Hemos estado mirando por ahí y una y otra vez se habla de un tema:
El big bang como un punto que lo contenía «todo» y «explotó».
La cosa es que esta es una malinterpretación debida a ciertas ideas históricas que circularon tiempo ha y de ciertas licencias que se toman en divulgación en aras de la simplicidad y del tan temido marketing.
Intentemos aclarar esto un poquito.
Ylem, Huevos cósmicos y todo en un punto…
Hagamos una breve línea de tiempo de esta idea:
- 1929 Hubble y Humason descubren que el universo está en expansión.
- 1931 Lemaître propone que en el inicio del universo todo estaba contenido en un «huevo cósmico» cuya explosión dio lugar al origen del universo. Gamow llamó a la materia en este «huevo» Ylem (que procede de la tradición Aristotélica)
- 1948 Alpher, Bethe, Gamow publican un artículo donde muestran como la teoría del big bang puede explicar la presencia y proporción de hidrógeno (y helio) en nuestro universo. A partir de este momento el big bang pasa a ser una teoría física.
Una anécdota sobre nombres:
El artículo de Alpher, Bethe y Gamow se titulaba: The Origin of Chemical Elements (El origen de los elementos químicos). Inicialmente esto era parte del trabajo de Alpher para su tesis doctoral, que estaba dirigida por Gamow. Gamow, con muy buen humor, invitó a Hans Bethe (especialista en reacciones nucleares en estrellas y premio nobel a la sazón) para firmar el artículo de marras. El artículo se conoce como artículo αβγ (Alfa, Beta, Gamma), las tres primeras letras del alfabeto griego, el origen del mismo. Unos autores muy apropiados para un artículo sobre el origen del universo.
Repasemos el tema:
- Si todo se expande es lógico pensar que si tiramos la «película» hacia atrás todo estaría más compactado.
- Si extrapolamos esto, en el origen todo estaría contenido en un volumen muy muy pequeño. Idealmente en un punto. Y tanto las temperaturas como las densidades irían aumentando conforme fuéramos hacia atrás en el tiempo.
- Entonces es lógico pensar que todo estaba contenido en un punto que explotó y dio lugar al universo.
1.- En la época de Lemaître no se conocía aún el comportamiento de la materia a altas energías. El modelo estándar de las partículas elementales no se tuvo listo hasta 1967 (fecha en la cual se formuló la unificación electrodébil, podemos ir hasta el 1973 si queremos también considerar la formulación de la interacción fuerte dada por la cromodinámica cuántica).
2.- Lo que está claro es que cuando nos vamos más y más hacia atrás en el tiempo la temperatura aumenta pero también cambian las posibles interacciones entre las partículas y aún más, cambian las posibles partículas existentes. Ahora mismo todo son fotones, electrones, protones y neutrones. Sin embargo, sabemos que a mayor energías podemos formar otro tipos de partículas, que es lo que se hace en los aceleradores. Por tanto, en los primeros instantes del universo había muchas cosas que no se parecen ni por asomo a las partículas ligeras que nos rodean, y de las que estamos formados.
3.- Pero es que según vamos más y más atrás en el tiempo llega un momento en que la teoría que predice el comportamiento del universo como un todo, que viene siendo la relatividad general, llega un momento en el que nos dice:
Señores a partir de aquí ya no soy útil. No tengo ni idea de lo que está pasando ahí.
Es decir, la propia teoría te dice que no sabe lo que está pasando. Eso es lo que pasa al llegar a la famosa singularidad del big bang.
Un singularidad es un artefacto de una ecuación matemática donde a) la ecuación deja de tener sentido. b) Si nos empeñamos en resolver o extrapolar soluciones donde sí tiene sentido, las conclusiones que obtenemos no tienen ningún fundamento ni sentido.
Por lo tanto, decir que todo lo que nos rodea estaba «contenido» en un huevo cósmico es muy arriesgado y ciertamente ningún físico piensa eso actualmente (ni prácticamente desde la década de los 50 del pasado siglo).
Visión actual
En la actualidad el origen del universo no tiene ni huevos, ni todo contenido en un punto, ni nada por el estilo.
El big bang hace referencia simplemente al origen del universo, no a un fenómeno de «explosión» de un «huevo».
Primero porque nosotros tendemos a imaginar una explosión como un globo explotando o una granada o una sandía como algo situado en un espaciotiempo que explota en dicho espacio:
Pero es que en el universo, como veremos a su debido tiempo, nada explotó en el espaciotiempo porque el propio espaciotiempo se creó en el proceso.
Segundo, no tenemos muy claro qué tipo de materia o interacciones existían en las condiciones del origen. Cada vez sabemos más, porque los aceleradores van recreando situaciones más y más energéticas lo que nos acerca a las condiciones del origen del universo primigenio. Pero aún no sabemos si hay dimensiones extra, supersimetrías, otras interacciones además de las cuatro que tenemos controladas hoy día, etc.
Pero lo que si sabemos es algo muy claro, al «principio» en el «principio de los principios», estaba el vacío. Y el juego entre los dos tipos de vacíos (virtual y real) provocó que todo empezara.
Para entender esto de los vacíos visitad esta entrada:
Multiverso… ¿multi qué…? en la sección de teoría Inflacionaria.
Y
Del concepto de línea recta al mecanismo de Higgs ¿te lo crees? donde también se habla de la diferencia de distintos vacíos y su influencia en la física actual.
Así que como conclusión, nada de huevos cósmicos, ni nada de que todo estaba contenido en un punto. Más bien que todo salió del vacío… que, si cabe, es mucho más interesante 😉
Esperamos que os haya gustado y haya aclarado el tema…
Cuentos Cuánticos 
¡ESTUPENDO BLOG!
Rinde un gran servicio a la humanidad con este estilo de divulgación.
Gracias
Un par de preguntas:
¿porqué desecharon el concepto de singularidad inicial?
¿por qué están seguros de que existía el vacío antes del fenómeno que originó el Universo, si el espacio estaba curvado sobre sí mismo?
Estamos discutiendo cosas irresolubles por su irracionalidad, el infinito y la nada, están fuera de nuestra comprensión… Pero… Como nosotros estamos y nuestro universo también ¿quiere decir que la nada no Existe? así por las buenas deshacemos una irracionalidad… pero ahí sigue insistentemente.
Conocemos el límite del universo. ¡ Somos nosotros !,.. Es cada partícula del universo. Todo está por detrás de nosotros, en el espacio tiempo, miremos para cualquier lado que miremos, el futuro no existe se está creando a la velocidad de la luz… Asistimos a la creación del espacio y el tiempo. ¿como podemos aguantar la presion que supondría la nada si somos el ariete que la rompe? ¿estamos dentro de otro universo?
Que vacío ni vacío, el vacío es una manifestación del espacio, y si no había espacio, tampoco había vacío…
¿A partir de dónde se empieza a expandir la materia del universo? ¿Entro yo en la jugada?, de ser así, ¿quiere decir que antes era enanito y ahora soy gigante?
Pingback: No todo estaba contenido en un punto… VA...
No entiendo muy bien «al principio estaba el vacío» ¿Esto es una afirmación? ¿Quien sabe lo que había? por otro lado, me parece que debemos distinguir entre vació y la nada. Creo que puede haber vacíos completos a nivel cuántico y puede que también galáctico, pero siempre estarán dispuestos a admitir partículas y puesto que estos vacíos están en nuestro universo y de que en ellos actúe la indeterminación, por lo menos tienen dos dimensiones de espacio y tiempo, por lo tanto tienen algo muy importante. Creo que un momento antes del origen no existía ni espacio ni tiempo, eso es la nada muy distinto del vacío. Si las explicaciones del origen partiesen del vacío, la cosa estaría un poco más fácil, el espacio por fuerza ha de tener un tiempo y una dimensión, que según este planteamiento, del vacío, esa dimensión es el infinito, ya que si no admitimos la nada, el espacio ha de ser infinito. Aquí esta el más grande e irresoluble problema, el «admitir la nada o el Infinito» cosas las dos virtual y físicamente irrazonables. Si pudiéramos llegar al límite del Universo podríamos saber lo que hay más allá, pero eso no se ha producido, ya que sería lo mismo que llegar a antes del principio. Stephen Hawking y Jim Hartle proponen que el universo no tiene límites el espacio y el tiempo imaginario unidos, se curvan hacia atrás sobre si mismos y forman una superficie cerrada.
Creo que algo podemos deducir del principio fuese un huevo o un punto: La creación (si hubo creación), tuvo que ser instantánea, en un tiempo mínimo, tiempo de Planck. Ya que ahí se origino el tiempo y, si hubiesen seguido creaciones siguientes, en siguientes secuencias, por muy pequeñas fracciones de tiempo que las separase, se estarían creando dentro del nuestro tiempo, o sea, el tiempo de nuestro universo y podríamos llegar y observar los momentos antes de estas sucesivas creaciones y solucionar el misterio de lo que había antes del principio. Pero… ¿Como podemos saber si nuestro tiempo es el bueno o es dependiente del tiempo de creaciones anteriores?
Pero yendo al meollo de la entrada: ¿qué ha fuente de energía alimentaba semejante proceso expansivo capaz de vencer la presión gravitatoria gigantesca de toda la masa del universo concentrada en unos pocos fentómetros?
Nadie me logrado dar una explicación satisfactoria.
Si pensamos en algo conteniendo al universo (que es lo que hacemos inevitablemente por intuición debido a nuestra tozuda experiencia diaria) estamos cometiendo un error. El universo es y era todo. Cualquier intento de ver el proceso desde fuera viola la propia definición de Universo, y sólo es admisible en aras de una abstracción analítica, que habrá que manejar como eso, una abstracción, una herramienta.
Pensemos que todo el espacio, incluido el que hay entre vuestra casa y vuestro trabajo, estaba comprimido a niveles inaprehensibles. Por eso los estados de la materia en esas condiciones están tan alejados de lo que estamos acostumbrados.
El espacio no se creó (permíteme esa «puntualización», Cuentos Cuánticos) sino que se «desplegó», por eso no fue una «explosión» (término origen de toda la confusión al respecto).
Cuando estiramos una goma (cualquier analogía se queda en eso) hacemos que ocupe más longitud a base de disminuir su densidad. El espacio estaba comprimido y ha ido expándiéndose a base de ser cada vez menos denso.
La densidad de espacio no es un concepto definido. Así que la afirmación «el espacio estaba comprimido y hay ido expandiéndose a base de ser cada vez menos denso» no tiene sentido.
Aparte, CC, de que con la analogía de la goma es eso, una analogía.
No sé si he mandado el comentario bien, pero si «espacio comprimido» no tiene sentido, «espacio en expansión» tampoco habría de tenerlo, y sin embargo es una expresión omnipresente en la física actual y en tu propio blog (magnífico blog, me encanta).
El espaciotiempo es algo muy, muy real y material. Si no lo fuera, no podría interactuar con la masa-energía como describe la Rel. General. Puede curvarse, oscilar, expandirse y, por supuesto, comprimirse.
No será el éter lumínico que había antaño planteado, pero un sustrato omnipresente sin duda es. Einstein borró de un plumazo el éter pero lo sustituyó por el espaciotiempo.
Un saludo.
Puede curvarse, oscilar, expandirse y por supuesto comprimirse. Pero no tiene densidad definida.
Expansión del espacio tiene sentido porque es literalmente lo que dicen las ecuaciones al respecto. No es una analogía, es lo que es.
Pero la densidad del espacio no está definida ya que la densidad es cantidad de algo/volumen. Pero claro, en el espaciotiempo siempre sería cantidad de espacio/volumen y eso no tiene sentido. En relatividad general el espaciotiempo se modela como un continuo, una variedad diferencial, por lo tanto en cualquier volumen hay infinitos puntos.
odemos tirarnos con esta absurda discusión 700 años, pero no tiene demasiado sentido. Cuando digo que el espacio se ha ido haciendo menos denso, tal vez debería haberlo puesto entre comillas para que tu escrupulosidad sobrevenida no se soliviante, pero tú mismo, CC, te permites muchas licencias literarias en pos de la didáctica y deberías haber entendido esta como otra más.
Además, CC, la «densidad» espacial hay que entenderla como una variación en tanto por uno respecto a un momento de referencia (sería la r de t entre la r de un to de referencia) y por tanto adimensional. No creo que sea ni siquiera incorrecto el término.
Un saludo.
No es escrupulosidad es que es incorrecto me ha pillado mirando cosas del blog y lo he respondido. Ahora bien, si quieres usar el término por mí no hay ningún problema.
Cuando se habla de que el tiempo de un sistema pasa «más rápido» que otro, también deberías apuntar que la «velocidad» del tiempo no tiene sentido (como la «densidad» del espacio).
Claro que tiene sentido. Sentido relativo. El tiempo de un sistema respecto al de otro, como la extensión de un espacio deformado respecto al estado anterior o posterior (tomado como referencia).
El espaciotiempo se comprime en un agujero negro EN RELACIÓN al espacio lejos de él.
Quieres decir que el universo se expande venciendo una fuerza externa que produce una presión o dificultad a la expansión. Nunca oí eso ¿que es lo que rodea al universo y lo comprime?
Según todo lo que se deduce, tenemos un movimiento inercial que es lo que produce la expansión y la gravedad que tiende a llevarnos al lugar de origen, el que venza la expansión, o el colapso, tendiendo a comprimirnos o bien lleguemos a un estado estable depende de la masa del universo, la cual condiciona la fuerza de atracción del universo, el problema no esta resuelto y en estos momentos nos expandimos.
La compresión de los cuerpos dentro del universo depende de la gravedad, que es diferente en cada lugar de nuestro dicho universo, y mas conocidamente en la Tierra, lo demostró Pascal y su cuñado comprobando que la fuerza de la gravedad esta condicionada por la distancia de los objetos al centro de la tierra.
No me debo haber explicado bien porque no quería decir nada de lo que has entendido.
No hay nada fuera. Nada.
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Me ha parecido muy interesante el artículo, y pienso que debería darse a conocer más porque la teoría del «huevo» está muy extendida y la explicación del vacío puede ser mucho mas entretenida y anima a investigar. Muchas gracias.
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Bueno, esto me hace poner los pies sobre la tierra, porque en verdad que no se sabe lo que inicialmente habìa (eso es lo que se està buscando en la actualidad).
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