Big Bang: Acercamiento al origen del Todo

Hace ya bastantes dias nuestro profesor de Física/Química decidió que era hora de que alguien nos inundase con su sabiduría en forma de charla. Nos anduvo hablando de cómo se dedujo la teoría del bigbang a partir de los conocimientos que nosotros ya tenemos. Yo, como buena alumna, tomé algún que otro apunte y, sinceramente, me pareció bastante interesante, curioso, cuanto menos. Así pues, he decidido hacer aquí una pequeña crónica con lo que este hombre nos explico. Es un poco largo, por lo que trataré hacerlo de forma amena y facilmente comprensible, aunque no se me da muy bien... Allá va:

Partimos de la unidad más pequeña conocida: el átomo.

El átomo podríamos decir que es la parte más pequeña 'indivisible' que forma la materia, las cosas. De hace años, desde que ya los antiguos griegos dedujesen esta idea de átomo, distintos científicos y cerebros en general han estudiado esta unidad, dando lugar a distintas teorías sobre su forma y comportamiento.

La teoría en que se trabaja actualmente es la conocida como 'Teoría cuántica'.

El átomo está formado por unas partículas subatómicas llamadas electrones, protones y neutrones. Los protones están cargados positivamente y, junto a los neutrones (de carga neutra, sin carga elécrtomagnética positiva o negativa) forman el núcleo del átomo. A su alrededor 'giran' los electrones, mucho más pequeños, cargados negativamente, en unas órbitas llamadas orbitales, de las que hay desde una hasta varias en torno al nucleo.

Según esta teoría, los electrones, convencionalmente tomados como partículas, son unas ondas que alrededor del núcleo se propagan por el orbital. Sin embargo estas ondas, curiosamente, pueden llegar a comportarse com partículas.

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La luz es una onda electromagnética, una radiación que no necesita materia para propagarse, puede viajar por el vacío. Sin embargo, en ciertas situaciones, adopta comportamiento de partícula. Estas partículas son conocidas como fotones, y carecen de masa.

Cuando la onda lumínica 'golpea' un electrón éste se excita (absorbe la energía y cambia de orbital). Cuando se desexcita (vuelve a su orbital correspondiente) emite nuevamente una onda, también lumínica. Esa onda es la que nosotros percibimos con los ojos, lo que en el colegio nos decían era 'la luz que no absorbe el objeto, que rebota a nuestros ojos'.

Dependiendo del elemento químico el átomo es distinto, y devuelve unas ondas electromagnéticas concretas. Las ondas que devuelve son totalmente características, por lo que cada elemento de la tabla periódica tiene su propia gama. A ello lo llamamos 'espectro de radiación'.

Espectro de radiación del Hidrógeno. Arriba, todo el espectro lumínico desde las ondas de infrarrojos hasta los ultravioletas (la zona de luz visible), abajo, las ondas 'devueltas' por el elemento hidrógeno.


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Despues de este laaargo preambulo podemos explicar el desarrollo de la teoría.

Separando el espectro de radiación que emite una estrella (que aunque se diga fácil es un proceso complejo) se deduce su composición, los elementos que la forman. Estos son principalmente Hidrógeno (la mayor parte), Helio, Litio, Sodio... y otros elementos.

En otra estrella se hace lo mismo, obteniendo el mismo espectro de radiación, pero desplazado hacia la izquierda. Esto supone, por un lado y como es lógico, que ambas estrellas tienen (con un escaso margen de diferencia) la misma composición. Por otro lado, el que esté 'desplazado' hacia la izquierda significa que las ondas obtenidas tienden más a los infrarojos (como se ve en la imagen anterior). Estas ondas tienen una longitud más amplia.

El que el espectro de radiación de los elementos de la estrella sea igual que las ondas normales pero 'deformadas' (con una longitud de onda anormal, más amplia) es debido al efecto Doppler.

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Abrimos nuevo inciso para explicar agrosso modo qué es el efecto Doppler.

Se conoce como efecto Doppler a la variación de la frecuencia de onda causada por el movimiento del foco emisor. Con unas sencillas imágenes se puede entender fácilmente

(Estos dibujos los obtuve del blog de Francisco Javier Moya Suarez, ...hmmm... , que contiene una artículo sobre este efecto muy interesante y altamente recomendable. Hace más de un año que abandonó el blog, pero si aún podeis entrar os resultará muy grato ¡Eh, publicidad gratuita!)

Foco estático. En esta imagen la fuente de emisión de la onda no se mueve. La ondulación se expande uniformemente en todas dimensiones a una velocidad regular. Como el foco está quieto las ondulaciones mantienen en cualquier dirección la misma amplitud, es decir, la misma frecuencia.



Ahora veamos una sgunda imagen, donde ya se aprecia el efecto Doppler.



Foco móvil. En esta imagen la fuente se está moviendo. Las ondulaciones siguen surgiendo y expandiendose de forma regular, pero el desplazamiento del móvil supone que en el sentido en que se mueve la frecuencia sea mayor, esto es, estén más juntas, mientras que por el lado del que se aleja la amplitud de onda es más grande, están más separadas.


Sencillo, ¿verdad? Con esto tenemos suficiente. Reenganchemos donde nos habíamos quedado.


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Se deduce, por el efecto Doppler, que como la amplitud de la onda es más grande de lo que debería la estrella se está alejando, y para ser concretos se está alejando a más velocidad que la primera.


Así, cuerpo celeste a cuerpo celeste se comienza a observar que todos los objetos celestes se alejan de la Tierra, sin excepción. La longitud de onda determina la velocidad a la que se alejan de nosotros.

Edwin Hubble (en principio no pensaba mencionar nombre, ya que me sería más fácil equivocarme, pero merece la pena mencionar a este hombre) fue quien interpretó el efecto Doppler en la deformación electromagnetica de los cuerpos celestes para idear una ecuación mediante la cual es posible determinar la distancia que nos separa del cuerpo, a partir del desplazamiento del espectro que emite con respecto al que debiera.

Gracias a ello también se puede deducir en cuánto distan de nosotros los cuerpos cuya velocidad conocemos. Uniendo ambos datos se llega a una conclusión: los cuerpos celeste mientras más alejados están de nosotros mayor es su velocidad. No sólo esto, sino que además la distancia y la velocidad guardan una relación constante. Gracias a esta constante se podría calcular la velocidad de cualquier objeto según la posición... cuya conclusión es que el punto en que la velocidad es 0 es en la distancia 0, esto es, la Tierra.

Es decir, el centro del universo, el punto desde el que todo se está alejando, expandiendo, somos nosotros. Obviamente, si todo se aleja y cada vez más rapido debió haber un momento en que esos cuerpos estuviesen en el punto del que se alejan. A partir de la constante se puede deducir la edad del universo, cuyo cálculo numérico (que evidentemente no citaré)dice que es de aproximadamente 13'7·10^9 millones de años.

El universo se tuvo que originar en un punto, ya que todos los cuerpos se alejan de un punto concreto y, retrocediendo en el tiempo, su velocidad es menor conforme se acercan a él, por lo que hubieron de estar todos detenidos allí, condensados en ese punto concreto, es la Tierra.

Esta es la conclusión a la que finalmente se llega.

Sin embargo las cosas no siempre son lo que parecen y es que e smuy simple (y antropocéntrico) pensar que la tierra está en el centro, pues, aunque los cuerpos se alejen de ella... ¿no puede estar la Tierra alejandose a su vez de otro punto concreto?

Esto es así: la Tierra se mueve alejandose de un punto, y los demás cuerpos celestes se alejan del mismo punto. Como los cuerpos cada vez están más lejos de ese nucleo existe más distancia entre ellos. Por lo tanto, también se alejan de los demás. Definitivamente, si te situas en cualquier cuerpo celeste notarás que los demás se alejan de ti, porque todos os estais alejando del lugar en que estais lo más cerca posible.

Así de simple.


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Para quien no haya entendido esto último (que es sencillo, pero soy consciente que tampoco me explico demasiado bien) propongo un muy sencillo 'experimento' que permite ver esto:

En un globo pintad puntos cualesquiera muy juntos pero un poquito distantes (para poder apreciarlo). Esto representaría el big bang: la materia condensada.
Al hinchar el globo vereis como los puntos se alejan del lugar en que estaban, ya que el universo (el globo) se expande y la materia (los puntitos) también.
Así mismo, si os fijais, poniendo el dedo en uno de los puntitos lo semás puntos se alejan de el, sin embargo sabeis que ninguno de ellos es necesariamente 'el punto' del que partieron todos.


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En fin, lo veo y me ha quedado muy largo, pero espero os haya parecido tan interesante como me lo pareció a mi (¡Eh! Para gustos los colores...) y que me hayais entendido.

P.S.: En caso de que hubiera algún error agradecería se me avisase para corregirlo, pero tampoco seais muy duros, que no soy Stephen Hawking xD).

Sed felices!