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Una de las hipótesis que plantea el modelo del Big Bang es que lo que observamos hoy es lo que era en el principio. Me recuerdo una vez más que el primer momento en que el Universo comenzó a expandirse no está descrito por el Big Bang, porque todavía no tenemos un modelo que describa las interacciones gravitacionales en este régimen de gravedad cuántica. Pero un poco más tarde, cuando el cosmos comience a expandirse, el contenido de materia y energía que estaba presente en ese momento es el que está presente hoy y lo estará al final.
Al principio el volumen era muy pequeño, pero el universo se expande y la densidad, es decir, la energía por unidad de volumen, simplemente se enrarece.
Esto también hace que el universo se enfríe. El espacio es un lugar muy frío estos días. La radiación cosmológica, no la que nos llega directamente de las estrellas, sino la radiación de fondo, tiene una temperatura muy baja de 2,7 Kelvin (-270,5 °C). Y, sin embargo, si miramos hacia atrás en la historia del universo, esta radiación es mucho más caliente en el origen. La expansión hace que se enfríe.
Entonces, la respuesta a su pregunta es: Lo que predice el modelo del Big Bang, que actualmente explica mejor el universo, es que toda la materia y la energía ya estaban allí en el principio. Lo que puede haber cambiado es el carácter de lo que llamamos materia y energía. Para que lo entiendas basamos nuestra explicación en el modelo de la física de partículas. Y según este modelo, las partículas pueden tener masa. Lo que necesitamos comparar es la masa de estas partículas a la temperatura de cada momento de la evolución del universo. Y eso es exactamente lo que ha cambiado. ¿Cuánta radiación teníamos y cuánta queda ahora?
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Pero si calculamos la energía que había al principio, es la misma que había al final. Sin embargo, esta energía cambia a medida que el universo se expande y se enfría. Si hay una excitación térmica fuerte, como pensamos, debe haber ocurrido en el origen, aunque tampoco estamos seguros, pero imaginamos que debe haber sido así, por culpa de esta excitación térmica todo debe comportarse como energía de radiación. Pero a medida que se enfría, algunas de estas partículas ya no se comportan de forma relativista, la excitación térmica disminuye y empiezan a comportarse como nuestra idea de la materia, algo con masa y baja velocidad, como la materia oscura. Debes recordar que materia y energía son conceptos intercambiables en la relatividad especial. Es la famosa ecuación de Einstein: podemos convertir algo con masa en energía.
Lo que debemos considerar es su velocidad, si es algo que se mueve a velocidades cercanas a la velocidad de la luz o si es algo que tendría velocidades mucho más pequeñas y, por lo tanto, no relativistas. Cuando decimos no relativista, significa que estamos tratando con velocidades de movimiento térmico que son mucho menores que la velocidad de la luz. Y lo que llamamos materia son, estrictamente hablando, partículas con velocidades pequeñas en comparación con la velocidad de la luz.
Mar Bastero GilEs profesora e investigadora del Grupo de Física Teórica de Altas Energías (FTAE) de la Universidad de Granada.
Pregunta enviada por correo electrónico desdeDavid Robinson
Coordinación y redacción:Victoria Toro
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