La teoria del Big Bang i l'origen de l'Univers
El Big Bang, literalment gran esclat, constitueix el moment que
del "no res" emergeix tota la matèria, és a dir, l'origen de l'Univers.
La matèria, fins aquell moment, és un punt de densitat infinita, que en
un moment donat "explota" generant l'expansió de la matèria en totes
les direccions i creant el que coneixem com el nostre Univers.
Immediatament després del moment de la "explosió", cada partícula
de matèria va començar a allunyar-se molt ràpidament una d'una altra,
de la mateixa manera que al inflar un globus aquest va ocupant més
espai expandint la seva superfície. Els físics teòrics han aconseguit
reconstruir aquesta cronologia dels fets a partir d'un 1 / 100 de segon
després del Big Bang. La matèria llançada en totes les direccions per
l'explosió primordial està constituïda exclusivament per partícules
elementals: Electrons, Positrons, Mesons, Barions, Neutrins, Fotons i
un llarg etcètera fins a més de 89 partícules conegudes avui en dia.
El 1948 el físic rus nacionalitzat nord-americà George Gamow va
modificar la teoria de Lemaître del nucli primordial. Gamow va
plantejar que l'Univers es va crear en una explosió gegantesca i que
els diversos elements que avui s'observen es van produir durant els
primers minuts després de la Gran Explosió o Big Bang, quan la
temperatura extremadament alta i la densitat de l'Univers van fusionar
partícules subatòmiques en els elements químics. Càlculs més recents
indiquen que l'hidrogen i l'heli haurien estat els productes primaris
del Big Bang, i els elements més pesants es van produir més tard, dins
de les estrelles. No obstant això, la teoria de Gamow proporciona una
base per a la comprensió dels primers estadis de l'Univers i la seva
posterior evolució. A causa de la seva elevadíssima densitat, la
matèria existent en els primers moments de l'Univers es va expandir amb
rapidesa. Al expandir-se, l'heli i l'hidrogen es van refredar i es van
condensar en estrelles i en galàxies. Això explica l'expansió de
l'Univers i la base física de la llei de Hubble.
Segons s'expandia l'Univers, la radiació residual del Big Bang va
continuar refredant-se, fins arribar a una temperatura d'uns 3 K (-270
° C). Aquests vestigis de radiació de fons de microones van ser
detectats pels radioastrònoms el 1965, proporcionant així el que la
majoria dels astrònoms consideren la confirmació de la teoria del Big
Bang.
Un dels problemes sense resoldre en el model de l'Univers en
expansió és si l'Univers és obert o tancat (això és, si s'expandirà
indefinidament o es tornarà a contreure).
Un intent de resoldre aquest problema és determinar si la densitat
mitjana de la matèria a l'Univers és major que el valor crític en el
model de Friedmann. La massa d'una galàxia es pot mesurar observant el
moviment de les seves estrelles, multiplicant la massa de cada galàxia
pel nombre de galàxies es veu que la densitat és només del 5 al 10% del
valor crític. La massa d'un cúmul de galàxies es pot determinar de
forma anàloga, mesurant el moviment de les galàxies que conté. En
multiplicar aquesta massa pel nombre de cúmuls de galàxies s'obté una
densitat molt més gran, que s'aproxima al límit crític que indicaria
que l'Univers està tancat. La diferència entre aquests dos mètodes
suggereix la presència de matèria invisible, l'anomenada matèria fosca,
dins de cada cúmul però fora de les galàxies visibles. Fins que es
comprengui el fenomen de la massa oculta, aquest mètode de determinar
el destí de l'Univers serà poc convincent.
Molts dels treballs habituals en cosmologia teòrica se centren a
desenvolupar una millor comprensió dels processos que han d'haver donat
lloc al Big Bang. La teoria inflacionària, formulada en la dècada de
1980, resol dificultats importants en el plantejament original de Gamow
en incorporar avanços recents en la física de les partícules
elementals. Aquestes teories també han conduït a especulacions tan
agosarades com la possibilitat d'una infinitat d'universos produïts
d'acord amb el model inflacionari. No obstant això, la majoria dels
cosmòlegs es preocupa més de localitzar el parador de la matèria fosca,
mentre que una minoria, encapçalada pel suec Hannes Alfvén, premi Nobel
de Física, mantenen la idea que no només la gravetat sinó també els
fenòmens del plasma, tenen la clau per comprendre l'estructura i
l'evolució de l'Univers.
