El modelo del Big Bang es sin duda el modelo cosmológico más popular y también el que está más fuertemente respaldado por observaciones astronómicas.
HISTORIA DEL BIG BANG
El término Big Bang proviene del cosmólogo Sir Fred Hoyle (1915-2001), quien de hecho lo introdujo en 1949 como una peyoración para el modelo, porque Hoyle era un oponente del modelo Big Bang.
Desde la perspectiva actual, el pionero del modelo del Big Bang es el astrónomo belga Abbé Georges Lemaître (1894 – 1966). Casi al mismo tiempo, pero independientemente unos de otros, encontró modelos dinámicos para el universo con el matemático ruso Alexandr A. Friedmann: los modelos mundiales de Friedmann.
Tales universos modelo pueden expandirse o colapsar, incluso alternativamente (oscilar). Lemaître realizó una extrapolación de un universo en expansión hacia el pasado a pequeños radios cósmicos.
Al hacerlo, descubrió un universo arbitrariamente pequeño, al que llamó el «nacimiento del espacio» (artículo en la revista Nature, 1931).
¿QUÉ ES EL BIG BANG AHORA?
Hoy en día se habla menos de un «nacimiento del espacio», sino que se utiliza la pegadiza palabra Big Bang de Hoyle. Desde un punto de vista físico, el Big Bang es el comienzo del universo desde un estado infinitamente caliente, infinitamente denso e infinitamente pequeño, la llamada singularidad del Big Bang.
La singularidad es una consecuencia ineludible de los cálculos de Friedmann y Lemaître. Desde una perspectiva epistemológica y filosófica, esta es una declaración fascinante y explosiva:
¡EL COSMOS TUVO UN COMIENZO!
Que esto no sea de ninguna manera evidente por sí mismo, puede verse, por ejemplo, por el hecho de que en los primeros días de la cosmología relativista, un universo estático (establecido por Einstein) estaba claramente favorecido. Era simplemente inconcebible que el universo pudiera tener una dinámica, ¡y mucho menos un comienzo!
BIG BANG: ¿ARTIFICIO O ERROR LINGÜÍSTICO?
Si se analiza la palabra big bang para ver si es un término bien elegido para el modelo desde un punto de vista físico, se llega a la conclusión de que la palabra componente: Big, encaja bien: el big bang en realidad ocurrió antes de primitivo veces.
El segundo componente de la palabra: Bang, debe verse de manera más crítica: bang es un fenómeno acústico, la propagación extremadamente rápida de una onda de sonido. El Big Bang en realidad no golpeó en absoluto, y especialmente después de todo lo que creemos saber hoy, no hubo audiencia.
Debido a que el espacio nació en el Big Bang, y como debería ser para un recién nacido, inmediatamente comenzó a crecer. El término «expansión primordial», que quizás sea más apropiado desde un punto de vista físico, no tiene tanto éxito en términos de lenguaje. A veces, las personas que quieren el mal hacen el bien.
MOVIMIENTO DE GALAXIAS
Expansión y enfriamiento del universo
Los astrónomos generalmente diferencian entre dos tipos de movimientos de galaxias: por un lado hay un efecto puramente cinemático: todas las galaxias tienen su propio movimiento (movimiento peculiar), que, como en el caso de la galaxia de Andrómeda, puede incluso se dirija hacia nosotros (y en un cambio azul de la radiación de la Galaxia de Andrómeda resulta).
Sin embargo, esto es solo un efecto local, es decir, tales movimientos adecuados solo son importantes si la galaxia en cuestión está relativamente cerca de la Vía Láctea.
La causa física del movimiento adecuado es la atracción gravitacional mutua de las galaxias y los cúmulos de galaxias entre sí (ver también fuerzas de marea).
Por otro lado, hay un movimiento de galaxias que, desde un punto de vista cosmológico, es decir, a grandes distancias, domina claramente. Este movimiento está dictado por el espacio-tiempo global, que describe el universo como un todo.
Tal descripción es posible con la teoría de la relatividad general de Einstein y conduce a los modelos del mundo de Friedmann. Estos modelos afirman que el universo está formado y controlado dinámicamente por todo lo que hay en él.
Los ingredientes cósmicos son materia bariónica, materia oscura y energía oscura:
La energía oscura se vuelve importante en las últimas fases de desarrollo del universo y especialmente entonces determina su dinámica: la energía oscura en la forma de una constante cosmológica separa el cosmos e impulsa una expansión (¡incluso acelerada!).
Las galaxias y los cúmulos de galaxias como parte del cosmos tienen que acompañar este movimiento porque están incrustados en el espacio en expansión. Este movimiento global de todas las galaxias es un movimiento de escape porque la expansión tiene lugar por igual en todas las direcciones.
Los astrónomos se refieren a este fenómeno como el efecto Hubble, que fue descubierto astronómicamente en 1929. Con este espacio-tiempo en expansión, la ‘Corriente de Hubble’, todas las galaxias y cuerpos del universo se mueven con ella.
RADIACIÓN DE FONDO CÓSMICO
¡La radiación cósmica de fondo es la señal más antigua que los humanos hayan medido en la naturaleza! Se trata de una radiación térmica que nos llega uniformemente por todos lados desde las profundidades del espacio.
Se puede asignar una temperatura de sólo unos tres Kelvin al espectro del cuerpo negro casi perfecto. La radiación se interpreta en cosmología como la reliquia de la bola de fuego en expansión que fue destruida por el Big Bang.
Hubo un comienzo caliente
Con el tiempo, la bola de fuego se expandió y enfrió a la baja temperatura observada. Esta interpretación está respaldada por la isotropía observada de la radiación cósmica de fondo: proviene igualmente de todas las direcciones.
La distribución completa de la radiación de fondo (Radiación de fondo cósmico, CBR o Fondo de microondas cósmico, CMB) en el cielo atestigua el estado caliente del universo temprano hace más de 13 mil millones de años.
Con un corrimiento al rojo cosmológico de z ~ 1100, el universo se encontraba en la era de la recombinación.
En esta fase de desarrollo, se formaron los átomos y la radiación se estaba separando de la materia porque la sección transversal de dispersión de los fotones disminuyó drásticamente.
En otras palabras: ¡el universo se volvió transparente! En el universo local (z = 0) hay 412 fotones de la radiación de fondo en cada centímetro cúbico. La radiación de 3K es la evidencia más importante de un Big Bang, que los oponentes de este modelo tendrían que explicar primero.
