Evidencia de la teoría del Big Bang: radiación de fondo, desplazamiento al rojo y expansión

La teoría del Big Bang

Hace miles de millones de años, más de 14 mil millones de años, no había nada: no importa, no hay energía, no hay espacio. Los científicos necesitaban una forma de explicar cómo empezó todo, de dónde vino, qué pasó. Aunque existen varias teorías diferentes sobre los orígenes del universo, la teoría del Big Bang es la predominante porque ningún otro modelo es tan bueno para explicar todo en el universo. La teoría del Big Bang no es perfecta, pero es lo mejor que tenemos.

Contrariamente a la creencia popular, el Big Bang no fue una explosión.

Los científicos creen que nuestro universo proviene de una singularidad. Los científicos no saben realmente de dónde vino esta singularidad o exactamente qué es, pero sí saben que una singularidad es un área caliente e infinitamente pequeña de presión y densidad infinitas. Estas singularidades desafían nuestras leyes físicas conocidas porque no aparecieron en el espacio. Más bien, el espacio comenzó dentro de ellos. Antes de la singularidad, no existía nada. No había espacio, ni tiempo, ni materia, ni energía.

Uno de los conceptos erróneos sobre el Big Bang es que fue una explosión, como con fuego y sonido y, bueno, como una bomba. No lo fue. En cambio, probablemente fue más como un globo inflado, un globo realmente pequeño. Un globo comienza pequeño y se expande hacia afuera aproximadamente a la misma velocidad en todas partes. Nuestro universo es ese globo.

Cuando los científicos proponen por primera vez una hipótesis para explicar un fenómeno, esperan encontrar cierta evidencia que lo respalde y convertir su hipótesis en una teoría. Hay varias pruebas principales que apoyan la teoría del Big Bang. Uno es el hecho de que el universo se está expandiendo, probado con algo llamado desplazamiento al rojo. El segundo es algo llamado radiación cósmica de fondo de microondas. El tercero es la abundancia de diferentes elementos en el universo.

Expansión del universo y cambio al rojo

El corrimiento al rojo de la luz es evidencia de que el universo se está expandiendo

La evidencia de que el universo se está expandiendo viene con algo llamado desplazamiento de la luz hacia el rojo. La luz viaja a la Tierra desde otras galaxias . A medida que la luz de esa galaxia se acerca a la Tierra, la distancia entre la Tierra y la galaxia aumenta, lo que hace que la longitud de onda de esa luz se alargue.

Esto es similar al efecto Doppler de las ondas sonoras, que también ocurre con las ondas de luz. Estoy seguro de que lo ha escuchado por sí mismo en la vida real: cuando una ambulancia se acerca a usted, el tono de la sirena parece aumentar y, a medida que se aleja de usted, el tono de la sirena disminuye. Esto se debe a que las ondas sonoras aumentan o disminuyen según el movimiento del objeto que emite las ondas en relación con la persona que las escucha. A medida que la ambulancia se acerca a usted, las ondas sonoras se acercan y acortan, lo que resulta en un tono más alto. A medida que la ambulancia se aleja de usted, las ondas sonoras se estiran y se alargan, lo que resulta en un tono más bajo. Si todo en el universo se aleja de todo lo demás, entonces esas ondas de luz deberían alejarse más y alargarse. Las longitudes de onda más largas de luz visible son rojas,

Este desplazamiento de la luz hacia el rojo brinda a los científicos información sobre la velocidad y la dirección en que se mueve una estrella. Esto, a su vez, les dice a los científicos que las estrellas no solo se están alejando de nosotros, sino que también se están alejando unas de otras.

Edwin Hubble estudió las galaxias en la década de 1920 y demostró que todo en el universo se está expandiendo.

En la década de 1920, Edwin Hubble utilizó el telescopio Hooker de 100 pulgadas en el sur de California para estudiar la galaxia de Andrómeda. Tomó fotografías de galaxias tenues y las estudió. Finalmente, pudo calcular la velocidad de la galaxia y mostrar que todo se aleja de todo lo demás y, por lo tanto, se expande. Si eso es cierto, entonces los científicos pensaron que el universo era antes mucho más pequeño de lo que es ahora. Toda esta evidencia fue el primer apoyo observacional para la teoría del Big Bang que Georges Lemaitre propuso por primera vez en 1927.

Si el universo está creciendo actualmente, entonces el universo era más pequeño en el pasado. Debe haber habido algún momento en el que el universo tenía la mitad de su tamaño actual. Entonces debió haber habido un momento en que tenía la mitad de ese tamaño. Piense en esto: si el universo ha crecido hasta ser actualmente de tamaño 1, en algún momento en el pasado fue de tamaño 1/2, y antes de ese 1/4, y antes de ese 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, etc. Si sigues haciendo las fracciones, llegarás a un tamaño infinitesimalmente pequeño y, finalmente, a nada. (Sí, sé que realmente no se puede reducir a nada, pero como mencioné, la singularidad de la que proviene el universo desafía las leyes de la física).

Radiación cósmica de fondo

La siguiente pieza de evidencia que apoya la teoría del Big Bang es el hallazgo de radiación cósmica de fondo de microondas (CMB). Con un telescopio normal, todo lo que puede ver entre las estrellas es oscuridad, pero si tiene un radiotelescopio muy sensible, puede ver más. La radiación cósmica de fondo de microondas (CMB) es la tenue radiación de fondo que los astrónomos captan con radiotelescopios sensibles.

Cuando nació el universo, estaba brumoso, no estaba claro como es ahora. La niebla era del plasma de hidrógeno caliente que se formó después del Big Bang. A medida que el universo se expandió, se enfrió, se formaron átomos estables y la niebla se disipó. El CMB es el remanente de esa niebla inicial. Es el resplandor que los científicos esperaban encontrar si el Big Bang comenzara el universo, y encontraron esta evidencia para apoyar su teoría.

Esta radiación de fondo fue descubierta por accidente. En 1965, dos astrónomos, Arno Penzias y Robert Wilson, intentaban detectar microondas del espacio exterior para un proyecto diferente. En cambio, lo que detectaron fue radiación de fondo que los científicos ahora creen que queda del comienzo del universo.

Elementos en el Universo

La abundancia de elementos en el universo apoya la teoría del Big Bang

El último hallazgo importante que respalda la teoría del Big Bang es la abundancia de elementos en el universo. Los elementos del universo se crearon de dos formas. Los elementos más ligeros, como el helio y el hidrógeno, se produjeron en los primeros momentos del Big Bang. Los elementos más pesados, como el hierro, el silicio y el magnesio, se formaron en el interior de las estrellas mucho más tarde en la línea de tiempo del universo. Si la teoría del Big Bang es cierta, los científicos esperaban de sus cálculos encontrar ciertas cantidades de cada elemento pesado en el universo. Las observaciones han mostrado casi exactamente las cantidades previstas, lo que apoya la teoría.

Resumen de la lección

La teoría del Big Bang tiene muchas pruebas de apoyo, pero hay tres principales. La evidencia de que el universo se está expandiendo se muestra con el corrimiento hacia el rojo de la luz, el hallazgo de radiación cósmica de fondo que queda del calor inicial del Big Bang y la cantidad y tipos de elementos en el universo que son casi exactamente los cantidades predichas por la teoría. Tres pruebas principales de la teoría del Big Bang son el desplazamiento de la luz hacia el rojo, la radiación de fondo cósmica y los tipos de elementos.

Los resultados del aprendizaje

Después de ver esta lección, debería estar listo para:

• Definir la singularidad y describir la teoría del Big Bang.
• Resuma cómo el desplazamiento al rojo, la radiación cósmica de fondo y la abundancia de elementos en el universo proporcionan evidencia para la teoría del Big Bang.