Hace 13.800 millones de años, todo lo que existe — toda la materia, toda la energía, el espacio mismo — estaba concentrado en un punto de densidad y temperatura infinitas. Luego el universo comenzó a expandirse.
Eso es el Big Bang. Pero la descripción popular — "una gran explosión" — es engañosa de dos maneras.
Primero, no fue una explosión en el espacio. Fue el espacio mismo expandiéndose. No hay un "afuera" del universo desde el que mirar la explosión.
Segundo, el modelo no dice nada sobre qué "causó" el Big Bang o qué había "antes". El tiempo mismo comenzó en ese instante. La pregunta "qué había antes del Big Bang" puede carecer de sentido — como preguntar qué hay al sur del Polo Sur.
Lo que el modelo sí describe con notable precisión es lo que pasó en los primeros instantes.
Los primeros tres minutos
En los primeros instantes, el universo era tan caliente y denso que las partículas elementales no podían existir de forma estable. Quarks, gluones, fotones — todo en un estado de plasma de alta energía.
A medida que el universo se expandía, la temperatura bajaba.
Primer milisegundo: los quarks comenzaron a combinarse para formar protones y neutrones.
Primeros tres minutos: la temperatura bajó lo suficiente para que los protones y neutrones comenzaran a fusionarse, formando los núcleos más simples: hidrógeno, helio y trazas de litio. Este proceso se llama nucleosíntesis del Big Bang y predice que el universo debería tener aproximadamente 75% de hidrógeno y 25% de helio. Las observaciones actuales confirman exactamente esa proporción.
380.000 años: el universo se enfrió lo suficiente para que los electrones se unieran a los núcleos, formando átomos neutros. Cuando eso ocurrió, la materia dejó de ser opaca a la luz. Los fotones que quedaron libres en ese momento aún viajan por el universo — es el fondo cósmico de microondas.
El fondo cósmico de microondas: la foto del universo bebé
En 1964, Arno Penzias y Robert Wilson, dos ingenieros de los Laboratorios Bell, estaban calibrando una antena de radio cuando detectaron un ruido de fondo extraño que venía de todas las direcciones del cielo por igual. No podían eliminar el ruido. Limpiaron la antena, removieron la materia orgánica que habían dejado algunas aves, verificaron cada componente.
El ruido persistía.
Lo que habían detectado era el fondo cósmico de microondas — la radiación residual del Big Bang, aún viajando por el universo 380.000 años después del inicio. Ganaron el Nobel de Física en 1978.
El fondo cósmico de microondas es la evidencia más directa del Big Bang. Su temperatura uniforme de 2,7 Kelvin (-270.45°C) y su estructura ligeramente irregular (variaciones de una parte en 100.000) son consistentes con las predicciones del modelo y permiten calcular parámetros del universo temprano con alta precisión.
Por qué el universo tiene la forma que tiene
Las pequeñas irregularidades en el fondo cósmico de microondas — regiones ligeramente más densas y calientes que el promedio — son las semillas de toda la estructura que existe hoy. Esas regiones ligeramente más densas tuvieron más gravedad, atrajeron más materia, y eventualmente formaron las primeras estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias.
El mapa de esas irregularidades en el fondo cósmico de microondas es la fotografía más antigua del universo y la hoja de instrucciones de cómo creció toda la estructura cósmica posterior.
Materia oscura y energía oscura
El universo observable está compuesto aproximadamente de:
- 5% de materia ordinaria (todo lo que vemos: estrellas, planetas, gas, polvo)
- 27% de materia oscura
- 68% de energía oscura
La materia oscura es algo que tiene gravedad pero no emite ni absorbe luz. No sabemos qué es. Su existencia se infiere de sus efectos: las galaxias giran de una manera que requiere más masa que la que podemos ver.
La energía oscura es aún más misteriosa: es lo que está causando que la expansión del universo se acelere. Fue descubierta en 1998. No tenemos ningún modelo aceptado de qué es.
El 95% del universo es algo que no entendemos.
Dónde se rompe la física
El Big Bang explica el universo desde los primeros instantes (10⁻⁴³ segundos, el llamado tiempo de Planck) en adelante. Antes de ese instante, la densidad y la temperatura son tan altas que las ecuaciones de la relatividad general dejan de ser válidas.
Para describir el momento inicial exacto se necesitaría una teoría cuántica de la gravedad — que unificara la relatividad general con la mecánica cuántica. Esa teoría no existe todavía.
Así que lo que pasó en los primeros 10⁻⁴³ segundos es genuinamente desconocido. No es que el Big Bang sea una historia incompleta — es que la herramienta que necesitaríamos para contar el principio exacto no ha sido construida todavía.
