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Por Susana Landau* 

Extraído de "Cero Absoluto - Curiosidades de la Física"

 

Editado hace una década, es bueno recordar algunos de los conceptos que se difundían en esta obra. Imaginemos un globo lleno de aire caliente. El aire dentro del globo está formado por muchas moléculas diferentes que se mueven muy rápidamente, chocando entre ellas, como pelotas. Supongamos ahora que el globo comienza a inflarse por algún mecanismo desconocido, sin modificar la cantidad de aire en su interior. 

¿Qué va a pasar? A medida que el globo se infle, el aire va a disponer de más espacio para ocupar, por lo que el espacio entre las moléculas se va a hacer más grande, y la cantidad de choques entre ellas va a disminuir. Al mismo tiempo, como ocurre con el aire, que al expandirse se enfría, la temperatura va a bajar. A medida que el globo se infla, la temperatura disminuye y el aire se hace menos denso. Las moléculas siguen chocando entre ellas pero cada vez menos, hasta que finalmente ya no chocan más.

La evolución del universo según la teoría del Big Bang es bastante parecida a lo que le ocurre a nuestro globo lleno de aire caliente. El rol del globo lo cumple la geometría del espacio tiempo. El papel de las moléculas diferentes lo cumplen las distintas partículas elementales: fotones, neutrinos, electrones, neutrones y positrones. Según esta teoría, el Universo actual surge de una gran explosión -llamada Big Bang-. La masa de todo lo que hoy existe estaba concentrada en un punto, que luego se expandió como nuestro globo de aire caliente. En los primeros segundos luego del Big Bang las partículas se movieron muy rápido, chocando entre ellas todo el tiempo. A medida que el universo se fue expandiendo -y por lo tanto enfriando-, este enjambre de partículas se fue haciendo menos denso y las partículas chocaron menos veces unas con otras. A su vez, las velocidades de las partículas disminuyeron, pero no del mismo modo, así que algunas tienen mayores velocidades que otras. De esta manera, cuando el universo tenía un segundo de vida, la velocidad de los neutrinos disminuyó tanto en comparación con la de las otras partículas, que dejaron de chocar con las demás.

Los choques de partículas tampoco son todos iguales. En algunos casos, dos partículas chocan (por ejemplo un electrón y un positrón) y como resultado de ese choque se crean otras dos partículas (dos fotones) y se destruyen las partículas que chocaron. Al principio esta creación y destrucción de partículas se produce en igual cantidad, con lo cual no cambia el número total de partículas. Cuando el universo se expande, y la velocidad de las partículas disminuye, la cantidad de partículas que se crean no es igual a la cantidad de partículas que se destruyen, resultando en una creación neta de partículas. Algunos de estos choques corresponden a la formación de núcleos livianos. Así, el deuterio se forma cuando chocan un protón y un neutrón, y el Helio se forma cuando chocan dos núcleos de deuterio. De esta manera, cuando el universo tenía aproximadamente 3 minutos de vida, se formaron los núcleos atómicos livianos. Para ese momento, solo los electrones y fotones seguían chocando entre ellos. A los 300.000 años de vida del universo, la temperatura bajó lo suficiente como para que a los electrones les cueste menos formar átomos de hidrógeno, uniéndose con un protón que seguir chocando con los protones.

De esta manera, se forman los átomos de hidrógeno. Los fotones ya no chocan con otras partículas y viajan por el universo prácticamente sin interactuar. Estos fotones se pueden detectar con satélites y telescopios y forman lo que se suele llamar el fondo cósmico de radiación. Hoy hace 13.700 millones de años del Big Bang, según las estimaciones de los científicos, y se prevé que el universo va a seguir expandiéndose en el futuro. 

Por Susana Landau - 

Extraído de "Cero Absoluto - Curiosidades de la Física"

 

*Susana Landau

Susana es Doctora en Astronomía y trabaja en Cosmología y Fondo Cósmico de Radiación en el Departamento de Física, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires y en Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad de La Plata.