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Medio siglo del descubrimiento del eco del ’big bang’

Sergio Torres Arzayús*, El Tiempo, febrero 27 de 2015

El hallazgo de la radiación cósmica de fondo representó el Nobel para Wilson y Penzias en 1978.

Hace 50 años apareció un artículo, en una de esas revistas científicas que solo leen los estudiantes de doctorado a las 2 de la mañana, titulado ‘Medición de exceso de señal a 4.080 megahercios’. El nombre, de entrada, espantaba cualquier pista de que lo reportado podría ser algo trascendental.

En 1965, Robert Wilson y Arno Penzias, los autores, trabajaban para los laboratorios de la empresa telefónica Bell Telephone, en Nueva Jersey (EE. UU.), haciendo mediciones con una antena cónica para la recepción de microondas.

Al analizar la señal recibida, Penzias y Wilson vieron una anomalía que no podían explicar. Algo así como un incómodo ruido de fondo, en todas direcciones, que interfería con los datos que intentaban obtener.

Descartaron toda posible fuente de radiación que pudiera contribuir a la señal de microondas, y al final se percataron de que habían detectado un exceso de radiación electromagnética.

Era un fondo de radiación presente en todas las direcciones del cielo hacia donde dirigían la antena.

Habían hallado la radiación que poco después de la gran explosión que conocemos como el big bang colmaba el universo.

Ese fue el tema del famoso artículo de nombre complejo que partió en dos la historia de la cosmología científica (estudio del origen y la evolución del universo). Además, les significó el Premio Nobel de Física, en 1978.

Respaldo a la teoría de la gran explosión

Antes de 1965, la teoría dominante sobre el origen del universo era el modelo estacionario, propuesto por el matemático y astrofísico de Cambridge Fred Hoyle en 1948. Según su tesis, el universo no tuvo un comienzo en el tiempo.

La teoría estacionaria da cuenta de la expansión del espacio que observó el astrónomo Edwin Hubble en 1929 y estaba motivada por un sólido fundamento, basado en la teoría de la relatividad general, de Albert Einstein.

Por esa época, las ideas de Hoyle eran aceptadas por la mayoría de los científicos que trabajaban en el tema, pero no era la única.

Existía otro modelo, bastante desacreditado y fuertemente criticado por Hoyle, que proponía el concepto de que el universo tuvo un comienzo en el tiempo en un estado caliente y denso, donde se inició la expansión del espacio: el modelo cosmológico del big bang.

El físico ucraniano George Gámov fue uno de los científicos que hicieron avanzar en mayor grado la teoría del big bang.

Uno de los puntos a favor de su tesis era que explicaba no solo la expansión del espacio, sino también una realidad conocida por los astrónomos sobre la constitución de las estrellas: que están hechas con la misma receta: 75 por ciento de hidrógeno y 25 por ciento de helio (y trazas de elementos más pesados).

Debe haber un proceso que explique ese patrón tan fundamental, y fue Gámov, con su propuesta del big bang, quien resolvió el problema de la abundancia de elementos primordiales en el universo.

Según el big bang, el universo comenzó en un estado caliente y denso, como un reactor nuclear, donde se encontraban las condiciones para producir el hidrógeno y el helio primordiales.

Pero eso no es todo. El big bang también hace una predicción contundente: debe existir un fondo de radiación que permea todo el espacio y que aparece como una señal de microondas, con una intensidad de 2,7 grados Kelvin.

Esa radiación de fondo –que apareció en la antena de Penzias y Wilson en 1964– se debe a la energía existente en el caldo primordial donde se formaron los núcleos de hidrógeno y helio que constituyen la materia prima a partir de la cual, más adelante, se forman las estrellas. Desde ese momento los astrofísicos empezaron a tomarse en serio la teoría del big bang.

Pero ¿cómo sabemos que esa radiación se originó en el big bang? La respuesta es que la teoría hace predicciones muy puntuales sobre las propiedades de la radiación cósmica de fondo, y hasta el momento las mediciones son consistentes con las predicciones.

Esto dicen las mediciones: la intensidad de la señal tiene un valor de 2,72548 grados Kelvin, consistente con las predicciones; su espectro característico (intensidad de la señal a diferentes frecuencias) fue medido por el satélite COBE, de la Nasa; debido a la expansión del espacio, la intensidad de la señal era mayor en el pasado, lo cual se ha medido con precisión; la radiación de fondo exhibe pequeñas fluctuaciones (también predichas), originadas por los procesos físicos en las épocas tempranas del universo, y tiene patrones de polarización, también observados.

En resumen, el big bang es la teoría sobre el origen del universo que mejor explica las observaciones astronómicas, y la radiación de fondo constituye evidencia empírica contundente.

* Centro Internacional de Física (CIF), Bogotá.

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