Todo tiene un comienzo
Para entender el origen de la vida en la Tierra es preciso conocer cómo se formó ésta a partir de la materia contenida en el Universo. El Universo. ¿Qué es el Universo? La ciencia lo define como la suma de todo lo que existe: espacio, tiempo, materia, energía, y todas aquellas leyes y constantes físicas que los gobiernan. Su origen es, sin duda, uno de los mayores misterios para la comunidad científica.
Existen diversas hipótesis acerca de la formación del Universo, si bien las más aceptadas son la Teoría Inflacionaria y la Teoría del Big Bang, que se complementan. La primera de ellas, propuesta por Alan Guth y Andrei Linde, trata de explicar los primeros instantes del cosmos, afirmando que éste, hace unos 13.700 millones de años, era un punto con densidad de energía infinita en el que se concentraban la materia, la energía, el espacio y el tiempo (singularidad espaciotemporal). Una fuerza inflacionaria ejercida en una cantidad de tiempo prácticamente inapreciable en ese punto fue lo que povocó el primer impulso del Big Bang, y es la responsable de que en la actualidad el Universo siga expandiéndose, como se demuestra en la Ley de Hubble.
La gran "explosión"
Por su parte, el modelo del Big Bang se basa en un conjunto de soluciones de las ecuaciones de la Teoría de la relatividad general de Albert Einstein, llamados modelos de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker.
Cuando finalizó la inflación cósmica, debido a los altos valores de temperatura y densidad, la materia del universo quedó en forma de plasma de quarks-gluones. Estos quarks y gluones, a través de un proceso aún no del todo conocido denominado bariogénesis, se convirtieron en bariones (neutrones y protones), dando lugar a la asimetría observada hoy día entre materia y antimateria. La simetría se rompió como consecuencia de la bajada permanente de temperatura, lo que originó cambios de fase que dieron su forma actual a las interacciones fundamentales de la física y a las partículas elementales.
Una centésima de segundo después de la explosión, y a una temperatura de 100.000 millones de grados, el Universo, dominado por la radiación (fotones, neutrinos y antineutrinos) y trazas de materia (electrones, positrones, protones y neutrones), comenzó a enfriarse a la vez que las colisiones entre partículas provocaban su crecimiento, dando lugar a la estabilización de una energía que debía distribuirse en un volumen cada vez mayor.
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| Big Bang. Elpais.com |
Estas interacciones entre partículas tuvieron tres importantes consecuencias: equilibrio térmico del Universo, aniquilación y producción de electrones y positrones, y conversión de protones en neutrones, y viceversa .
Equilibrio térmico del Universo
Los continuos choques entre partículas producían intercambios de energía. El equilibrio térmico se alcanza cuando el número de moléculas con una determinada energía no varía con el tiempo, lo cual es posible sólo si por cada una de ellas que intercambia energía en una colisión, existe otra que ocupa su lugar tras cambiar su energía previa en otra colisión cualquiera. Esta condición se cumplía perfectamente en el Universo primitivo, pues las colisiones entre partículas eran constantes.
Producción y aniquilación de electrones y positrones
Bajo determinadas condiciones de temperatura y presión, la energía puede convertirse en materia, y viceversa. Dichas condiciones son las que existían, precisamente, en el Universo primitivo, permitiendo que los fotones se convirtiesen en electrones y en positrones (creación de pares). Los electrones y positrones colisionaban con sus respectivas antipartículas, dando lugar a fotones nuevamente (aniquilación).
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| Creación de pares. Wikipedia.org |
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| Aniquilación. Astronomía.net |
Cuando habían transcurido 13,82 segundos desde la explosión, la temperatura había descendido hasta los 3.000 millones de grados, lo que hizo que el número de electrones y positrones descendiese drásticamente; a medida que se aniquilaban unos a otros, la longitud de onda de los fotones producidos aumentaba, disminuyendo, por tanto, su energía, de forma que cada vez se hacía más difícil la forrmación de pares de electrones-positrones.
Convesión de protones en neutrones, y viceversa
Al principio, al ser tan alta la densidad de energía, los choques entre protones y neutrones se producían muy rápidamente, por lo que las reacciones de conversión de unos en otros se equilibraban, de modo que su número, aunque reducido, era prácticamente el mismo. Esto cambió inmediatamente, debido a que los neutrones son levemente más pesados que los protones, lo que implica una mayor energía para pasar de protón a neutrón que de éste a aquél. Al ir descendiendo la energía con la expansión, cada vez se producían más protones.
Nucleosíntesis primordial
Tres minutos después, la esfera incandescente se había enfriado hasta los 1.000 millones de grados, la materia empezó a dejar de moverse de forma relativista y su densidad de energía empezó a dominar gravitacionalmente sobre la radiación. Para entonces, neutrones y protones podían permanecer juntos al colisionar, dando lugar a la aparición de los primeros núcleos atómicos (nucleosíntesis primordial): hidrógeno (H), su isótopo deuterio (²H o D), isótopos de helio (³He y 4He), isótopos de litio (7Li y 6Li), tritio (³H) e isótopos de berilio (7Be y 8Be).
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| Nucleosíntesis primordial. www.cte.edu.uy |
300.000 años después del Big Bang, los electrones y los núcleos se combinaron para formar los primeros átomos. 100.000 años después, la radiación, al crearse átomos eléctricamente neutros, se desacopló de la materia y se propagó por todo el Espacio (radiación de fondo de microondas).
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| Anisotropía de la temperatura de la Radiación de Fondo de Microondas. Sonda WMAP. |
El Universo que conocemos
Con el paso del tiempo, determiandas zonas más densas de la materia crecieron gravitacionalmente, es decir, la fuerza de gravedad permitió concentrar mayor cantidad de materia, aumentando su densidad y formando nubes, estrellas, galaxias, y todas las demás estructuras astronómicas que existen. Tres tipos de materia podemos encontrar desde entonces en el Universo: materia oscura fría (la más común), materia oscura caliente y materia bariónica.
Actualmente, el Universo parece estar dominado por una enigmática forma de energía llamada energía oscura, que acelera su expansión.
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| Expansión del Universo. NASA. |
En el siguiente vídeo se cuenta cómo fue el primer segundo tras la "explosión":
