Evolución de la Teoría del Universo
Desarrollo Histórico
- Ley de Gravitación Universal: Propuesta por Newton, concebía un universo estático, donde el tiempo era una magnitud absoluta.
- Teoría de la Relatividad (Einstein): Introdujo la idea de un universo dinámico. Sin embargo, al no creer en la predicción de su propia teoría, Einstein incorporó la constante cosmológica en sus ecuaciones para mantener un universo estático.
- George Lemaître: Defendió la idea de un universo dinámico, que nació de la explosión de un átomo primordial.
- Fred Hoyle: Proponente de un universo estático. Calificó irónicamente la teoría de Lemaître como «Big Bang».
Efecto Doppler de la Luz
El efecto Doppler aplicado a la luz establece que la frecuencia se percibe por el color, desde el rojo (frecuencias bajas) hasta el azul y violeta (frecuencias altas). Si una fuente luminosa se aleja del observador, la frecuencia disminuye, desplazándose la luz hacia el color rojo. Este fenómeno es crucial porque el universo se expande, y la mayor parte de las estructuras cósmicas presentan un desplazamiento al rojo.
Ley de Hubble
L. Hubble estableció una relación proporcional entre la distancia de las galaxias respecto de la Tierra (d) y la velocidad de recesión con que se mueven (v). Demostró que el universo era dinámico y que se expandía.
Teoría del Big Bang
Según la teoría del Big Bang, el universo inicialmente se encontraba en una singularidad primordial, con volumen cero, temperatura y densidad infinitas. En esta singularidad estaba contenida toda la masa y energía actual del universo. La «gran explosión» ocurrió aquí, y producto de su expansión acelerada, comenzó a formarse el universo a partir de un tiempo de 10-43 segundos (Tiempo de Planck).
Evidencias que Respaldan la Teoría del Big Bang
- Expansión acelerada del universo: El universo se expande cada vez a una velocidad mayor. El efecto Doppler, con el corrimiento al rojo de la luz de galaxias lejanas, demuestra que estas se están alejando con una velocidad proporcional a la distancia que tienen con la Tierra.
- Radiación de fondo cósmico: Ondas electromagnéticas (microondas) originadas en los inicios del universo debido a la gran temperatura (3K), recorriéndolo en todas direcciones.
- Abundancia de elementos ligeros: La teoría predice la proporción de los elementos. Entre 100 y 300 segundos después de la explosión, se crearon los elementos ligeros o primordiales (hidrógeno, deuterio, isótopos de helio y litio), que están en mayor cantidad que el resto.
Problemas de la Teoría del Big Bang
- La forma del universo (según la densidad):
- El satélite WMAP indica que el universo es plano, con una densidad crítica que implica una cantidad adecuada de materia y energía.
- Según el Big Bang, el universo debería tener una forma curva, ya sea esférica (con mucha materia, energía y densidad alta) o hiperbólica (densidad baja).
- El problema del horizonte:
- No hay una explicación clara de por qué el universo tiene una distribución uniforme y homogénea, y es isotrópico.
- No hay una razón que explique una evolución sincrónica en las regiones distantes del universo.
Otras Teorías del Universo
Materia Oscura
La materia oscura es una forma de materia que no emite luz ni interactúa con la radiación electromagnética, lo que la hace invisible. Se infiere su existencia a partir de los efectos gravitacionales que ejerce sobre la materia visible. Un cuerpo puede tener una masa mayor a la observable porque posee materia oscura.
Energía Oscura
La energía oscura es una forma de energía que está presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la expansión del universo. En el vacío intergaláctico e interestelar hay una pequeña densidad de energía (energía invisible o energía oscura). Se estima que constituye aproximadamente el 75% de la energía total del universo. Es una posible responsable de la expansión acelerada del universo.
Teoría de la Inflación Cósmica
La teoría de la inflación cósmica propone que el universo sufrió una expansión acelerada durante el inicio de su evolución, debido a la gran cantidad de energía liberada después del tiempo de Planck.
- La energía produjo una sobrepresión que actuó sobre el espacio-tiempo, expandiéndolo exponencialmente.
- La inflación ocurrió a una velocidad mayor que la de la luz, expandiendo la geometría del universo y no la materia.
- Resuelve la forma actual del universo (plano). La expansión violenta impidió la formación de curvas.
- Resuelve el problema del horizonte, ya que antes de la era inflacionaria todo estaba en una relación causal.
Teoría de la Supergravedad
La teoría de la supergravedad es una teoría de campos que combina los principios de supersimetría y relatividad general. Se trabaja con más de cuatro dimensiones espaciales, en escalas subatómicas.
Teoría de Supercuerdas
La teoría de supercuerdas intenta explicar la naturaleza de la materia y sus interacciones. Todo está compuesto de pequeñas cuerdas vibrando sobre un número indeterminado de dimensiones.
Teorías de los Multiversos
Las teorías de los multiversos especulan sobre la coexistencia de una infinidad de universos y realidades alternas, como universos burbuja, paralelos e hijos.
Posibles Destinos del Universo
Big Crunch (Gran Implosión)
El Big Crunch propone que, si el universo es cerrado, a partir del Big Bang se expandiría hasta alcanzar un tamaño máximo. Entonces, la velocidad de expansión se detendría y el universo se contraería hasta que la materia y la energía colapsen.
Big Bounce (Gran Rebote)
El Big Bounce sugiere que después de la gran implosión podría originarse de nuevo un Big Bang, y así el universo nacería y colapsaría cíclicamente.
Big Chill (Gran Frío)
El Big Chill postula que, si la geometría del universo es abierta, este se expandirá por siempre. Las distancias entre galaxias serán cada vez mayores, con los años las estrellas se apagarán y el universo se volverá frío y oscuro.
Big Rip (Gran Desgarramiento)
El Big Rip plantea que, si el universo se expande violentamente, todas sus estructuras presentes, desde galaxias hasta átomos, se desintegrarán.