El Big-bang

El Big-bang

El Big-bang, hace 13,7 mil millones de años, cuando el universo tuvo su densidad y temperatura máxima posible.

Que ha habido una gran explosión, en los años 70 del siglo pasado aún era discutido. Sin embargo muchas observaciones astronómicas se pueden explicar mediante el Big-bang, de manera que hoy es considerado como un hecho *). Del corrimiento al rojo – de la observación que todas las distancias en el universo están aumentando – se concluye que en algún momento todas las galaxias deben haber estado en un mismo lugar. Aún cuando este suceso fue hace mucho tiempo, a mano de las claras huellas en el universo se puede reconstruir esto, por ejemplo la radiación de fondo de la distribución de la materia, de la relación de masas de isótopos y las concentraciones de Helio e Hidrógeno. El modelo estándar actual de la física, no ofrece una explicación para el Big-bang propiamente tal, pero permite determinar los eventos con una relativa precisión.

En la simulación del milenio, del grupo de investigación Virgo, en la primavera de 2005, en un computador en paralelo del instituto Max Planck en Garching calculó con una alta exactitud el desarrollo del universo. El resultado de la simulación concuerda casi perfectamente con la distribución de la materia en el universo actual. Aquí mostramos una crónica:

►Hora cero: Lo que causó el Big-bang y cómo sucedió exactamente, está en el ámbito de la especulación, ya que el modelo estándar no sirve para intervalos de tiempo tan cortos. Es bastante seguro que el universo no explotó de un punto, como aún se puede leer algunos libros. El físico italiano Gabriele Veneziano desarrolló una interpretación de la interpretación de la teoría de las cuerdas (String), según la cual el mundo es un espacio infinitamente grande eterno y frío espacio de diez dimensiones. Inicialmente todas las diez dimensiones son equivalentes. La superposición de dos membranas multidimensionales vibrantes, llevó a la separación de nuestras tres dimensiones espaciales del momento cero. Esta ruptura fue acompañada con el “enrollamiento” del resto de las dimensiones a valores minúsculos y una extrema densificación y calentamiento del espacio. Según esta teoría, constantemente se producen nuevos Big-bang, que cada vez llevan a la formación temporaria universos mono-, tridi- o multidimensionales.
Sea como fue esto, todos los demás sucesos se pueden deducir del modelo estándar:

► 10ˆ-43 segundos*: El universo comienza denso y caliente. Aún no existen átomos o núcleos atómicos, sólo radiación electromagnética. Un litro de Big-bang pesa 10ˆ94 kilogramos y tiene una temperatura de 10ˆ32 grados [K]**. Las cuatro fuerzas básicas, que conoce la actual física – gravitación, fuerza nuclear fuerte y débil, y la fuerza electromagnética aún están unidas en una fuerza original.

El espacio comienza a expandirse de inmediato***. Por la expansión disminuyen la densidad y temperatura. La gravitación es la primera que se separa de la fuerza original. Ya que por debajo de una temperatura determinada obedece a una diferente ley de fuerza, que las otras tres fuerzas. La radiación aún está muy energética, que partículas de radiación se transforman espontáneamente y por un breve periodo, en partículas de materia y de antimateria. Con esto, debido a una anti-simetría (Violación CP), se produce un pequeño superávit de materia en relación a la antimateria. Esta pequeña ventaja de sólo 0,0000000001 % es la base para toda la materia hay existente en el universo.

►10ˆ-36 segundos: La temperatura de radiación bajó a 10ˆ27 grados. Tambien la fuerza nuclear fuerte se desacopla a esta temperatura como una fuerza independiente. Esta disociación causa una transición de fase en los campos de fuerza, parecido como cuando el agua se congela. Con esto se libera energía y acelera inflacionariamente la expansión del espacio, que en un corto tiempo s expande por el factor 10ˆ30. La amplitud que hoy corresponde a la parte observable del universo (Volumen de Hubble), alcanza de golpe el tamaño de una pelota de tenis. Esta inflación extrema rápida del espacio, es la causa de la distribución uniforme de la materia y de la radiación en el universo.

La fuerte expansión además enfría considerablemente la radiación a 10ˆ16 grados (esta es una cifra que se puede expresar en palabras diez mil billones de grados [K] [1 billón = 1 millón de millones]). Ahora también se separan la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil, con esto se terminó la disociación de las cuatro fuerzas fundamentales actualmente conocidas.

► 10ˆ-16 segundos: En el plasma caliente compuesto de radiaciones y partículas, que llena el espacio, se produce por la aglomeración de quarks y anti quarks diferentes partículas elementales pesados. Con el descenso de la temperatura, las partículas más pesadas de desintegran, hasta que sólo quedan Protones y Neutrones – los posteriores componentes de los núcleos atómicos – como sus antipartículas que sobran. También estas partículas se aniquilan mutuamente al colisionar con sus antipartículas, a excepción del reducido exceso de materia, ya mencionado.

La energía de radiación ya no alcanza para la formación de partículas pesadas. Sólo pueden crearse partículas elementales livianas – como electrones y sus anti partículas, los positrones. Un volumen de espacio de un litro, ahora sólo pesa unos 10 mil millones de kilógramos con una temperatura de un mil millones de grados [K].

► 10 segundos: La temperatura está tan baja ahora, que los protones y neutrones se pueden unir para formar núcleos atómicos estables, sin que sean desgarrados por la radiación. El 75% de los protones se mueven libremente como núcleos atómicos del Hidrógeno, el resto, el 25%, forman el Helio (compuestos por 2 protones y 2 neutrones) y un 0,001% Deuterio (1 protón, 1 neutrón). Las estrellas más antiguas aún hoy se componen exactamente de esta mezcla.

La expansión del espacio no hace que los núcleos atómicos se expandan, sólo aumenta la distancia entre ellos. Después de cinco minutos la densidad de la materia a disminuido tanto de manera que ya no se forman nuevos núcleos atómicos. Los neutrones que sobraron son inestables y se desintegran con el correr de los siguientes minutos. Después de unos milenios no sucede nada extraordinario.

►10 000 años: Junto a la siguiente disminución de la temperatura, la energía y masa de la radiación desciende constantemente. Ahora hay6 mas masa que radiación en el universo. Por debajo de 3000 [K], núcleos atómicos de carga positiva pueden “cazar” electrones de carga negativa y formar con esto átomos de Hidrógeno estabilizados. Estos eléctricamente son neutrales y ya casi no interactúan con las partículas de radiación. Aproximadamente de 380 000 años después del Big-bang, la luz se puede expandir sin obstáculos. El universo se hace transparente. La luz con una temperatura de radiación de 3000 [K], que llenó entonces el universo, aun .lo podemos percibir como rad8iación de fondo.

►1 millón de años: Ya que la radiación no ejerce presión sobre la materia, esta es afectada cada vez más por la gravitación, que causa una atracción recíproca sobre las partículas. Inicialmente la materia estaba distribuida de forma totalmente pareja, a excepción de una reducidas fluctuaciones, que se originaron en la ya mencionada fase inflacionaria 10ˆ36 segundos después del Big-bang. De estas fluctuaciones de densidad se forman ahora aglomeraciones a gran escala. Los átomos ahora se comportan como moscas azules, mientras más se juntan en un montón, tanta más atracción ejercen sobre otras. Se producen grandes concentraciones de átomos de Hidrógeno y Helio.

►Mil millones de años: Las acumulaciones de masas se contraen cada vez más por la gravitación y se hacen cada vez más densas. Finalmente forman hoyos negros, que son tan masivos, deformando el espacio al rededor de ellos estrangulándolo para formar un área correada. Alrededor de ellos rotan grandes nubes de Helio e Hidrógeno atrapados por la gravitación. Flujos de gas se precipitan dentro de los hoyos negros, emitiendo enormes radiaciones, despareciendo para siempre. Estas fuentes de radiación - los Quásares – ya no existen hoy en día, sin embargo aun los podemos observar en el borde del universo visible.

En las nubes gaseosas rotantes de las de condensaciones locales, se forman las primeras estrellas y cúmulos estelares. Hasta ahora el mundo sólo conocía al Hidrógeno, Helio y trazas de otros elementos livianos; ahora en las estrella se forman todos los elemento ´pesados hasta el Hierro, por fusión atómica. Las estrellas más grandes ya explotan después de un par de millón es de años como supernovas. En la explosión también se forman elementos que son más pesados que el Hierro, y todos son lanzados hacia el espacio. Todos los elementos pesados, de los cuales también nosotros estamos compuestos fueron fusionados en el interior de estrellas y en las explosiones de las supernovas (De manera que, que en el mejor sentido de la palabra, nos componemos de polvo de estrellas).

Después de que los hoyos negros atrajeron a sus cercanías inmediatas y las han tragado la mayoría de las nubes de gas, las corrientes de gas que se precipitan dentro de ellos se agotan y con esto también las radiaciones de los quásares. Los hoyos negros se aquietan, y en gran parte se hacen invisibles. Estos forman los centros de las galaxias que se forman alrededor de ellos.

► 9 mil millones de años: Al borde una galaxia espiral, se densifica una nube de gas y polvo, que también contiene los elementos pesados de una anterior explosión de una supernova. Bajo la influencia de la gravitación esta nube se conglomera para formar finalmente un sistema solar con nueve planetas.

►13,7 mil millones de años: La temperatura de la radiación universal descendió ahora a casi – 270 ° C. sólo 2,7 grados sobre el cero absoluto. Esta es la temperatura medida de la actual radiación de fondo. En el tercer planeta, del arriba mencionado sistema solar, pequeños grupos de seres vivientes que usan herramientas salen de las selvas. Miran hacia el cielo nocturno y comienzan a cavilar sobre la eternidad…

¿Qué más sucede? Ya que no existe una razón para detener la simulación por computadoras en las últimas décadas, se las puede dejar computando hasta el final del universo. El resultado lo encuentra en Universo (aún n o disponible)

* = 0,000000000000000000000000000000001 segundos
** Cada radiación, según la fórmula de Einstein E = mcˆ2 una determinada cantidad de masa y según la ley de radiación de Planck, una determinada temperatura, donde ambos dependen de la densidad y la frecuencia de la radiación. Radiación puede transformarse espontáneamente en materia y antimateria de igual masa. Cuando materia y antimateria entran en contacto, se irradia de nuevo.
*** Incluso si ya está infinitamente grande. Imagínese que el espacio se compone de infinita cantidad de pequeños cubos de goma, los que se expanden de forma pareja. También hoy sigue expandiéndose, la velocidad de expansión está en aumento.

Fuente: ►http://www.unendliches.net/