Teorías del origen del universo

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Desde tiempos inmemoriales, el génesis universal ha sido una gran espina para el ser humano y a lo largo de los años, una variedad de planteamientos se han formulado para encontrar una explicación plausible. Te invito a que le echemos un breve vistazo a estas teorías del origen del universo, las más elementales al momento de hablar del nacimiento de nuestro universo.

Las 4 teorías fundamentales del origen del universo

Existen cuatro teorías fundamentales que explican el origen del universo. Estas son:

• La teoría del Big Bang
• La teoría inflacionaria
• La teoría del estado estacionario
• La teoría del universo oscilante

En la actualidad, las más aceptadas son la del Big Bang y la inflacionaria. Pero veamos en qué consisten estas cuatro teorías fundamentales a continuación.

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Teoría del Big Bang

La teoría de la gran explosión, mejor conocida como la teoría delBig Bang, es la más popular y aceptada en la actualidad. Esta teoría, a partir de una serie de soluciones de ecuaciones de relatividad general, supone que hace entre unos 14 000 y 15 000 millones de años, toda la materia del universo (lo cual incluye al universo mismo) estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña, hasta que explotó en un violento evento a partir del cual comenzó a expandirse.

Toda esa materia, comprimida y contenida en un único lugar, fue impulsada tras la explosión, comenzó a expandirse y se acumuló en diversos puntos. En esa expansión, la materia se fue agrupando y acumulando para dar lugar a las primeras estrellas y galaxias, formando así lo que conocemos como el universo.

Los fundamentos matemáticos de esta teoría incluyen la teoría general de la relatividad de Albert Einstein junto a la teoría estándar de partículas fundamentales. Todos estos aspectos, no solo hacen de esta la teoría más respetada, sino que dan lugar a nuevas e interesantísimas cuestiones, como por ejemplo si el universo seguirá en constante expansión por el resto de los tiempos o si por el contrario, un evento similar al que le dio origen puede hacer que el universo entero vuelva a contraerse (Big Crunch), entre otras.

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Teoría inflacionaria

Junto a la que acabamos de ver, esta es otra de las más aceptadas y mejor fundamentadas. La teoría de inflación cósmica, popularmente conocida como la teoría inflacionaria, formulada por el gran cosmólogo y físico teórico norteamericano Alan Guth, intenta explicar los primeros instantes del universo basándose en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay cerca de un agujero negro.

Esta teoría supone que una fuerza única se dividió en las cuatro que ahora conocemos (las cuatro fuerzas fundamentales del universo: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil), provocando el origen del universo. El empuje inicial duró un tiempo prácticamente inapreciable, pero fue tan violenta que, aún cuando la atracción de la gravedad frena las galaxias, el universo todavía crece y absolutamente todo en el universo está en constante movimiento.

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Teoría del estado estacionario

La teoría del estado estacionario se opone a la tesis de un universo evolucionario. Los seguidores de esta teoría consideran que el universo es una entidad que no tiene principio ni fin: no tiene principio porque no comenzó con una gran explosión ni se colapsará en un futuro lejano, para volver a nacer.

El impulsor de esta idea fue el astrónomo inglés Edward Milne y según ella, los datos recabados por la observación de un objeto ubicado a millones de años luz, deben ser idénticos a los obtenidos en la observación de la Vía Láctea desde la misma distancia. Milne llamó a su tesis principio cosmológico. 

En 1948, algunos astrónomos retomaron este principio y le añadieron nuevos conceptos, como el principio cosmológico perfecto. Este establece, en primer lugar, que el universo no tiene un génesis ni un final, ya que la materia interestelar siempre ha existido y en segundo término, que el aspecto general del universo no solo es idéntico en el espacio sino también en el tiempo.

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Teoría del universo oscilante

La teoría del universo oscilante sostiene que nuestro universo sería el último de muchos surgidos en el pasado, luego de sucesivas explosiones y contracciones.

El momento en que el universo se desploma sobre sí mismo atraído por su propia gravedad es conocido como Big Crunch, marcaría el fin de nuestro universo y el nacimiento de otro nuevo.

Esta teoría fue planteada por el profesor Paul Steinhardt, profesor de física teórica en la Universidad de Princeton.

¿Què opinas sobre estas teorìas?

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La partícula de Dios

El bosón de Higgs, ¿qué es y por qué se le conoce como la partìcula de dios?

• Sus teóricos y la institución que lo demostró han resultado premiados.
• El bosón fue teorizado en 1964, pero hasta 2012 no se ha logrado demostrar, aunque todavía quedan dudas.
• ¿Qué es el célebre bosón? | 

¿Qué es el bosón de Higgs?

Bajo este curioso nombre, se escondía una de las partículas elementales de la naturaleza, el "eslabón perdido" del modelo estándar de la física de partículas, una teoría que explica cómo se origina la masa de todas las partículas del Universo. Responde a la siguiente pregunta: ¿por qué unas partículas tienen masa y otras no?

Así lo explicaba la física belga Martine Bosman, catedrática de investigación del Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) en la Universidad Autónoma de Barcelona: "Es la pieza que faltaba en lo que llamamos el modelo estándar de la física, el modelo con el cual podemos describir las partículas que conocemos, cómo interaccionan, todas las medidas que se han podido hacer hasta ahora... pero faltaba un mecanismo para explicar cómo se genera la masa de la partícula, que es algo fundamental. Si no hay masa de la partícula, no existiría el mundo tal y como lo conocemos. Es lo que llamamos el mecanismo de Higgs".

El jurado del Premio Principe de Asturias de Investigación de 2013 explica en su fallo que esta partícula que "completa el Modelo Estándar, que describe los componentes fundamentales de la naturaleza, y es responsable de que ciertas partículas elementales posean masa".

El bosón fue planteado en 1964 por el físico británico Peter Higgs como el agente que dio masa a la materia tras el Big Bang, hace 13.700 millones de años, lo que hace posible la formación de estrellas y planetas, y finalmente, la aparición de la vida.

¿Por qué se lo conoce como 'la partícula de Dios'?

Mucha gente pensará que es porque la partícula es el origen de la materia y la vida, pero en realidad no es así (ya se ha dicho que es el agente que dio masa a la materia no que la creara). Parece ser que todo tiene origen en el bautizo 'marketiniano' que hizo de esta partícula el editor de un libro del Premio Nobel de Física, León Lederman, y que, obviamente cuajó entre el gran público.

¿Por qué es tan importante?

El descubrimiento del bosón de Higgs pondrá patas arriba el campo de la física, tanto que algunos investigadores ya hablan de una "nueva física". Esta partícula puede avalar otras teorías y modelos, como la supersimetría, pero también cerrará las puertas a muchas teorías y líneas de investigación.

Por ejemplo, conocer mejor la física de partículas ayudará a estudiar un fundamental componente del Universo como es la llamada materia oscura. En cualquier caso, las aplicaciones de este descubrimiento de 2012 no serán en absoluto inmediatas.

En el verano de 2012, cuando se descubrió, el director general del Centro Europeo de Física de Partículas (CERN), Rolf Heuer, calificó de avance "histórico" el experimento, clave para entender la formación del Universo, aunque advirtió de que queda mucho trabajo por delante.

La revista 'Science' lo declaró como el descubrimiento científico del año.

¿Qué hicieron Higgs y Englert?

Englert por una parte, junto al físico belga Robert Brout —ya fallecido—, y Higgs, por la suya, predijeron en 1964 al mismo tiempo y de manera independiente la existencia de esta partícula elemental. 

En aquella fecha, Higgs lo planteó como el agente que dio masa a la materia tras el Big Bang, hace 13.700 millones de años, lo que hace posible la formación de estrellas y planetas, y finalmente, la aparición de la vida. Pero hasta 2012 habían fallado los esfuerzos realizados desde la década de 1980 para encontrar la partícula en el colisionador estadounidense Tevatron y el antecesor del LHC en el CERN, el LEP —y probar que Higgs tenía razón—a través de la colisión de partículas entre sí y la creación de mini Big Bangs.

¿Cuál fue el papel del CERN en el descubrimiento?

El CERN fue la instalación en cuyo acelerador de partículas se pudo demostrar la existencia del bosón el pasado julio de 2012.

La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) (conserva las siglas en francés del Centro Europeo para la Investigación Nuclear que le precedió) es una organización internacional e intergubernamental, es una institución con sede en Ginebra (Suiza) y constituida por veinte estados miembros: Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, República Checa, Dinamarca, Eslovaquia, España, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Italia, Noruega, Holanda, Polonia, Portugal, Reino Unido, Suecia y Suiza.

Actualmente el acelerador de partículas ha detenido su actividad hasta 2015, ya que quiere incrementar su potencia en más del doble que la actual.

¿Está completamente probada su existencia?

En realidad no. Aunque todo el mundo lo da por hecho, el CERN anunció en julio de 2012 que habían descubierto una nueva partícula que podría ser el deseado bosón de Higgs, aunque todavía no podía confirmarlo con certeza científica. Martine Bosman aseguraba que era una partícula "que se parece mucho a lo que se esperaba del bosón de Higgs".

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Cuánto dura un día

Definiremos día como el tiempo que tarda la Tierra en girar una vez sobre sí misma.

No, no son 24 horas. Eso es la media de lo que tarda en completarse un giro aparente respecto del Sol. Algunos días duran más que otros porque la trayectoria de la Tierra no sigue un círculo, sino una elipse, y según en qué lugar de la elipse esté tardará más o menos en tener al Sol otra vez en su máxima ascensión.

En cualquier caso, eso es el giro aparente, porque como la Tierra da una vuelta al año alrededor del Sol, ese es un giro extra que hace la Tierra sobre sí misma, sin que haya un giro más aparente alrededor del Sol. Búsquese en la wiki explicaciones sobre la diferencia entre el día solar y el sidéreo (un giro respecto a las estrellas).

En principio, podría medirse. Hay varias formas:

1. Póngase en marcha un giroscopio y mídase el ángulo de su plano de giro con respecto a cualquier línea trazada en la Tierra. La línea en la Tierra se mueve con la Tierra en su giro, pero el plano del giroscopio no. Cuando el ángulo vuelva a coincidir se habrá completado un giro.

2. Úsese un péndulo de Foucalt. Ocurre lo mismo que con el giroscopio. Su plano de oscilación no varía. El truco para determinar la latitud vale para medir el tiempo de giro (el tiempo que tarda en volver al mismo punto de referencia.

3. Los métodos anteriores no son muy precisos. Así que buscamos otros. Tomamos como referencia una estrella lejana y miramos cuánto tarda en volver a estar en la misma ascención.

4. Lo anterior se complica porque las estrellas tienen su movimiento propio y por los otros movimientos de la Tierra, la precesión, la nutación y el bamboleo de Chandler. Eso sin contar con que el de rotación también va variando y que la Tierra se va frenando por las fuerzas de marea. Pero estoy suponiendo que queremos calcular cuándo dura un determinado giro (el que midamos) y no una media de los últimos 1000 años, por ejemplo.

5. Con todo, el mirar a una estrella funciona bastante bien. Recordemos que hay 365,24... días solares en un año (es decir, que vemos 365,24... veces de media el sol en el sur en cada año), pero en un año, el movimiento de traslación hace que la Tierra haya dado otra vuelta más con respecto a las estrellas, por lo que el día sideral es 1/365,24 veces más corto. El día sideral es más cercano al tiempo de rotación que el solar.

6. Pero resulta que el Sistema Solar da una vuelta al centro de la galaxia cada 240 millones de años. Así que hay que restar el efecto de esta otra vuelta (nadería comparado con el efecto de los movimientos de precesión -cada 27.000 años- y de nutación, que es hasta donde se llega en los cálculos que he visto).

7. Pero la Vía Láctea tampoco se está quieta. Podríamos entonces usar como referencia la radiación de fondo (secuela del Big Bang): se localiza un punto del firmamento con una radiación distinguible y se mide el tiempo que se tarda en volver a tenerlo en la misma ascensión. Si la radiación de fondo fuera uniforme, no habría manera de encontrar tal punto. Como no lo es, es concebible hacerlo. Pero me temo que las diferencias son tan pequeñas que no permiten distinguir un punto concreto.

¿Cuándo dura entonces? No me preguntes a mí. No soy muy fiable, algunos días se me hacen largos y otros no me llega el tiempo para nada.

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la 'máquina del Big Bang'

Se estrecha el cerco sobre la 'partícula de Dios'

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Ginebra.

El mayor acelerador de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), está funcionando "extremadamente bien", pero todavía habrá que esperar hasta finales de 2012 para saber si existe la llamada 'partícula de Dios', es decir, el bosón de Higgs que explicaría uno de los misterios del Universo: por qué la materia tienen masa.

Así lo ha expuesto el director general del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra, Rolf Heuer, en la presentación de los resultados científicos del primer año de funcionamiento del LHC, conocido popularmente como la 'máquina del Big Bang', durante la Conferencia de Eurofísica sobre Física de Altas Energías, que reúne en Grenoble (sureste de Francia) a 700 científicos.

"La respuesta a la pregunta de Hamlet sobre el bosón de Higgs, ser o no ser, la tendremos al final del año que viene", bromeó Heuer, quien subrayó que no se puede esperar "demasiado y demasiado pronto", ya que se trata del primer año de trabajo de una máquina planeada para permanecer operativa dos décadas.

El LHC, un acelerador de partículas construido en un túnel circular de 27 kilómetros y situado bajo la frontera entre Francia y Suiza, está funcionando mejor de lo que cabía esperar.

En su interior se hacen chocar dos haces de protones que rozan la velocidad de la luz y se analizan las altísimas energías subatómicas que producen. El nivel de colisiones ha alcanzado en tres meses el objetivo fijado para todo el año 2011, es decir 70 millones de colisiones de partículas.

Sin embargo, aún será necesario multiplicar por diez la cantidad de datos estadísticos recabados para saber si existe o no la célebre 'partícula de Dios', agregó Heuer.

Misterios de la Física

"Estamos viviendo momentos muy emocionantes para la física de partículas" y no disponer aún de los datos que permitan despejar esa incógnita no es en absoluto una "decepción", añadió el director del CERN en una conferencia a la que asistieron, entre otros, los premios Nobel de Física David Gross (2004) y George Smoot (2006).

No hay "decepción por no haber encontrado pistas sobre algo que vaya más allá del Modelo Estándar de la física de partículas", que describe las relaciones entre las interacciones fundamentales conocidas entre partículas elementales que componen toda la materia.

"Estaría decepcionado si la máquina no funcionase", añadió.

Se trata del primero de los misterios físicos que intentan desvelar los expertos que trabajan con los datos que genera el acelerador y tanto probar la existencia del bosón como certificar que no existe sería un descubrimiento.

Si se llegara a encontrar el último elemento que falta en el denominado Modelo Estándar de la física de partículas -enunciado en la década de 1960 por el profesor Peter Higgs- se podría comprender por qué las masas de unas partículas elementales y otras son distintas.

Pero si la deseada partícula no apareciese, evidenciaría que el Modelo Estándar de la física de partículas está incompleto y abriría nuevas vías de pensamiento a los científicos.

Resultados revolucionarios

En paralelo, hasta finales de 2012, los responsables del CERN abundarán también en otros de los misterios a los que se consagran los físicos que trabajan con el LHC, considerado una de las mayores proezas científicas de la historia de la ciencia, aunque se espera que "el primer gran descubrimiento llegue el año que viene".

Entre ellos, determinar si existen más de tres dimensiones, comprender las diferencias entre materia y antimateria, saber si existe la supersimetría o determinar si es posible hacer arqueología cósmica y explicar mejor qué pasó durante el Big Bang, hace 14.000 millones de años.

En el tiempo que lleva funcionando el LHC (desde el 20 de noviembre de 2009, tras una avería inicial en 2008) se han comprobado propiedades de partículas ya conocidas, lo que ha permitido avanzar "ahora hacia un territorio inexplorado".

Una vez empiecen a llegar los primeros resultados científicamente revolucionarios, se podrá plantear la construcción de un nuevo acelerador, tarea que requeriría muchos años y financiación, visto que el actual LHC ha necesitado 20 años de trabajo, 4.000 millones de euros de financiación y la contribución de miles de científicos.

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El Big Bang

Big Bang: pues empezamos bien, y eso que ya llevamos ~13.700 millones de años con esto

Me llamó poderosamente la atención descubrir la explicación del físico David Dilworth acerca de que la Unión Astronómica Internacional no tiene una definición para «Big Bang». Me pareció algo tan chocante como si la ONU no tuviera una definición de «país»… ¡Oh, wait! En fin; el hombre está tan afectado por el asunto hasta ha montado que .un concurso para definir científicamente el término «Big Bang» .

 Que haya cierto debate muy interesante sobre algunos aspectos de la cosmología actual como el de la inflación cósmica, pues hombre, se entiende, pero sobre la «definición» de Big Bang… no se yo. Aunque bueno, teniendo en cuenta que como dicen por ahí la UAI fue quien redefinió el término planeta y puso de patitas en el espacio a Plutón…

A todo esto, según la Wikipedia en español, «lugar de consensos»:

Big Bang: momento en el que se inició la expansión observable del Universo.

y en inglés

: Big Bang: teoría cosmológica predominante acerca del desarrollo temprano del universo.

que suenan razonables.

En Starts with a Bang el astrofísico teórico Ethan Siegel también habló del tema: Defining the Big Bang.

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