{"id":1717,"date":"2009-03-02T13:11:24","date_gmt":"2009-03-02T12:11:24","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1717"},"modified":"2009-03-02T13:11:24","modified_gmt":"2009-03-02T12:11:24","slug":"los-comienzos","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2009\/03\/02\/los-comienzos\/","title":{"rendered":"Los comienzos"},"content":{"rendered":"

En medio de la \u00abnada\u00bb m\u00e1s absoluta apareci\u00f3 una mota de luz muy brillante y casi infinitamente caliente. En su interior naci\u00f3 el espacio y con \u00e9l empez\u00f3 a andar el gran reloj del tiempo, cuyo primer tic-tac son\u00f3 hace unos 15.000 millones de a\u00f1os. La energ\u00eda de esta \u00ednfima bola de fuego estaba tan concentrada que la materia empez\u00f3 a aparecer espont\u00e1neamente, aunque totalmente desconocida para el actual conocimiento de la humanidad. Nada m\u00e1s nacer; la bola de fuego empez\u00f3 a expandirse como un gas, pero no a partir de un espacio exterior sino dentro de s\u00ed misma, porque el universo contiene en su interior todas las cosas y el propio espacio. Cuando hubo pasado una 10-36<\/sup> de segundo del tiempo de su nacimiento, el universo hab\u00eda crecido hasta hacerse 100 millones de veces mayor, mientras su temperatura descend\u00eda desde casi el infinito hasta apenas 1028<\/sup> \u00b0K.<\/p>\n

\u00a1No! No hubo un \u00abantes\u00bb del Big Bang<\/a> porque el tiempo no exist\u00eda. La mayor\u00eda de los f\u00edsicos te\u00f3ricos creen que el espacio y el tiempo est\u00e1n \u00edntimamente ligados, de forma que no pueden existir el uno sin el otro. As\u00ed, s\u00f3lo cuando el tiempo empez\u00f3 a transcurrir, el espacio pudo iniciar su expansi\u00f3n, y viceversa.<\/p>\n

El Big Bang<\/a> no fue una explosi\u00f3n ocurrida dentro de algo, sino que sucedi\u00f3 a la vez en todo el espacio: no hab\u00eda un lugar vac\u00edo fuera de \u00e9l. El propio espacio fue creado con el Big Bang<\/a> y a\u00fan puede contemplarse las consecuencias de esta creaci\u00f3n en la constante expansi\u00f3n del universo actual. En cualquier parte del espacio se ve que cada galaxia parece alejarse de las dem\u00e1s a velocidades incre\u00edblemente elevadas. En realidad es el espacio intergal\u00e1ctico el que se estira, separ\u00e1ndolas.<\/p>\n

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Ahora, sent\u00e9monos de nuevo frente al monitor de nuestro computador. El universo en sus comienzos era abrasadoramente caliente, abarrotado por la energ\u00eda de la intensa radiaci\u00f3n. Examinando los resultados que arrojan los c\u00e1lculos computacionales, vemos que el par\u00e1metro b\u00e1sico que rige los procesos f\u00edsicos es la temperatura del gas de part\u00edculas cu\u00e1nticas interactuantes que ocupa todo el espacio del universo. La temperatura, debido a que es proporcional a la energ\u00eda media de las part\u00edculas en choque, determina qu\u00e9 nuevas part\u00edculas cu\u00e1nticas pueden crearse a partir de la energ\u00eda de los choques. Para crear part\u00edculas de una cierta masa a partir de energ\u00eda pura, es precisa un umbral m\u00ednimo de energ\u00eda. Esos umbrales energ\u00e9ticos se observan en experimentos con aceleradores de alta energ\u00eda, en los que se necesita una energ\u00eda m\u00ednima para producir nuevas part\u00edculas. Esos umbrales espec\u00edficos de temperatura o energ\u00eda pueden calcularse a partir de la masa-energ\u00eda conocida de las part\u00edculas cu\u00e1nticas observadas en el laboratorio. Como la temperatura del universo aumenta a medida que retrocedemos en el tiempo, la existencia de esos umbrales de temperatura para la creaci\u00f3n de part\u00edculas indica que podemos concebir el universo primitivo como una serie de etapas o eras, separada cada una de ellas de la anterior por un umbral de ese tipo.<\/p>\n

\"Eras<\/p>\n

Un diagrama que resumen la historia del universo, indicando las grandes eras de su evoluci\u00f3n seg\u00fan el modelo est\u00e1ndar o can\u00f3nico. La escala de tiempo es aproximadamente logar\u00edtmica, que permite representar la cantidad enorme del tiempo transcurrido (cada unidad representa un factor 10 de aumento).<\/p>\n

Consideremos, por ejemplo, el umbral que se produce al principio de la \u00abera cu\u00e1ntica\u00bb, cuando el universo tiene, aproximadamente algo menos que un segundo, y su temperatura es de unos aproximadamente 1010<\/sup> \u00b0 K. Por debajo de esa temperatura el universo consta principalmente de un gas radiante de fotones<\/a>, neutrinos<\/a> y antineutrinos, y de una peque\u00f1a fracci\u00f3n m\u00e1sica compuesta de electrones<\/a> y positrones, y una diminuta concentraci\u00f3n de protones<\/a> y neutrones<\/a> (denominados nucleones<\/a>) -en una cantidad aproximada de un nucle\u00f3n<\/a> por cada 1.000 millones de part\u00edculas- . Pero cuando el universo se calienta por encima de esa temperatura, sucede algo nuevo. Los fotones<\/a> se vuelven tan energ\u00e9ticos que pares de ellos colisionan y se convierten en parejas electr\u00f3n-positr\u00f3n (antielectr\u00f3n<\/a>), con masa apreciable. Conocemos exactamente a qu\u00e9 temperatura se inicia este proceso, porque sabemos que la energ\u00eda m\u00ednima de un fot\u00f3n<\/a> que logra esta transformaci\u00f3n (proporcional a la temperatura del fot\u00f3n<\/a>) es exactamente igual a la masa del electr\u00f3n<\/a>, una cantidad conocida, por el cuadrado de la velocidad de la luz. Para ello, utilizamos la ecuaci\u00f3n de Einstein<\/a> E = mc2<\/sup>. Ahora, a la temperatura de que estamos hablando, la densidad es tambi\u00e9n extrema (equivale a unos 3.800 millones de veces la densidad del agua), lo que implica que todo lo que compone el gas primigenio se comporta como part\u00edculas. Claro est\u00e1, que en el escenario descrito, por supuesto, electrones<\/a> y positrones se desintegrar\u00e1n, pr\u00e1cticamente, al instante de formarse, transform\u00e1ndose de nuevo en fotones<\/a>, pero pervivir\u00e1n el tiempo suficiente para influir en la din\u00e1mica del gas.<\/p>\n

Todos aquellos que tenemos la convicci\u00f3n de que el universo tuvo un comienzo, tenemos la m\u00e1s absoluta certeza que \u00e9ste, en su infancia, era abrasadoramente caliente, abarrotado por la intensa energ\u00eda que emanaba del gas radiante. Einstein<\/a> en su ecuaci\u00f3n E = mc2<\/sup>, nos indica que la masa y la energ\u00eda son intercambiables, una puede convertirse en la otra. En la \u00abera lept\u00f3nica\u00bb, la energ\u00eda que proven\u00eda de la radiaci\u00f3n del gas primigenio era tan intensa que se convert\u00eda espont\u00e1neamente en \u00abgrumos\u00bb de materia, en forma de part\u00edculas y sus parejas de antimateria, como electrones<\/a> y positrones.<\/p>\n

Recordemos que la antimateria<\/a> tiene propiedades contrarias a la materia y, cuando una part\u00edcula se encuentra con su antipart\u00edcula, se destruyen mutuamente convirti\u00e9ndose de nuevo en energ\u00eda. En un espacio c\u00f3smico reducido como el que ten\u00eda el universo todav\u00eda en esta \u00abera\u00bb, las part\u00edculas y las antipart\u00edculas duraban s\u00f3lo, como ya lo mencionamos en el p\u00e1rrafo preanterior, fracciones de segundo antes de chocar y convertirse en radiaci\u00f3n, a partir de la cual se creaban nuevos pares de part\u00edculas-antipart\u00edculas.<\/p>\n

Este cuadro de producci\u00f3n part\u00edcula-antipart\u00edcula ser\u00e1 elemento b\u00e1sico en la historia del Big Bang<\/a> cuando la temperatura supere el umbral de la era lept\u00f3nica de 1010<\/sup>\u00b0 K. A temperaturas a\u00fan mayores, se producen pares mu\u00f3n-antimu\u00f3n<\/a> a partir de los fotones<\/a>. Al calentarse, el universo se llena de todo tipo de part\u00edculas cu\u00e1nticas y de sus antipart\u00edculas: una grandiosa escena de destrucci\u00f3n y creaci\u00f3n. Este cuadro posee importantes caracter\u00edsticas que hemos de tener en cuenta.<\/p>\n

Primero, las part\u00edculas cu\u00e1nticas producidas, aunque cada una de ellas tenga una masa de reposo caracter\u00edstica, pueden considerarse carentes de masa (exactamente igual que los fotones<\/a>) una vez que la temperatura del universo sea significativamente mayor que la de energ\u00eda-masa en reposo. El motivo de que podamos efectuar este \u00fatil c\u00e1lculo aunque sea aproximado, es que, a elevada temperatura, las part\u00edculas se mueven tan r\u00e1pido que casi toda su energ\u00eda est\u00e1 en su energ\u00eda cin\u00e9tica de movimiento y no es su energ\u00eda-masa en reposo. De hecho, las part\u00edculas materiales pasan a ser algo as\u00ed como radiaci\u00f3n: sin masa y movi\u00e9ndose a la velocidad de la luz.<\/p>\n

Segundo, una vez creadas las part\u00edculas, comparten con los fotones<\/a> la energ\u00eda total disponible del B\u00edg Bang. Por ejemplo, una vez se cruza el umbral de temperatura preciso para la producci\u00f3n de electrones<\/a> y positrones, la cantidad de fotones<\/a> se equipara igual\u00e1ndose a la de los electrones<\/a> y positrones, con m\u00e1s o menos la misma energ\u00eda cada uno de ellos. Esta equiparaci\u00f3n del n\u00famero de part\u00edculas diferentes y de su energ\u00eda, se debe a que el universo est\u00e1 en equilibrio cuando se expande: el \u00edndice de colisiones de part\u00edculas es mayor que el de expansi\u00f3n del universo. As\u00ed pues, la energ\u00eda disponible puede distribuirse equitativamente entre los diversos tipos de part\u00edculas interactuantes. Esto es que, por ejemplo, si en una d\u00e9cima de segundo del inicio, los fotones<\/a> superaban a los electrones<\/a> y positrones, entonces, se creaban m\u00e1s cantidades de estos \u00faltimos hasta alcanzar el equilibrio.<\/p>\n

Recurriendo a las leyes de la mec\u00e1nica estad\u00edstica (con las respectivas modificaciones para tomar en cuenta las diferentes estad\u00edsticas cu\u00e1nticas de las part\u00edculas de spin uno y un medio) podemos determinar con exactitud el n\u00famero de part\u00edculas por volumen de unidad para cada una de las diversas part\u00edculas cu\u00e1nticas e equilibrio en cualquier momento dado del Big Bang<\/a>. La utilizaci\u00f3n de la mec\u00e1nica estad\u00edstica nos permite determinar tales cifras partiendo exclusivamente del hecho de que las part\u00edculas est\u00e1n en equilibrio, sin entrar en los detalles de las complejas interacciones.<\/p>\n

En este proceso de interacciones particuladas, resulta evidente la importancia de las leyes de conservaci\u00f3n exacta, como la conservaci\u00f3n de la carga, la del n\u00famero lept\u00f3nico y la conservaci\u00f3n del n\u00famero bari\u00f3nico, que ya hemos analizado. . Supongamos que todas las part\u00edculas cu\u00e1nticas interact\u00faan a cierta temperatura muy elevada, y que luego, al expandirse el universo, la temperatura baja. Al bajar la temperatura, cruzamos un umbral de producci\u00f3n de part\u00edculas, y entonces, esas part\u00edculas deben dejar de existir por completo. Los fotones<\/a> (g) se convierten en electrones<\/a> (e–<\/sup> ) y positrones (e+<\/sup>), lo que se conoce como el proceso de producci\u00f3n de pares. Por su parte, los fotones<\/a> no pueden producir part\u00edculas m\u00e1s pesadas (como nucleones<\/a>, por ejemplo), debido a que no poseen la suficiente energ\u00eda. Finalmente, electrones<\/a> y positrones colisionan con sus respectivas antipart\u00edculas y se convierten de nuevo en fotones<\/a> (aniquilaci\u00f3n). Claro est\u00e1, que en esta era de comienzos del universo no sucumbieron todos los electrones<\/a>. Hoy existe un exceso muy peque\u00f1o de electrones<\/a>, \u00e9stos tuvieron que haber sobrevivido a la matanza final positr\u00f3n-electr\u00f3n<\/a>, al bajar la temperatura por debajo del umbral electr\u00f3n<\/a> -positr\u00f3n. Teniendo en cuenta la rigurosa ley de conservaci\u00f3n de la carga, esto significa que este exceso ha debido existir de siempre. Los electrones<\/a> tienen carga el\u00e9ctrica -1, mientras que los positrones tienen carga + 1. S\u00f3lo puede haber exceso de carga negativa si desde el principio hay m\u00e1s electrones<\/a>. Luego, la conservaci\u00f3n de la carga el\u00e9ctrica garantiza que algunos electrones<\/a> puedan sobrevivir y sobrevivan. Son esos electrones<\/a> sobrantes que, desp\u00faes del Big Bang<\/a>, se combinar\u00e1n con n\u00facleos para formar los primeros \u00e1tomos.<\/p>\n

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Con lo que hemos visto hasta ahora, podemos concluir que, debido a la existencia de diferentes energ\u00edas de umbral, el Big Bang<\/a> se organiza limpiamente en una serie de eras, cada una de ellas separada de la anterior por un umbral de estas caracter\u00edsticas. Lo que sucede durante esas eras depende b\u00e1sicamente de la gama de temperatura y de las part\u00edculas cu\u00e1nticas que estemos estudiando en el correspondiente programa que tenemos cargado en nuestro computador. Para llegar a entender esto mejor, consideremos que la temperatura es una medida que corresponde a la media de energ\u00eda del movimiento (energ\u00eda cin\u00e9tica) de las part\u00edculas. Pero no todas las part\u00edculas tienen la misma energ\u00eda cin\u00e9tica en relaci\u00f3n a una gama de temperatura, sino que existen unas con m\u00e1s y otras con menos energ\u00eda. En el gr\u00e1fico posterior, podemos ver la representaci\u00f3n del n\u00famero de part\u00edculas por rango de energ\u00eda a una media de gama de temperatura.<\/p>\n

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En la siguiente secci\u00f3n, examinaremos primero el inicio del universo seg\u00fan el modelo est\u00e1ndar o can\u00f3nico. En consecuencia, pongamos en marcha de nuevo nuestro computador al principio del tiempo y empecemos.<\/p>\n

Texto extra\u00eddo de Astrored<\/em><\/a><\/p>\n

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