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Lo primero que necesito es que comprendas la relación entre temperatura y calor. En la vida cotidiana entendemos que cuando algo tiene una temperatura muy alta, por ejemplo una olla caliente, percibimos la capacidad de que se produzca un intercambio de energía en forma de calor entre el objeto que tiene una temperatura más alta y el que tiene la temperatura más baja. Es decir, entendemos la temperatura como una forma de saber cuál tiene más energía calorífica.
Todas las mediciones de energía que tenemos del Big Bang, tanto masa como energía pura, por ejemplo en forma de radiación, podemos identificarlas o asignarles una temperatura basándonos en los hallazgos de la física estadística.
En su pregunta nos cuenta cómo se pudo alcanzar la altísima temperatura del Big Bang si aún no hubiera estrellas. La respuesta es que no necesitabas las estrellas para llegar allí. Lo que se necesitaba era que algo existiera, y en este caso era masa y energía. Esta masa y energía fueron creadas por pequeñas fluctuaciones en el vacío. Debido a estas fluctuaciones, se crean partículas, se genera radiación y se crean campos. Eso es lo primero que sucede. Sin estos antecedentes no podríamos hablar de temperatura. Si no hay nada, como expliqué al principio, no puede haber temperatura porque no puede haber intercambio de energía en forma de calor.
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A partir de aquí debemos preguntarnos en qué estado se encuentra todo lo que ha llegado a existir. La materia y la radiación creadas por un proceso cuántico pueden interpretarse como energía. Lo que tenemos entonces son partículas con masa, como un quark, y partículas sin masa, como un fotón. Lo que interpretamos como temperatura es una medida de cuánta energía está presente y cómo esa energía puede intercambiarse entre los diferentes componentes de este universo primitivo.
La masa queda muy comprimida. Para que os hagáis una idea, es como si usáramos una bomba de pistón para introducir aire en las ruedas de la bicicleta. Si ponemos mucho aire en un mismo volumen, la temperatura aumenta. Antes de la explosión (el Big Bang), toda la masa ocupaba inicialmente un volumen muy, muy pequeño. Al mismo tiempo, aparecieron muchas partículas sin masa, la radiación, que también está asociada con la energía. Y eso también estaba en un espacio muy compacto, lo que significa que era muy denso, por lo que había mucha energía asociada a él que alcanzaba una temperatura muy alta.
La temperatura en ese momento era tan alta que nunca ha vuelto a haber una temperatura así, porque nunca ha habido densidades de masa y energía tan altas. Desde entonces, desde el Big Bang, el universo ha seguido enfriándose y expandiéndose. Desde entonces, la energía que tenían las partículas se ha liberado. Esta energía unía unas partículas con otras extendiendo y rompiendo las fuerzas que unían unas partículas con otras. La energía se liberó y se convirtió en energía térmica, y eso es lo que hace que el universo no sea tan frío como lo habría sido debido al proceso de enfriamiento en curso del que les hablé.
Ruth Lazkoz Es física teórica, profesora e investigadora de la Universidad del País Vasco. Sus áreas de trabajo incluyen cosmología teórica y observacional, energía oscura y gravedad modificada.
Pregunta enviada por correo electrónico desde Eduardo Suizo
Coordinación y redacción: Victoria Toro
Nosotros contestamos es una consulta científica semanal patrocinada por el programa L’Oréal-Unesco “Por las mujeres en la ciencia” y de Bristol-Myers Squibb, que responde a las preguntas de los lectores sobre ciencia y tecnología. Son científicos y tecnólogos, socios de MEDIO (Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnólogas), quienes responden a estas preguntas. Envía tus preguntas a [email protected] o por X #respondemos.
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