Teorías sobre el origen del Universo

• La teoría de la gran explosión (Big Bang)

Según esta teoría, el universo se originó a partir de una gran explosión que proyectó toda la energía y la materia existentes. La elaboración de esta teoría la inició Einstein en 1917. Se partió de la hipótesis de que en el universo la distribución de la materia era uniforme (universo homogéneo e isótropo) y que no cambiaba de forma con el tiempo (universo en equilibrio). Para compensar el efecto de la gravedad, Einstein introdujo en su modelo una fuerza igual, pero de sentido contrario, a la que denominó constante cosmológica. En 1924, el matemático A. Friedmann demostró que este modelo de universo no era posible, ya que con el paso del tiempo debía hacerse más grande o más pequeño, por lo que la constante cosmológica era innecesaria.

A. Einstein estuvo de acuerdo con esta corrección. En 1927, el astrónomo G. E. Lamaître expuso la teoría de que las galaxias provienen de la explosión de un núcleo inicial, llamado huevo cósmico o átomo primitivo. En 1929, el astrónomo E. Hubble, al analizar el espectro de la luz que nos llega de las galaxias, dedujo que todas ellas se alejan de nuestro planeta, es decir, que el universo está en expansión. Entre 1948 y 1952, el físico G. Gamow coincidió con la hipótesis de Lamaître sobre el origen de las galaxias (fue el que propuso el nombre de Big Bang), pero discrepaba en la idea de que los primeros átomos en formarse fueran los pesados.

Según Gamow, el huevo cósmico estaba constituido por neutrones, que al descomponerse generaron protones y electrones, los cuales se aglutinaron y formaron átomos de hidrógeno y de helio, a partir los cuales se crearon los demás elementos. A la teoría del Big Bang se le hizo la crítica de que, si a partir de las galaxias más alejadas se calculaba el tiempo transcurrido, el resultado era de 2 000 millones de años, lo cual era absurdo, ya que solamente la Tierra tiene más de 4 000 millones de años. Según los cálculos realizados posteriormente, la gran explosión se produjo hace unos 13 700 millones de años.

Figura 2. Formación del Universo según teoría del Big Bang 

El siguiente vídeo realiza una explicación muy visual de la teoría del Bin Bang:

• Teoría del estado estacionario o de la creación continúa

Esta teoría fue presentada entre 1948 y 1950 por los astrónomos H. Bondi, T. Gold y F. Hoyle.

Según esta hipótesis, el universo es uniforme en todo el espacio y no varía en el tiempo. Aunque el universo se expande, su densidad se mantiene constante gracias a que continuamente se está creando nueva materia. El debate entre los seguidores de la teoría del Big Bang y los seguidores de la teoría del estado estacionario se decantó hacia los primeros a partir de los siguientes descubrimientos: la distribución de las radiofuentes celestes, los cuásares, la radiación de fondo y la proporción de átomos de hidrógeno y helio.

1. Las radiofuentes celestes:

Son galaxias o nebulosas que emiten ondas de radio. Se descubrieron al estudiarse algunos problemas de radiocomunicación. Para detectarlas se utilizan radiotelescopios: antenas de radio, generalmente parabólicas, de decenas de metros de diámetro. En 1955, el astrónomo M. Ryle publicó el primer catálogo de radiofuentes. En él se observa que las galaxias más próximas, por lo tanto las más jóvenes, emiten más radiaciones y que a partir de los 3 000 millones de años luz de distancia se reduce mucho el número de radiofuentes. Lo anterior indica que al principio y durante un periodo de tiempo no había radiofuentes. Esto no contradice la teoría del Big Bang, pero sí la teoría del estado estacionario.


2. Los cuásares:

En 1960 se descubrieron radiofuentes que correspondían a puntos muy pequeños. Posteriormente, en 1963, el astrónomo M. Schmidt comprobó que eran galaxias que se encontraban a una distancia de entre 2 000 y 4 000 millones de años luz y que se alejaban a una velocidad enorme (casi un tercio de la velocidad de la luz).

Según la teoría del Big Bang, se trataría de galaxias muy pequeñas y muy brillantes que se formaron solo durante el período anteriormente indicado y que, por lo tanto, constituyen un fenómeno transitorio. Este hecho también contradice la idea de un universo que no varía con el tiempo.

3. La proporción de átomos de hidrógeno y helio:

La teoría del Big Bang afirma que, al producirse la gran explosión, la energía empezó a transformarse en materia. Al cabo de tres minutos aparecerían los átomos más sencillos (hidrógeno y helio). Según los cálculos realizados, a partir de ese momento, el universo debía de estar formado por un 75 % de hidrógeno y un 25 % de helio, aproximadamente. Estos resultados coinciden con las proporciones de hidrógeno y helio que hay en las galaxias, en las que los demás tipos átomos en conjunto no llegan al 1 %. La coincidencia de estas proporciones y su presencia en todas las galaxias indican un origen común y, por tanto, confirman la teoría del Big Bang.

4. La radiación de fondo:

Según la teoría del Big Bang, en el momento de la gran explosión la temperatura sería muy alta (unos 3 000 millones de grados); a continuación se produjo un enfriamiento que, en los límites del universo, debía de ser inferior a los seis grados Kelvin (6 ºK), es decir, a 267 grados Celsius bajo cero (-267 ºC). A esta temperatura, una radiación que emiten los cuerpos no luminosos es prácticamente indetectable.

En 1965, los radioastrónomos A. Penzias y R. Wilson captaron una radiación muy débil, de 7,35 cm longitud de onda, que era idéntica en cualquier dirección del universo y a la que se denominó radiación de fondo. Tal y como afirma la hipótesis del Big Bang, esta radiación sería el eco de la gran explosión. Sin embargo, la teoría del estado estacionario no explica esta radiación.

Teoría del universo pulsante

Teoría propuesta por Richard Chase, quien considera que las galaxias dejarán de alejarse cuando se termine el impulso inicial de la gran explosión, luego entonces, se producirá “el freno gravitacional” que hará que el universo se contraiga de nuevo. Esto es que las galaxias formaran una sola masa de altísima densidad, la que nuevamente explotará y se iniciará una nueva fase de explosión-expansión-concentración.

Según esta teoría, nos dice que el universo se expande y se contrae en ciclos de miles de millones de años. Richard Chase Tolman nos dice que: Un universo pulsante es cerrado, pero no desaparece después de colapsar, sino que inicia un nuevo ciclo expansivo; en este, el proceso de expansión y contracción se reitera y pasa por numerosos nuevos ciclos.

Figura 3. Teoría del Universo pulsante 

Así pues, la teoría del universo pulsante, Universo Oscilatorio o Big-Crush considera que las galaxias dejarán de alejarse cuando se termine el impulso inicial de la gran explosión se producirá un freno gravitacional lo que hará que el universo se contraiga de nuevo donde las galaxias formaran una sola masa de altísima densidad, la que nuevamente explotará y se iniciará una nueva fase de explosión-expansión-concentración.