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MODELO DE LOS PRIMEROS INSTANTES DEL BIG-BANG
Hace unos 12-18 mil m.a. toda la materia-energía del universo debía estar concentrada en un espacio infinitamente pequeño, de densidad y temperatura infinitas (huevo cósmico), inestable por las grandes P y T, que estalló y se expandió. A consecuencia de la explosión, se originaron el espacio-tiempo y la materia. Es el propio espacio el que se dilata, creando un universo en expansión. Se ignora totalmente lo que había antes del Big-Bang; si había algo, no ha quedado ni rastro. Según vamos retrocediendo hacia el momento de la creación, el ritmo de los acontecimientos se van incrementando. Cerca del instante inicial, los cambios se sucedieron con una rapidez ilimitada. Por ej., cada vez que reducimos a la mitad el intervalo de tiempo que nos separa del momento inicial, la densidad de materia se cuadruplica. Como no hay límite para las subdivisiones del tiemo, algunas magnitudes pueden crecer ilimitadamente. Por ello, las distintas eras abarcan intervalos de tiempo cada vez más pequeños. La era del plasma es inmensamente más larga que la era leptónica, pero son comparables en términos de actividad, ya que todo sucedía más deprisa en la era leptónica. Cuanto más temprano, más energéticos son los procesos y más dudoso es nuestro conocimiento. ANEXO preliminar: Las partículas elementales. Teoría de la Gran Unificación. (i) Era cuántica (antes de 10-43 s) El tiempo y el espacio dejan de tener el significado asociado normalmente a ellos. Cada cm3 de espacio contenía una masa de 1090 kg. Al final de la era, todo el universo observable estaba comprimido en un volumen menor que un núcleo atómico. Uno de los efectos cuánticos es que la energía puede aparecer y desaparecer durante momentos infinitesimales de tiempo, debido al principio de incertidumbre de Heisenberg (sea cual sea la cantidad de información disponible sobre un sistema, sólo puede deducirse su comportamiento futuro como una probabilidad). El mundo está sujeto a fluctuaciones estadísticas. Estas fluctuaciones cuánticas no se notan general en el mundo ordinario, por que operan a escala microscópica; pero sí hay que tenerlas en cuenta al estudiar los átomos. Este principio afirma que, para un tiempo suficientemente corto, la energía de un sistema es impredecible. Una consecuencia es que, para intervalos de energía muy cortos, una partícula subatómica puede literalmente desaparecer del universo, para reaparecer un momento después. E inversamente, partículas de cualquier tipo pueden aparecer brevemente y volver a desaparecer de nuevo. Estas partículas fantasma pueden convertirse en partículas reales si se les da energía suficiente. De hecho esto es lo que sucede: los efectos de marea de las ondas del espacio suministran la energía para crear materia a partir del espacio vacío. La energía cuántica aparecía y desaparecía en un intervalo de tiempo tan pequeño, que era comparable en intensidad a la energía de la materia aplastada. Cuando sucedió esto, el espacio y el tiempo debieron estar separados. Antes de este momento, " espacio" y "tiempo" no tienen significado concreto. Se ignora lo que pudo pasar más allá de la era cuántica, pero probablemente no podrá ser definido con los conceptos de espacio y tiempo, sino con los de alguna estructura más elemental a partir de la cual se construyó el espacio y el tiempo. (ii) Era de la tormenta del espacio o del caos (antes de la 1ª cuatrillonésima de sg = 10-24 s) La masa de todo el contenido del universo observable en la actualidad ocupaba el volumen de un cubo. Toda la materia de nuestra galaxia estaba comprimida en poco más de 0,1 mm. El espacio tenía movimientos turbulentos que producían grandes distorsiones geométricas (caos primordial). Los movimientos del espacio habrían creado maeria directamente del espacio "vacío". El efecto de esta génesis fue el de suavizar el movimiento caótico, dejando sólo el movimiento regular y uniforme de expansión que se observa hoy en día (si no hubo tal "caos", la expansión pudo ser uniforme desde el principio). En la era del caos, el "horizonte observable" del universo era del tamaño de un núcleo atómico. (iii) Era de los quarks Los quarks deben haber llenado todo el espacio unos instantes antes de 10-9 s después del principio. La luz sólo pudo haber viajado 30 cm. La densidad era tan grande, que una masa del tamaño de la Tierra ocuparía el voliumen de un cubo. Como el espacio es "elástico", puede vibrar si se le agita violentamente. Los quarks, moviéndose caóticamente a una velocidad cercana a c, y chocando entre ellos, se transmitían tan enorme cantidad de energía, que provocaron "arrugas" en el espacio, asociadas a gravitones. Éstos son (si existen) los análogos gravitatorios de los fotones: pulsos de energía gravitatoria. Estas vibraciones del espacio aún no se han detectado, pero la energía que transportan podría ser tan grande como la radiación de fondo. (iV) Era hadrónica (V) Era leptónica Antes de 0,0001 s, la T≈1 billón de ºK. En estas condiciones, el calor, una forma de energía, se puede transformar en materia (con la consiguiente creación igual de antimateria). La energía era suficiente para crear e-, e+ (positrones) y muones, que junto con los p (protones) y n (neutrones), se mantenían en equilibrio a través de una compleja red de interacciones en las que intervenían principalmente las emisiones y absorciones continuas de neutrinos. Cuando la T bajó a unos 10.000 millones de ºK, toda la antimateria se aniquiló con la mayor parte de la materia, dejando sólo una pequeña cantidad residual de materia que vemos hoy en día. Esta aniquilación produjo una cantidad muy grande de fotones, de forma que hoy día el universo contiene mil millones de veces más de fotones que todas las partículas de materia juntas; esos fotones son los restos de toda la antimateria primordial. Al bajar la T, los muones, y más tarde, los positrones, desaparecieron, dejando a los neutrinos "sin nigún sitio a donde ir". La mayoría de los neutrinos se quedó entonces viajando en línea recta, atravesando la materia, convertida en transparente, y llegándonos ahora a nosotros directamente de la 1ª diezmilésima de segundo después de la creación. Al principio de la era leptónica, el "horizonte observable" de l universo era del orden de 1 km. (Vi) Era del plasma A los 5 minutos, la energía se habría fragmentado espontáneam. en partículas elementales (n, p, e-,...) y combinaciones p-n, originándose un gas nuclear muy caliente (1000 millones de ºK). Este gas caliente se expande rápidamente ("big bang"). Al expandirse, las partículas elementales se fueron enfriando por debajo de los 1000 millones de ºK (T a los 15 mi = 500 millones de ºK; T a los 500.000 años = 5000 ºK), por lo que se pudieron agregar para formar los núcleos de los átomos de los elementos ligeros (n+p -> He, y los restantes p -> H). La T y la densidad disminuyeron tan rápidamente, que no hubo tiempo apenas para la formación de algunos núcleos más pesados; la nucleosíntesis de elemementos pesados siguió otros procesos. El He primordial es un vestigio fósil del horno nuclear primordial. (Vii) Era actual - Después de formarse los átomos de diversos elementos químicos ligeros, el universo sigue su expansión, continuando la transformación de materia en energía. La T disminuye progresivamente: a los 10 m.a., la T=300 ºK, y los vapores de los elementos de punto de fusión elevado (Fe, Si) se condensan y cristalizan, dando polvo cósmico, que se mezcla con la nube gaseosa en expansión de H y He. - A medida que la masa homogénea de gas y polvo cósmico se expande y se enfría. A los 250 m.a. (T=170 ºK , la temperatura actual) aparecen en su interior fuerzas de atracción que "rompen" dicha masa homogénea en un gran nº de fragmentos gigantes: son las protogalaxias. Ahora hay más materia que energía. - Las masas de gas y polvo cósmico de las protogalaxias giran sobre sí mismas y, debido a las turbulencias internas, se fragmentan en miles de millones de protoestrellas. Éstas se contraen y engendran reacciones termonucleares internas que dan radiaciones de luz, calor,...). Se forman así, después de más de 7000 m.a., las galaxias, con sus sistemas estelares. |
