VIII. LA GRAN EXPLOSI�N

APROXIMADAMENTE diez a�os antes del descubrimiento de la expansi�n del Universo, el f�sico Albert Einstein hab�a desarrollado su teor�a general de la relatividad. Como parte de las aplicaciones a su teor�a, Einstein elabor� un modelo matem�tico del Universo que no aceptaba como soluci�n un Universo est�tico y exig�a que el Universo estuviese en contracci�n o bien en expansi�n. Einstein encontr� este resultado poco satisfactorio y, para evitar confrontarlo, introdujo en sus ecuaciones un t�rmino arbitrario, la constante cosmol�gica, que permit�a que el modelo diera como soluci�n un Universo est�tico.

A�os despu�s, cuando Einstein se enter� del resultado de las observaciones de Hubble, reconoci� que sus ecuaciones en la forma original eran m�s adecuadas para describir el Universo y llam� a la introducci�n de la constante cosmol�gica, "el m�s grande error de mi vida".

Varios de los f�sicos y matem�ticos m�s destacados de los a�os treinta como el abate Georges Lema�tre, dedicaron gran parte de su tiempo a la elaboraci�n de modelos matem�ticos que explicaran por qu� se expande el Universo. La mayor�a de los modelos coinciden en la necesidad de una explosi�n en el pasado remoto. Llegar a esta conclusi�n no es dif�cil.

Si echamos imaginariamente a andar el tiempo en reversa, encontramos que, como las galaxias se alejan entre s� (v�ase la Fig. 25), en el pasado estaban m�s cercanas. Si continuamos echando a andar el tiempo para atr�s, alcanzamos un momento en que las galaxias, hoy tan separadas, comenzar�an a tocarse. Finalmente, llegar�amos a un momento en que toda la masa del Universo se encontrar�a concentrada en un volumen relativamente peque�o. Como conocemos la velocidad con que se separan entre s� las galaxias, es posible estimar cu�nto tiempo hace desde que se encontraban tan juntas y comprimidas que no ten�an identidad propia, puesto que el Universo era entonces homog�neo y bien mezclado. El tiempo transcurrido es de alrededor de 15 mil millones de a�os. Esto suena a mucho, pero hay que recordar que el Sol y el sistema planetario se formaron hace 5 mil millones de a�os, cuando el Universo ten�a ya 10 mil millones de a�os de formado. O sea que el Sol tiene una edad considerable, aproximadamente una tercera parte de la edad del Universo.

Figura 25. Como el universo se halla en expansi�n, se concluye que en el pasado era m�s compacto. Hace quince mil millones de a�os, todo el Universo se hallaba concentrado en una peque�a regi�n de alta densidad y temperatura.

Fue de aquel n�cleo primigenio que el Universo se origin� hace 15 mil millones de a�os en una violenta explosi�n. El gas, originalmente muy caliente y homog�neo, fue expandi�ndose velozmente. Poco a poco fue enfri�ndose y de �l fueron form�ndose grumos de gigantescas proporciones. Debido a la atracci�n gravitacional, estos grumos de gas fueron contray�ndose para formar las galaxias. Este proceso de formaci�n de las galaxias concluy� cinco mil millones de a�os despu�s de la Gran Explosi�n. Una vez formadas las galaxias, entre ellas la nuestra, se inici� en cada una el proceso de subdivisi�n que lleva a la formaci�n de soles individuales. Es conveniente se�alar que la historia del Universo incluye cuatro momentos muy importantes para nosotros que est�n separados entre s� por aproximadamente 5 mil millones de a�os. Estos momentos son:

El �ltimo momento marcado s�lo tiene de importancia ser nuestro punto de referencia.

Pero la prueba de fuego de una buena teor�a es hacer una buena predicci�n. Las buenas teor�as no s�lo deben explicar lo que ya se conoce sino deben predecir fen�menos que nuevos experimentos comprobar�n.

La teor�a de la Gran Explosi�n inclu�a una gran predicci�n que se pudo comprobar finalmente hace menos de veinte a�os. En 1948 el f�sico de origen ruso, George Gamow, trabajando dentro del marco del modelo de la Gran Explosi�n, hizo notar que el intenso calor de la explosi�n debi� haber producido grandes cantidades de radiaci�n electromagn�tica que deber�a estar presente en el Universo. Gamow tambi�n predijo que dicha radiaci�n estar�a ahora en la forma de ondas de radio muy d�biles. En aquel entonces, las t�cnicas de detecci�n de ondas de radio no eran lo suficientemente sensitivas para medir dicha radiaci�n. La predicci�n de Gamow cay� en el olvido.

Afortunadamente, a partir de los a�os cincuenta se desarroll� vigorosamente la radioastronom�a. En lugar de captar y medir luz visible, los radioastr�nomos estudian las ondas de radio que emiten ciertos objetos en el Universo como los pulsares, los cuasares, y los m�seres circunestelares. Son muchas las contribuciones que a la ciencia ha hecho la radioastronom�a, tales como el descubrimiento de los tres tipos de objetos mencionados. Pero la contribuci�n m�s importante ser�a la detecci�n accidental de la radiaci�n producida por la Gran Explosi�n y que Gamow hab�a predicho se podr�a medir en la forma de ondas de radio.

En 1965 los radioastr�nomos estadounidenses Arno Penzias y Robert Wilson utilizaban un radiotelescopio muy sensitivo para medir ondas de radio que pudieran entorpecer la telecomunicaci�n v�a sat�lite. (v�ase la Fig. 26) Para su desconcierto, encontraron que el sensitivo aparato registraba un exceso de ondas de radio que no pod�an atribuir a algo conocido. En una conversaci�n informaron de este descubrimiento a un colega, y �ste les dio a conocer la predicci�n de Gamow. La radiaci�n que queda como testimonio de la Gran Explosi�n ha sido medida a diferentes frecuencias (v�ase la Fig. 27) y su intensidad tiene precisamente la forma predicha por el modelo de la Gran Explosi�n. Por su descubrimiento, fortuito pero fundamental, Penzias y Wilson compartieron el premio Nobel de F�sica de 1978.

Figura 26. El radiotelescopio con el que Penzias y Wilson detectaron la radiaci�n f�sil producto de la Gran Explosi�n.

Figura 27. Como lo predice la teor�a, la radiaci�n f�sil tiene la dependencia espectral de un cuerpo negro a la temperatura de 3 grados absolutos. Por eso se le conoce tambi�n como radiaci�n de fondo de 3 grados.

�Se expandir� el Universo por siempre? Su expansi�n depende de la cantidad de masa que contiene. La fuerza de atracci�n gravitacional entre las galaxias produce una desaceleraci�n de la expansi�n. Sin embargo, si la masa del Universo est� formada s�lo por las galaxias, la fuerza de atracci�n gravitacional nunca lograr� detener la expansi�n y evolucionaremos hacia un Universo cada vez m�s vac�o. Por otra parte, si existiera una gran cantidad de materia invisible en el Universo, la atracci�n gravitacional ganar�a la batalla y en el futuro lejano la expansi�n se detendr�a y de hecho comenzar�a el Universo a contraerse.

�Existen estas grandes cantidades de materia invisible? Hasta hace muy poco se cre�a que no, lo cual parec�a condenar al Universo a expanderse por siempre. Pero ahora se especula sobre una posible nueva fuente de masa. Durante la Gran Explosi�n se produjeron grandes cantidades de part�culas f�sicas llamadas neutrinos. Se cre�a que �stos, como los fotones, no ten�an masa. Pero ciertos experimentos sugieren que el neutrino s� podr�a tener masa, con lo que estar�a contribuyendo a detener la expansi�n del Universo.