monografia: el big bang

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EL BIG BANG, ORIGEN DEL UNIVERSO Nombre: Dafne De Vinatea Grado y sección: Décimo C Corrector: Ian Talavera Fecha de entrega: 20 de Noviembre de 2011

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Monografía escolar en relación al Big Bang como origen del universo.

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Page 1: Monografia: El Big Bang

EL BIG BANG, ORIGEN DEL UNIVERSO

Nombre: Dafne De Vinatea

Grado y sección: Décimo C

Corrector: Ian Talavera

Fecha de entrega: 20 de Noviembre de 2011

Page 2: Monografia: El Big Bang

SUMARIO

El hombre ha explorado el Universo que se conoce desde tiempos remotos,

desde los . Al principio indagando sobre su extensión, características y

peculiaridades. Sin embargo, uno de los mayores enigmas del Universo

para el hombre es, sin duda, su origen: ¿de dónde exactamente salió éste?

Existe una vasta cantidad de teorías que intentan explicar el origen del

Universo, que se adecúan a las circunstancias y fenómenos que éste

presenta. Sin embargo, la teoría que cuenta con mayor respaldo y

aceptación es conocida como la teoría del Big Bang.

2

Page 3: Monografia: El Big Bang

ÍNDICE

SUMARIO.........................................................................................................2

INTRODUCCIÓN..............................................................................................4

CAPÍTULO 1: EL BIG BANG: OBSERVACIONES...........................................6

Observaciones por telescopio.......................................................................6

Las estrellas y las galaxias........................................................................7

El efecto Doppler.......................................................................................8

El alejamiento de las galaxias..................................................................11

Observaciones por radiotelescopio..............................................................12

CAPÍTULO 2: TEORÍAS EN RELACIÓN EL ORIGEN DEL UNIVERSO.......15

Teorías de Newton......................................................................................15

Problemas................................................................................................16

Teoría de Relatividad General....................................................................17

La curvatura espacio-tiempo....................................................................17

Naturaleza del Universo..............................................................................18

CONCLUSIONES...........................................................................................20

ANEXOS........................................................................................................22

BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................25

3

Page 4: Monografia: El Big Bang

INTRODUCCIÓN

Lo más pequeño que conoce el ser humano, de momento, son los quarks,

que componen a los átomos. Los átomos, de igual manera, componen todo

lo que conocemos, ya que son ‘la unidad más pequeña de materia que

existe’. Pero en el otro extremo, ¿qué es lo más grande que conoce el ser

humano?, ¿el mundo?, ¿el sistema solar? Esto, sin embargo, es solo una

porción minúscula de algo mucho más grande, que es comúnmente men-

cionado pero no es muy bien conocido: el Universo. El Universo es en ex-

tremo complejo y difícil de explicar. Incluye trillones de galaxias, sistemas

solares, planetas y hasta a nosotros. Pero, ¿cuál es el origen, de donde

salió este algo tan complejo y tan importante?

La explicación más conocida a la pregunta expuesta previamente es la si-

guiente: el Big Bang. Según esta, el universo se originó a partir de una ex-

plosión que dio lugar a todos los cuerpos espaciales, al espacio y al tiempo.

Esta idea se obtiene de dos resultados particularmente interesantes: los re-

sultados conseguidos de observaciones visuales, y resultados conseguidos

de modelos teóricos que explican la forma y naturaleza del Universo.

El trabajo desarrollado a continuación tratará de explicar la teoría del Big

Bang en dos capítulos. El primero se explayará en lo que son las observa-

ciones, de cuyos resultados se obtuvo la idea de una explosión como ori-

gen del universo. En el segundo capítulo se explicarán algunos modelos

4

Page 5: Monografia: El Big Bang

creados por el hombre para entender el Universo y como estos soportan la

existencia del Big Bang.

Para esta investigación se utilizaron varias fuentes secundarias escritas, ya

que conseguir fuentes primarias sobre este tema resulta un poco complica-

do. En primer lugar, se utilizaron libros de física para comprender concep-

tos básicos utilizados principalmente en el primer capítulo. Además de eso,

fueron utilizados algunos libros escritos por grandes pensadores del tema,

como el prestigioso científico Stephen W. Hawking. Para la elaboración final

de este trabajo, que explora un tema tan complejo como el origen del Uni-

verso, se utilizaron múltiples fuentes para garantizar su completa autentici-

dad y, de esta manera, propagar el conocimiento más esencial respecto a

nuestro Universo: su origen.

5

Page 6: Monografia: El Big Bang

CAPÍTULO 1

EL BIG BANG: OBSERVACIONES

Se conoce muchas maneras mediante las cuales se puede estudiar un

hecho o un objeto, utilizando fuentes primarias y secundarias. Cuando el

hecho es contemporáneo o reciente se pueden utilizar fuentes primarias ya

que es información obtenida de manera más “directa”. Ahora bien, si

hablamos del espacio exterior, se puede leer escritos y descubrimientos

previos acerca del Universo, tales como las teorías de diferentes

astrofísicos y observadores. Además de eso, se puede observar

directamente el espacio a través de diferentes medios, tales como el

telescopio y el radio telescopio, aunque el último mencionado no sea tan

común y sea de invención relativamente reciente.

1.1. Observaciones por telescopio

Existen muchas maneras de representar grandes distancias, para efectos

de este trabajo utilizaremos principalmente los años-luz (distancia recorrida

por la luz en un año). Según Asimov, se puede expresar la distancia en

función al tiempo que tarda la luz en recorrerla. Es decir, si la luz se mueve

299.792,5 km en un segundo (1 segundo-luz), ó 18.000.000 km/minuto (1

minuto-luz) o bien 1.080.000.000 km/h1 (1 hora luz), se puede utilizar la

propiedad de que la velocidad de la luz es constante para usarla como

patrón para medir distancias. Sin embargo, la forma más común es la

medición por años-luz: la distancia que ha recorrido un rayo de luz en un

año.

1 ASIMOV, Isaac. El Universo. Madrid: Alianza Editorial S.A., 2002. p. 37 - 38.

6

Page 7: Monografia: El Big Bang

1.1.1. Las estrellas y las galaxias

Las estrellas son entes espaciales que tienen luminosidad propia –medida

en un rango del 1 al 6, siendo 1 el mayor y 6 el más tenue2— que se

encuentran distribuidas por el espacio a distintas distancias y muchas

veces presentan un movimiento propio.

El brillo (o luminosidad aparente) de las estrellas depende de la

luminosidad propia y de la lejanía respecto al observador, por lo que dos

estrellas de la misma luminosidad podrían verse menos o más brillantes

dependiendo de la distancia a la que se encuentran. Además de

luminosidad, muchas estrellas tienen también movimiento propio. Esta es

una medida del desplazamiento de una estrella con respecto al Sistema

Solar.

Las estrellas, además, pueden ser de distinta naturaleza, y para nuestro

estudio son de interés las estrellas variables y las novas. Las estrellas

variables, también llamadas Cefeidas, son aquellas cuyo brillo cambia de

manera temporal y periódica3. Su importancia recae en que su periodo de

variación está directamente relacionado con la luminosidad de la estrella, lo

que es muy útil para calcular distancias. Para esto se utiliza la ley de

periodo-luminosidad. Esta ley ayuda a encontrar la magnitud absoluta –es

decir, su luminosidad real— a partir de su periodo medido 4.De esta manera,

una vez conocida la luminosidad real, es posible averiguar la distancia a la

que se encuentra la estrella.

Las novas, por otro lado, son estrellas que temporalmente adquieren un

brillo superlativamente mayor a su luminosidad habitual5. Reciben el

nombre de “estrellas variables cataclísmicas” porque la estrella adquiere un

brillo que parece consecuencia de algún cataclismo de colosales

proporciones, como una explosión. Su importancia recae en que, debido a

2 ASIMOV, Isaac. “El Universo”. Madrid: Alianza Editorial S.A., 2002. p. 48 – 49.3 ADAMS, Steve et al. Nueva York: Oxford, 2000. p. 546 – 547.4 Íbidem.5 ASIMOV, Isaac. “El Universo”. Madrid: Alianza Editorial S.A., 2002. p. 129 – 134.

7

Page 8: Monografia: El Big Bang

su naturaleza se puede determinar su luminosidad real y por lo tanto

conocer su distancia real.

Antes de 1917 no se conocía el término de galaxia, pues las grandes

agrupaciones de estrellas lejanas eran denominadas únicamente

“nebulosas”, ya que no se pensaba que estaban compuestos de estrellas

sino de gas interestelar. Sin embargo, siempre han existido las galaxias, y

antes de conocer otra que no fuese la nuestra, nuestra visión del tamaño

del Universo se reducía a nuestro Sistema Solar. En este punto, se conocía

la existencia de nuestra Galaxia, y se sabía que el Sistema Solar no se

encontraba en el centro de esta. Sin embargo, no se conocía ninguna otra

estructura parecida a la Vía Láctea. A partir de 1917-18 se comenzó a

descubrir nuevas estructuras que ampliaron nuestra visión del Universo6.

La nebulosa de Andrómeda –que dista según Heber Curtis,

aproximadamente a unos 500 000 años-luz de nosotros7 – representaba

uno de los entes fuera de los límites de la Galaxia, que, al analizarse,

mostraba estar conformada por estrellas cuya distancia era colosal, y por

esto el conjunto se veía como una nebulosa. La presencia de novas en el

interior de la nebulosa, permitió deducir que esta estaba constituida por

estrellas. Al calcular la distancia a dichas novas, se determinó que se

encontraban fuera de nuestra Vía Láctea, lo que indicó que se trataba de

un ente extra-galáctico. Finalmente, se concluyó que se trataba de una

formación con características similares a nuestra Galaxia,

denominándosele Galaxia de Andrómeda.

Luego de este hallazgo se encontraron muchas Galaxias más, lo que

descartó que el Universo fuese ‘vacío’ en los confines de la Vía Láctea. Con

el tiempo, se hallaron más y más nebulosas o entes similares cuyas

características correspondían a las de nuestra Galaxia, y por lo que

obtuvieron ese mismo título.

1.1.2. El efecto Doppler

6 Op cit. p. 278 – 280.7 Op cit. p. 109 – 112.

8

Page 9: Monografia: El Big Bang

Para entender el efecto Doppler es necesario conocer primero estos

conceptos: la onda electromagnética, longitud de onda, frecuencia y

periodo. Según Luis Ignacio García la onda se puede entender de la

siguiente manera:

“Una onda es una perturbación que se propaga. La perturbación puede ser de naturaleza muy diversa… Cuando se agita una cuerda de abajo hacia arriba, el movimiento del vaivén se propaga produciendo una deformación en la forma de la cuerda. La ondulación producida recibe el nombre de pulso de onda. Lo característico del puso de onda es que tiene un principio y un final.”8

De esta manera, la onda electromagnética no es sino una onda transversal

que consiste en la oscilación de campos eléctricos y magnéticos

perpendiculares entre sí, como se muestra en el Anexo 1. Además, la onda

viene acompañada de una serie de características, como longitud de onda,

frecuencia y período. Para entender el concepto de longitud de onda,

consultar el Anexo 2.

La frecuencia es usada para describir la naturaleza de la onda. La

frecuencia se define como “el número de oscilaciones que un punto del

medio da en un segundo y es medida en s-1 (Hertzios, Hz). La frecuencia

es considerada la inversa del período: f = 1/ T”9, en otras palabras, la

frecuencia cuenta la cantidad de ondas que pasan en un segundo (ver

Anexo 3).

El efecto Doppler consiste en la descripción de cambios en las ondas y su

frecuencia de acuerdo a su movimiento y la posición del observador. Es

necesario saber que las ondas, como por ejemplo, las del sonido, consisten

en una serie de compresiones y descompresiones del aire. Imaginemos

que uno está parado y se acerca corriendo una persona con un silbato. A

medida que se acerca, las ondas de aire se irán apiñando –dando lugar a

una frecuencia más alta (sonido más agudo) —, y a medida que se aleje,

las ondas se irán separando paulatinamente –dando lugar, a su vez, a una

8 GARCÍA, Luis Ignacio. “Ondas: Conceptos iniciales”, 2004. En: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/movond/index.htm (01/06/11, 9.33 pm)9 Íbidem.

9

Page 10: Monografia: El Big Bang

frecuencia más baja (sonido más grave)—. Que el sonido sea grave o

agudo depende de qué tantas ondas pasan por segundo a medida que se

acerca o se aleja; al acercarse mayor cantidad de ondas serán apiñadas y

pasarán más rápido (dando lugar a un sonido más agudo); y al alejarse

mayor será el estiramiento de las ondas y pasarán más lento (dando lugar a

un sonido más grave).

Al aplicarse el efecto Doppler a la luz, esta posee longitudes de ondas

como el sonido, pero la diferencia es que las primeras son percibidas por

los humanos como diferentes colores, que conforman el espectro. El

espectro es una gama de colores que al ser refractados, muestran la

composición de la luz analizada (cada conjunto de colores corresponde a

un emisor de luz diferente). En el espectro visible, la región violeta es

donde las ondas se encuentran más apiñadas, mientras la región roja es

donde las ondas se encuentran más estiradas.

La refracción ocurre cuando una onda cambia de un medio a otro de

diferente densidad (ver Anexo 4). En algunos prismas permite descomponer

la luz que emiten ciertos entes u objeto en colores, en cuyas ausencias se

encuentran líneas espectrales.

El espectro está conformado no solo por la luz visible, sino por otros rangos

que la vista humana no percibe, entre los cuales se encuentran los rayos

ultravioletas (donde las ondas están más comprimidas que las de la región

violeta del espectro) y los infrarrojos (donde las ondas están más estiradas

que las de la región roja del espectro). Las líneas espectrales se pueden

definir como líneas oscuras en un espectro representado por una serie casi

continua de ranuras muy finas de cada uno de los colores. Algunas líneas

espectrales se muestran invariablemente en el espectro de la mayor parte

de las estrellas –porque dependen de la composición del que emite—.

Cuando los telescopios captan la luz emitida por las estrellas, esta se hace

pasar por un prisma que descompone sus colores, de esta manera se

puede apreciar si el ente se está alejando o acercando, comparando la

posición que deberían tener sus líneas espectrales con la posición real que

tienen. Digamos que la luz emitida por una estrella tiene el espectro

esperado mostrado en el Anexo 5.

10

Page 11: Monografia: El Big Bang

De esta manera, si al analizar el espectro de la misma estrella se encuentra

un espectro similar al de la imagen en el Anexo 6, se sabe que el objeto se

está alejando. Esto se debe a que sus líneas espectrales aparecen

desplazadas hacia la región roja del espectro.

Sin embargo, si la misma estrella se estuviese acercando en vez de

alejarse, su espectro, al analizarse, luciría como el espectro en el Anexo 7.

Al igual que en el corrimiento al rojo, las líneas espectrales aparecen

desplazadas, pero esta vez hacia la región violeta del espectro.

El corrimiento al rojo se define como el cambio de longitud de onda cuando

la fuente de la ésta se aleja del receptor, dando lugar a la separación de

ondas y alargándolas más de lo normal. Los corrimientos al rojo se

producen cuando, al refractarse una radiación electromagnética –

comúnmente luz visible— de un objeto, la refracción de dicha luz se

desplaza hacia el rojo al final del espectro electromagnético, lo que indica

que el objeto se está alejando.

1.1.3. Alejamiento de las galaxias

Al medir las velocidades radiales de varias nebulosas, muchos

observadores encontraron que sus velocidades eran muy superiores a las

de las estrellas ordinarias, y que además siempre se alejaban. El

astrónomo americano Milton La Salle Humason halló entre las galaxias más

débiles, velocidades de recesión que superaban enormemente a las

anteriores (3 800 kilómetros por segundo, 4 000 kilómetros por segundo), y

siempre se trataban de movimientos en recesión, por lo que en realidad el

desvío al rojo de las galaxias indica su alejamiento de nosotros10.

Finalmente, si en la actualidad el universo está en expansión –ya que se

sabe que las galaxias tienen corrimientos al rojo—, en algún momento tuvo

que haber estado todo junto, y además tuvo que haber existido alguna

fuerza que separara las partículas de esta manera. El único origen de este

enorme alejamiento conocido hasta ahora se explica con la teoría del Big

10 ASIMOV, Isaac. “El Universo”. Madrid: Alianza Editorial S.A., 2002. p. 268 – 271.

11

Page 12: Monografia: El Big Bang

Bang, una explosión cósmica que según los científicos, dio origen a la

materia, al espacio y al tiempo.

1.2.Observaciones por radiotelescopio

Además de las observaciones hechas con telescopio –las netamente

observacionales—, también se hicieron observaciones por radiotelescopio,

utilizando un método un poco diferente al descrito previamente. La

importancia de la radioastronomía recae en la información que se obtiene

de su análisis es diferente a la información obtenida de la astronomía

óptica. Esto ayuda a tener resultados desde diferentes puntos de vista y

tener información más precisa.

En las observaciones por radiotelescopio se analizan diferentes tipos de

onda de radar. Las relevantes para este subcapítulo son las microondas.

Están situadas entre los rayos infrarrojos (cuya frecuencia es mayor) y las

ondas de radio convencionales (ver Anexo 8). Las microondas son

percibidas con un radar y utilizadas para investigaciones pues son más

útiles que el análisis óptico, ya que no son interferidas por nada.

Aunque en un principio sólo se detectaron las microondas emitidas por el

Sol, los planetas y los púlsares (pulsating stars), más tarde se halló una

‘fuente’ mucho más peculiar. Al intentar eliminar los efectos perturbadores

de la electricidad estática en las radiocomunicaciones se halló una fuente

de microondas cuyo origen no se pudo determinar, definiéndolas luego

como radioondas muy cortas procedentes del espacio exterior. No se pudo

identificar la fuente de estas ondas, finalmente, ya que llegaban de la

misma manera en cualquier dirección en la que se apuntase el

radiotelescopio.

Según Robert H. Dicke de la Universidad de Princeton (1964), tuvo que

existir una gran oleada de rayos X y gamma al darse el Big Bang, ya que

naturalmente, al ser una explosión de tal magnitud tuvo que haber liberado

una cantidad colosal de radiación, acompañando a la materia expulsada11.

11 ASIMOV, Isaac. “El Universo”. Madrid: Alianza Editorial S.A., 2002. p. 432– 433.

12

Page 13: Monografia: El Big Bang

Además, se sabe que mientras más lejos se observa un cuerpo, más en el

pasado se encuentra este. De esta manera, al observar un cuerpo

localizado a mil millones de años-luz, en realidad se observa una imagen

emitida hace mil millones de años en el pasado. Es decir, que la distancia a

la que se encuentra un objeto indica también el tiempo en que se emitió esa

imagen; ya que es el tiempo que la luz –que forma la imagen— tarda en

recorrer en la distancia que separa la fuente del observador.

De esta manera, al observar lo suficientemente lejos podríamos percibir el

balón de fuego que fue el Big Bang. Además, a la gigantesca distancia en

que finalmente se detectaría el balón, el corrimiento hacia el rojo tendría

una magnitud tan grande que los rayos X y los rayos gamma estarían

corridos hasta la región de las microondas12.

Si el Big Bang dio lugar al espacio y al tiempo al igual que a la materia, la

tierra estuvo involucrada en este proceso de formación. Así, la radiación se

encuentra invariablemente en cualquier lugar del espacio, de esta manera,

en cualquier dirección que se enfocara un radiotelescopio desde la Tierra

habría un fondo general permanente de radiación de microondas.

Al calcular las características de la radiación de microondas procedente del

inicio del Universo, se buscó una radiación de fondo que correspondiera a

dichas características. Efectivamente se encontró una débil radiación de

fondo que tenía la misma naturaleza, luego de eliminar todas las demás

emisiones de microondas que pudieran interferir en el proceso13. Este es,

efectivamente, el eco del Big Bang resonando todavía por el espacio.

Así, al unir las observaciones hechas por telescopio –las galaxias

alejándose, que indican que nuestro Universo actualmente se encuentra en

expansión-, y las hechas por radiotelescopio –radiación permanente de

microondas emanante del espacio, que indican que hubo una gran

liberación de energía en un pasado remoto— podemos concluir que el

origen de del Universo fue una explosión de gran magnitud que dio origen a

la materia, al espacio, y al tiempo.

12 Íbidem.13 ASIMOV, Isaac. “El Universo”. Madrid: Alianza Editorial S.A., 2002. p. 432– 433.

13

Page 14: Monografia: El Big Bang

CAPÍTULO 2

TEORÍAS EN RELACIÓN AL ORIGEN DEL UNIVERSO

2.1. Teorías de Newton

Isaac Newton es principalmente conocido por su teoría de la gravedad, a la

cual llegó bajo la inspiración de la caída de una manzana sobre su cabeza.

Esta ley es llamada la ley de gravitación universal y se trata de una ley que

explica la relación entre dos cuerpos diferentes con masa. En esta, se

explica que la atracción entre los objetos, representada por la fuerza F, es

directamente proporcional a las masas del objeto 1 y el objeto 2 (m1 y m2,

respectivamente); y es inversamente proporcional al cuadrado de la

distancia que separa a ambos objetos. En esta ecuación, G representa la

constante de la Gravitación Universal. De esta manera, al incrementar la

masa de cualquiera de los dos objetos, la fuerza ejercida aumenta. Sin

embargo, la fuerza gravitacional disminuye en gran medida al aumentar la

distancia entre ambos objetos.

Esta ley, además de ser utilizada para la relación previamente descrita,

también ayudaba a entender la trayectoria de los planetas en relación a

otros cuerpos. Por lo que poco después de desarrollar su ecuación,

“Newton pasó (…) a demostrar que, de acuerdo a su ley, la gravedad es la

causa de que la Luna se mueva en una órbita elíptica alrededor de la

Tierra, y de que la Tierra y los planetas sigan caminos elípticos alrededor

del Sol.”14

14 HAWKINGS, Stephen W. “Historia del tiempo. Del Big Bang a los aguje-ros negros”. Madrid: Alianza Editorial S.A., 1990. p. 19.

14

Page 15: Monografia: El Big Bang

2.1.1. Problemas

Aunque hasta el presente sea una teoría de gran aceptación, la ley de

Gravitación Universal de Newton cuenta con algunos fallos. En primer lugar,

a pesar de que la ley de gravitación universal tenía sentido, no se explicaba

de manera adecuada. No había explicación alguna para los medios en que

se transmitía realmente la gravedad. ¿Cómo se explicaba su

funcionamiento?

“…But the Newtonian law of gravitation introduced a difficulty. The force between two billiard balls appeared intelligible because we know what it feels like to bump into another person; but the force between the earth and the sun, which are ninety-three million miles apart, was mysterious. Even Newton regarded this 'action at a distance' as impossible, and believed that there was some hitherto undiscovered mechanism by which the sun's influence was transmitted to the planets. However, no such mechanism was discovered, and gravitation remained a puzzle. The fact is that the whole conception of 'gravitational force' is a mistake. However, no such mechanism was discovered, and gravitation remained a puzzle.”15

En segundo lugar, al aplicar la ley de gravitación universal de Newton para

calcular órbitas, el resultado era un poco impreciso. Muchas veces no

llegaba a explicar fenómenos de las orbitas de los planetas y de otros

cuerpos. Para finalizar, existía una contradicción respecto a la trayectoria

de la luz al pasar cerca a un cuerpo con masa. La luz no debería verse

curvada o afectada por la presencia de cuerpos con masa que ejercen

gravedad, pues no tiene masa. Debido a esto la luz debería viajar siempre

en línea recta. Pero en la práctica, la trayectoria de la luz se ve curvada al

pasar cerca a un cuerpo con masa. Esto es contradictorio ya que si la luz

no tiene masa, m1 sería 0, lo que dividido entre la distancia, sea cual sea,

lleva a tener F con valor 0. Pero estos problemas se vieron solucionados al

aplicárseles la teoría de la relatividad desarrollada por Albert Einstein.

2.2. Teoría de Relatividad General

15 RUSSEL, Bertrand. “The abc of relativity”. Londres: St Edmundsbury Press, 1958. p. 11.

15

Page 16: Monografia: El Big Bang

La teoría de la relatividad general de Albert Einstein publicada en 1915

amplió las fronteras para muchos astrónomos y demás investigadores del

espacio. Aunque su matemática es muy compleja como para ser

desarrollada y explicada en este trabajo, obtuvo ciertos resultados que

llevaron a conclusiones bastante interesantes. Primero que nada, logró

sobrepasar los obstáculos con los que se estancó la ley de gravitación

universal de Newton, como el cálculo de órbitas.

“The new law of gravitation gives very nearly the same results as the old, when applied to the calculation of the orbits of the planets and their satellites. If it did not, it could not be true, since the consequences deduced from the old law have been found to be almost exactly verified by observation. When, in 1915, Einstein first published the new law, there was only one empirical fact to which he could point to show that his theory was better than the old one. This was what is called the motion of the perihelion of Mercury.”16

Además de este hallazgo, también contribuyó en gran parte a determinar de

una vez por todas, la forma y naturaleza del Universo.

2.1.1. La curvatura espacio-tiempo

Para empezar, el espacio-tiempo es un espacio cuatridimensional donde se

posicionan las cuatro coordenadas (latitud, longitud, altura y tiempo)

utilizadas para especificar la posición exacta de un suceso en el espacio.

Se le llama “curvatura del espacio-tiempo” al efecto que tiene la gravedad

sobre este espacio cuatridimensional, en otras palabras, la deformación

producida por la gravedad. A su vez, también afecta la trayectoria de la luz,

debido a que ésta viaja por una curva del espacio y el tiempo. Esto explica

la curvatura de la luz al pasar cerca a un cuerpo con masa, fenómeno que

no lograba explicar la ley de la gravitación universal de Newton.

2.3. Naturaleza del Universo

Dado que ahora se conocía ‘la geografía del universo’ se podían crear

modelos matemáticos para describir la forma y naturaleza el universo

completo. En un primer momento, se pensó que el Universo era estático, ya

16 RUSSEL, Bertrand. “The abc of relativity”. Londres: St Edmundsbury Press, 1958. p. 87.

16

Page 17: Monografia: El Big Bang

que no parecía razonable la idea de la existencia de uno en ‘permanente’

expansión.

De esta manera, se desarrollaron dos tipos de teorías para describir el

universo: La del universo estático y la del universo en expansión. Eran

modelos opuestos, que explicaban la naturaleza del universo de dos

diferentes maneras. El modelo del universo estático fue aceptado por los

conservadores, ya que era bastante complicado imaginar un espacio de

cuatro dimensiones en constante expansión.

Sin embargo, el modelo del universo estático no es posible. De acuerdo con

lo que se ha descrito en el primer capítulo de este trabajo, no habría

manera de explicar los fenómenos del corrimiento al rojo de las galaxias y

de las microondas en el modelo del universo estático. Por otro lado, esto sí

es explicable en el modelo del universo en expansión, ya que en este se

‘estira’ el espacio. Además, estos modelos son los que funcionan mejor y

tienen menor cantidad de ‘singularidades’. El mismo Albert Einstein

descubrió a través de sus ecuaciones que el universo tendría que estar en

constante expansión, pero tal era la ideología de la época que introdujo una

variable en las ecuaciones para que el resultado sea el del modelo del

universo estático. El astrónomo ruso Alexander Friedmann se dispuso a

intentar explicar esta anomalía en vez de cambiarla.

Existían otros modelos que explicaban la naturaleza del universo, algunos

desarrollados por Freidmann, pero la gran mayoría tenía un problema

común. Según Penrose y Hawkings, cuyo artículo fue publicado en 1970,

es definitivamente necesario que el Universo que conocemos haya iniciado

con un Big Bang, siempre y cuando la teoría de la relatividad sea correcta y

el universo contenga tanta materia como es observable. De esta manera, si

el Universo se encontraba en expansión, al revertir la dirección del tiempo

podemos imaginar y deducir el inicio del mismo. En algún momento todos

los cuerpos se tuvieron que haber encontrado en un mismo punto, y tiene

que haber existido una extraordinaria fuerza que haya separado las

partículas de una manera equitativa. Así se llega a la conclusión de la

17

Page 18: Monografia: El Big Bang

existencia de una gran explosión que da origen al espacio y al tiempo,

llamada generalmente Big Bang17.

17 RUSSEL, Bertrand. “The abc of relativity”. Londres: St Edmundsbury Press, 1958. p. 87.

Page 19: Monografia: El Big Bang

CONCLUSIONES

1. Observaciones con telescopio

La observación de galaxias mediante telescopios permite la medición de

sus velocidades radiales, gracias al fenómeno del efecto Doppler. Así se

comprobó que aquellas que distaban más de nosotros tenían velocidades

muy superiores a las que se encontraban más próximas. Además, estos

movimientos siempre tenían una tendencia recesiva, por lo que se alejaban

entre ellas gradualmente. Si las galaxias se encuentran actualmente

alejándose unas de otras, entonces en algún momento determinado en el

pasado tuvieron que haberse encontrado todas en un mismo punto. El

evento que hizo que estas se alejaran es conocido como el Big Bang.

2. Observaciones con radiotelescopio

Por medio de observaciones hechas por radiotelescopio se pueden

identificar diversos tipos de ondas, muchas veces invisibles al ojo humano.

Entre estas radiaciones que se captan, se encuentran las microondas, que

manan de cualquier dirección en la que se enfoque el radiotelescopio.

Estas microondas eran rayos X y rayos Gamma, pero gracias al corrimiento

al rojo cambiaron su naturaleza. La única explicación posible para este

fenómeno –microondas con origen en rayos gamma y X manantes de todo

el Universo— es una inmensa fuente de energía en el pasado. De esta

manera, estas microondas revelan ser el eco del Big Bang.

3. Teorías

Se desarrollaron una serie de teorías para explicar el comportamiento del

Universo, pero la que mejor logró explicar la realidad fue el modelo del

Page 20: Monografia: El Big Bang

universo en expansión, que se basó en los cálculos de Albert Einstein. El

modelo en expansión es el que mejor logra explicar la realidad debido a

que funciona eficientemente cuando es aplicado a escala. De esta manera,

si el universo y el espacio están en expansión, la única explicación

plausible es la del Big Bang: explosión que no solo dio lugar al espacio,

sino a la materia y al tiempo.

20

Page 21: Monografia: El Big Bang

ANEXOS

I. ANEXO 1: Esquema de Ondas Electromagnéticas

Fuente: SERWAY, Raymond A.; FAUGHN, Jerry S. 2002: 520 – 521.

II. ANEXO 2: Esquema de Longitud de Onda

“(Los tres puntos de la imagen) están separados a una distancia tal que su movimiento de oscilación es idéntico. Se dice que estos puntos están en fase. Cuando una onda alcanza a un punto del medio en que se propaga, le comunica un movimiento oscilatorio. (…) Se define la longitud de onda (…) como la distancia mínima existente entre dos puntos que oscilan en fase…”

Fuente: GARCÍA, Luis Ignacio. Ondas y puntos del medio, 2004. En: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/movond/index.htm (01/06/11, 9.33 pm)

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III. ANEXO 3: Esquema de Frecuencia

Fuente: GARCÍA, Luis Ignacio. Ondas y puntos del medio, 2004. En: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/movond/index.htm (01/06/11, 9.33 pm)

IV. ANEXO 4: Esquema de Refracción

Fuente: GARCÍA, Luis Ignacio. 2004: Refracción, conceptos básicos, 2004. En: http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/movond/index.htm (01/06/11, 9.33 pm)

V. ANEXO 5: Esquema de objeto estacionario.

Fuente: AUGUSTO NIETO, César. El Tamiz: La galaxia, espectros estelares y nubes de gas. 2011. En: http://eltamiz.com/elcedazo/2011/04/14/descubriendo-nuestra-galaxia-los-espectros-estelares-y-las-nubes-de-gas/comment-page-1/ (01/06/11, 11.24 pm)

VI. ANEXO 6: Esquema de objeto que se aleja.

Fuente: AUGUSTO NIETO, César. El Tamiz: La galaxia, espectros estelares y nubes de gas. 2011. En: http://eltamiz.com/elcedazo/2011/04/14/descubriendo-nuestra-galaxia-los-espectros-estelares-y-las-nubes-de-gas/comment-page-1/ (01/06/11, 11.24 pm)

VII. ANEXO 7: Esquema de objeto que se acerca.

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Fuente: AUGUSTO NIETO, César. El Tamiz: La galaxia, espectros estelares y nubes de gas. 2011. En: http://eltamiz.com/elcedazo/2011/04/14/descubriendo-nuestra-galaxia-los-espectros-estelares-y-las-nubes-de-gas/comment-page-1/ (01/06/11, 11.24 pm)

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Page 24: Monografia: El Big Bang

VIII. ANEXO 8:

Fuente: WIKIPEDIA. El Espectro: Espectro visible. En: http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_visible (Consulta 09/08/11,

9.05 p.m)

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Page 25: Monografia: El Big Bang

BIBLIOGRAFÍA

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