Grandes resultados de la Física: La teoría del Big Bang II

En el último post tratando este tema, concluimos que existe una especie de "ecuación de estado" que nos da la evolución del universo de forma similar a como pasa con los gases. Estudiando esta ecuación en el límite de tiempo cero, se encontró una temperatura de fondo del "gas universal", que resultó ser aproximadamente de 3 grados Kelvin.

Antes de continuar, recordemos que la temperatura no es más que la energía media que tienen las partículas en un recinto (si un conjunto de partículas en un volumen se mueven mucho y muy rápido, diremos que el conjunto está "caliente"). Pues bien, decíamos que esta temperatura de fondo debía ser necesariamente distinta de cero, pues debería de ser consistente con el principio de Heisemberg.

Si la temperatura del vacío fuera cero, las partículas estarían quietas. Sabríamos exactamente dónde están y qué velocidad llevan... ¡y esto es imposible!. Este punto acaba por relacionarnos la mecánica cuántica con la teoría del big bang (y ambas teorías son absolutamente ciertas). Más adelante veremos que existen inconsistencias entre ambas y que los físicos aún luchamos por una "teoría del todo".

En el post de hoy, a parte de resaltar la necesidad de esta temperatura de fondo distinta de cero, querría responder a la siguiente pregunta: ¿esta temperatura de fondo es la misma en todo el universo?, ¿por qué?.

Pues bien, esta temperatura de fondo debe ser necesariamente la misma en todo el universo (salvo fluctuaciones), de no ser así, existiría regiones privilegiadas en el universo (el universo no sería el mismo en todas direcciones). Pero sabemos que esto no pasa... ya que el esfuerzo cuando voy de Puerto Real a Sevilla es el mismo esfuerzo que cuando hago el camino inverso. Luego todas las direcciones son equivalentes. Si existiera una región más fría en el universo, nos sería más sencillo movernos hacia allí (iríamos a una zona menos energética).

Ahora empezamos con la parte dura del post: ¿por qué?. De acuerdo con las evidencias, nuestro modelo debe incluir un punto en el que el universo esté a la misma temperatura.

El principio, universo dominado por la radiación: Las altas temperaturas posteriores al big bang hacían imposible la presencia de materia, sólo podía existir radiación. Las fluctuaciones probabilísitcas podrían haber originado diferencias de temperatura en ese cocido de radiación...

Homogeneidad térmica: Para que se cumpla la condición de homogeneidad, el universo debió tener tiempo de homogeneizarse (es decir, de alguna forma los puntos más alejados del universo tenían que estar a la misma temperatura). La única forma de conseguir esto es que el universo fuera "tan pequeño" que a un rayo de luz le diera tiempo de viajar de un extremo al otro del universo. Así esos dos puntos podrían estar comunicados y, por lo tanto, a la misma temperatura. Pero si el universo era "tan pequeño", ¿cómo logró expandirse hasta la situación actual?

El modelo inflacionario: Una vez el universo es térmicamente homogéneo, ocurre un segundo big bang (este punto suele ser totalmente desconocido por la gente), que nos deja en la situación actual. Un universo homogéneo, isótropo y en expansión.

En la imagen que os dejo podéis ver un ejemplo gráfico de lo aquí expuesto. Aunque no cuento con ningún tipo de apoyo matemático, todas las conclusiones aquí mostradas son fruto del desarrollo matemático... salvo la hipótesis inflacionaria, que es una conclusión ad-hoc. Este punto es el que hace que la teoría se bifurque a las dos opciones que enumero:

- Universo sin fin y multiversos (teoría de cuerdas)

- Colapsos y expansiones sin fin

Estos puntos son absolutamente APASIONANTES, y los discutiré en posteriores entradas. A título personal, yo soy seguidor de la teoría de colapsos de Friedmann. Ya sé que os dejo con las ganas =P