow, un físico nuclear formado en Rusia pero que hizo carrera en Estados Unidos, es
considerado en general como el primer investigador que reflexionó seriamente sobre este problema de los
orígenes del Universo. En 1935, se concentró en las reacciones nucleares susceptibles de haberse producido
cuando toda la materia estaba al menos tan caliente y era tan densa como en el núcleo de las estrellas
actuales. Continuó sus investigaciones después de la segunda guerra mundial, en colaboración con Ralph
Alpher y Robert Herman. Los tres se dieron cuenta de que si el Universo era inicialmente un fluido
constituido únicamente por protones, habría acabado en forma de hidrógeno y de helio en una proporción de
alrededor de un átomo de helio por cada ocho átomos de hidrógeno. Estudiaron a continuación el entorno
térmico en el que se tenían que haber producido las reacciones nucleares y concluyeron que, después de
millones de años de expansión y de enfriamiento, el Universo tenía que estar a una temperatura de unos
cinco Kelvin (5 K).
El mismo Gamow no se tomó su propia predicción suficientemente en serio para iniciar la busca de
una firma en radio de una temperatura de 5 Kelvin. En 1949 o 1950, le dijo a uno de sus estudiantes que no
conocía ningún problema interesante en espectroscopía milimétrica. Sin embargo, los sensores que se habían
desarrollado durante la segunda guerra mundial (fundamentalmente asociados al nombre de Robert Dicke)
probablemente habrían permitido detectar la radiación de fondo en aquella época.
Mientras tanto, un equipo de tres astrónomos británicos había decidido que la expansión cósmica no
significaba necesariamente un Universo diferente en el pasado: Es la idea llamada del Universo estacionario.
Fue avanzada en 1948 por Hermann Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle (los dos primeros habían huido del
nazismo de la Europa continental y el tercero era una persona del Yorkshire). Como los tres y sus partidarios
tienen un excepcional talento de oradores y de divulgadores, su idea se hizo probablemente más popular
entre el gran público que en la comunidad de los astrónomos profesionales. Allan Sandage lo ha expresado
con una fórmula de un chovinismo exquisito: «Yo no creo que la creación continua se haya tomado nunca en
serio en California».
Un universo estacionario ha estado siempre en expansión, y lo estará eternamente (lo que suprime toda
posibilidad de contradicción entre el inverso de la constante de Hubble, es decir la edad del Universo, y la
edad de las estrellas más viejas). Pero ni su densidad ni su temperatura disminuyen, ya que constantemente
surge nueva materia, exactamente en la proporción necesaria para que todo se mantenga idéntico.
Naturalmente, esta idea viola el principio de conservación de la masa y de la energía tal como se concibe
ordinariamente, pero a un nivel tal que no se puede esperar que se detecte en el laboratorio: Es del orden de
un átomo de hidrógeno por siglo para un volumen equivalente al de la torre Eiffel. Desde el punto de vista de
sus autores, esta teoría tiene el mérito de hacer de la creación un fenómeno físico aprehensible, en vez de
remitirla al principio, allí donde nadie puede estudiar el proceso.
Las proposiciones del modelo de Universo estacionario tuvieron una fecundidad considerable: Muchos
astrónomos se sintieron en la obligación de refutarlo y desarrollaron con esta intención diversos tipos de
observaciones de las que nos seguimos sirviendo en la actualidad (catalogación de las radiofuentes, medida
de las luminosidades de la superficie de las galaxias, etc.).
Estas primeras pruebas, daban globalmente la preferencia al modelo del Big Bang y a los modelos
evolutivos en general respecto a la idea de un universo estacionario, ya que sugerían que el Universo había
sido diferente en el pasado. Pero no hasta el punto de que una persona sensata estuviese absolutamente
obligada a elegir. La expresión misma de «Big Bang» fue inventada por Hoyle como un insulto deliberado,
antes de que lo adoptasen los partidarios de los universos evolutivos.
¿Era la radiación radio detectada por Penzias y Wilson la predicha por Gamow quince años antes?
Entre 1955 y 1967, la gran mayoría de la comunidad científica rechazó el modelo de Bondi, Gold y
Hoyle, que actualmente sólo conserva un puñado de fieles. Hay tres razones principales para este rechazo.
La primera, que fue la última que adquirió una fuerza de convicción definitiva, fue la contabilización
de las radiofuentes y más tarde de los cuásares. El resultado fue la aparición de una proporción mucho más
elevada de fuentes débiles que de fuentes brillantes. Esto se puede interpretar de dos maneras: O bien en el
pasado existían más radiofuentes (que en la actualidad aparecen débiles debido a su distancia), o bien
vivimos de modo muy improbable en una especie de hueco local, en medio de una población específica. Las
medidas del desplazamiento hacia el rojo de las radiofuentes y los cuásares acabaron con la hipótesis llamada
«local»; los elevados valores atestiguaban el alejamiento de estas fuentes débiles. A partir de 1967 se podía
decir con seguridad que las galaxias habían sido sede de fenómenos violentos más a menudo en el pasado
que en la actualidad. Por lo tanto, el Universo ha cambiado con el paso del tiempo: no está en un estado
estable. Una de las contribuciones precoces y duraderas del astrónomo británico Martin Rees a la ciencia fue
haber convencido a su director de tesis Dennis Sciama (los dos estaban en Cambridge). Esto hace de Sciama
el único defensor convencido de la creación continua que cambió de opinión.
La segunda razón fue la identificación del helio como una reliquia del Universo primitivo. Gamow y
sus colaboradores ya lo habían predicho pero, en los años 50, la mejora de los análisis espectrales de las
estrellas y de las galaxias confirmó que la casi totalidad de lo que podemos observar está compuesto de un
75% de hidrógeno y de un 25% de helio (en proporción de masas, la proporción en número de átomos es del
90% y del 10% respectivamente). Naturalmente, el helio también es un producto de reacciones nucleares
internas en las estrellas. Pero, para producir la cantidad que observamos en el intervalo de tiempo atribuido a
la creación de materia por la teoría del Universo estacionario, se necesitarían unas galaxias diez veces más
brillantes que tal como lo son en realidad. Este hecho se anunció en algunas raras ocasiones y luego cayó en
el olvido a partir de 1960.
Tercero, Arno Penzias y Robert Wilson midieron en 1965 una radiación de fondo cuyo origen era
desconocido. Cuando publicaron su descubrimiento ya estaban seguros de haber visto algo distinto de una
bolsa local de radiación: La radiación presentaba fundamentalmente la misma intensidad y el mismo espectro
en todas las direcciones del cielo.
De hecho, los modelos del Big Bang habían predicho la existencia de este tipo de radiación mucho
antes de que fuese descubierta. Y sería imposible explicarla en el marco de un universo estacionario. La
cantidad total de energía de la radiación micrométrica de fondo no es gigantesca, y podría ser producida por
las estrellas y las galaxias. Pero, para que esta radiación presente un espectro de cuerpo negro y esté casi a la
misma temperatura en todas partes en el Universo, tiene que haber interaccionado con materia muy densa y
térmicamente homogénea. Esto era fácil de lograr en el Universo primitivo, pero completamente imposible
en cualquier otra situación. El mismo George Gamow quizá no estaba convencido del todo: ¿Era
verdaderamente la radiación descubierta por Penzias y Wilson la que él había predicho? Al principio de 1967
planteó textualmente la siguiente pregunta durante una conferencia: «Vale, yo he perdido una moneda de
cinco centavos y usted ha encontrado una. ¿Quién puede decir que es la misma?» Pero la moneda encontrada
por Penzias y Wilson no era una moneda cualquiera. Golpeada por el canto de la ley de la radiación de un
cuerpo negro a 5 Kelvin, no podía ser sino la perdida por Gamow veinte años antes. Hacia 1965, con uno o
dos años de diferencia, casi toda la comunidad astronómica se había adherido a un modelo de universo
descrito por una de las soluciones de las ecuaciones de la relatividad general y que habría pasado por un
estado caliente y denso (el Big Bang) hace de 10 000 a 20 000 millones de años. A partir de ahí se podía
interesar por temas como la distribución de las galaxias en el espacio, la naturaleza de la materia oscura y los
hipotéticos acontecimientos anteriores al estadio inicial caliente y denso.
Fuente: Trimble, Virginia. La génesis del Big Bang. Mundo Científico. Barcelona: RBA Revistas, septiembre, 1992.
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Actividad
1. Realizar un comentario crítico de la lectura y enviarlo al siguiente correo electrónico:
[email protected]
2. Construye un modelo creativo que explique la Teoría del Big Bang (En equipos de 5 estudiantes).
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Cuestionario de la Lectura
«FRAGMENTO DE LA GÉNESIS DEL BIG BANG»
1. ¿Cuál fue la conclusión del Gamow y sus colaboradores en el año de 1935?
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2. Respecto a la primera razón de rechazo al modelo de Bondi, Gold y Hoyle. ¿Cómo es el
comportamiento del Universo respecto al tiempo?
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3. ¿El Helio (He) es producto de qué tipo de reacciones? ¿En qué cuerpos se producen estas
reacciones?
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4. ¿Cuáles fueron las características de la radiación observadas por Arno Penzias y Robert Wilson en
1965?
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Nota: Una vez desarrollado el cuestionario, dialoga con una compañera de tu entera confianza y confrontes
sus respuestas utilizando la lectura.