Teoria del Big Bang

L’Univers va néixer en un instant de temps definit, fa uns 14.000 milions d’anys, en forma de bola de foc superdensa i supercalenta de radiació energètica. ¿Com es va arribar a aquest model que explica l’origen i evolució de l’Univers? En realitat és el fruit de molts anys de disquisicions, teories i experiments innovadors a càrrec de molts científics de primera línia. 

El 1917, la teoria de la relativitat general d’Albert Einstein va portar a unes equacions que no descrivien un univers estàtic ni immutable; Alexander Friedmann hi va trobar unes solucions que descrivien models diferents de l’Univers, tots ells amb tendència a evolucionar, fos cap a l’expansió o al col·lapse. A partir del 1924, l’astrònom Edwin Hubble va demostrar que la Via Làctia no sols és una galàxia entre moltes més, sinó que aquestes galàxies s’allunyen entre elles a mesura que l’Univers s’expandeix. En definitiva, unes observacions confirmaven uns models matemàtics. 

Univers

Les galàxies no es mouen a través de l’espai, són arrossegades per l’expansió del mateix espai

Hubble va localitzar altres galàxies i en va calcular la distància a partir de la llum que en rebem. Una desviació cap al vermell en el seu espectre significa que l’objecte que l’emet s’allunya de nosaltres; la desviació cap a l’altre extrem de l’espectre, cap al blau, significa que l’objecte emissor s’apropa. Després d’observar i catalogar espectres de moltes galàxies, el 1929 va publicar les seves conclusions: quasi totes les galàxies s’allunyen de la nostra. La magnitud de la seva desviació cap al vermell és directament proporcional a la distància en què es troben. Quant més llunyana és una galàxia, amb més velocitat se separa de nosaltres. 

El 1927, Lemaître, sacerdot i matemàtic, ja va preveure que el desplaçament cap al roig i l’expansió de l’Univers estaven directament relacionats; un univers en expansió és un univers canviant que forçosament ha d’haver tingut una evolució des d’un punt zero. Això el va portar a pensar en una «explosió inicial» i va ser Hoyle, un dels principals adversaris d’aquesta hipòtesi, qui la va batejar com el Big Bang per ridiculitzar-la. 

Les equacions d’Einstein permeten tirar enrere fins a menys d’un milisegon de l’instant en què tota la matèria i energia de l’Univers va emergir d’un punt minúscul, una singularitat. Als anys quaranta, George Gamow va demostrar de quina manera les interaccions nuclears que tenien lloc a la bola de foc de l’Univers primitiu podien haver convertit hidrogen en heli, i va deduir-ne que aquell Univers primitiu i concentrat, abocat a un procés d’expansió i pèrdua de temperatura després de la gran explosió, havia d’haver emès una radiació que encara avui hauria de ser detectada en forma de microones: la radiació còsmica de fons. 

El 1965, els físics Penzias i Wilson, mentre provaven un detector de microones ultrasensible, van quedar sorpresos en observar que captava una radiació estranya que provenia, per igual, de tots els punts de l’espai. Diferents proves van demostrar que procedia de més enllà de la galàxia. Un físic teòric, James Peebles, en va trobar l’explicació: era un eco del Big Bang, el darrer vestigi de l’explosió inicial. A principis dels anys noranta, el satèl·lit COBE va aportar noves dades creant un mapa de microones de l’Univers primitiu: 

cobe2

La radiació còsmica de fons correspon al període en què l’Univers es va fer visible, quan tenia només 400.000 anys 

Actualment, el satèl·lit WMAP continua la tasca amb mesures molt més precises:

RCFwmap

En un univers sense fluctuacions de temperatura la radiació còsmica de fons seria uniforme, s’observaria un univers llis amb la matèria repartida de manera homogènia, sense possibilitat de concentrar-se en estrelles i galàxies. Les imatges del WMAP del nostre Univers mostren petits grumolls que corresponen a petites fluctuacions que es van poder convertir en les galàxies actuals. 

Al capítol 41 del meu llibre Els peons de l’assassí, pàgina 490, el físic Wolfgang Leinberger, en conversa amb l’escriptora Mariel Curtis, fa una petita descripció dels primers temps de l’Univers: 

  • —[…] Els escrits que parlen de la creació no entren en contradicció amb aquesta idea, expressen, amb uns termes més assequibles per als homes, la noció d’un inici. En un moment donat sorgeix la matèria i l’energia, l’espai i el temps. 
  • La Mariel va començar a recitar el gènesi segons la Bíblia: —«Al principi, Déu va crear el cel i la terra. La terra era caòtica i desolada, les tenebres cobrien la superfície de l’oceà, i l’Esperit de Déu planava sobre les aigües. Déu digué: —Que existeixi la llum.» 
  • —Intercanvieu cel per energia i terra per matèria —va indicar en Wolfgang—: «Déu va crear l’energia i la matèria. La matèria era caòtica i desolada…» Recordeu que dels fotons d’aquella gran bola de radiació inicial en sorgien parells de partícules i antipartícules que alhora col·lidien i es destruïen mútuament, en un intercanvi constant d’energia, fins quedar una minúscula fracció de partícules per sobre d’antipartícules que es va fixar com a matèria estable: «…les tenebres cobrien la superfície de l’oceà, i l’Esperit de Déu planava sobre les aigües». L’Univers era com una sopa de matèria i radiació, un mar dens i calent, massa calent perquè es formessin àtoms estables, i a la que un nucli capturava un electró, aquest era arrancat per un fotó energètic de la radiació de fons. L’Univers es va anar refredant i tres-cents mil anys després, els fotons es van fer massa dèbils com per arrancar els electrons dels àtoms. «Déu digué: —Que existeixi la llum.» Durant un període de cinc-cents mil anys la radiació de fons va deixar de tenir una interacció significativa amb la matèria, i l’Univers es va fer transparent, és a dir visible, i per tant observable a través dels telescopis. A partir d’aquest moment matèria i radiació van evolucionar independentment, es va fer la llum a l’Univers. 

El Big Bang havia acabat. Després va continuar la seva expansió de manera relativament tranquil·la mentre s’anava refredant. En alguns punts en què la matèria s’hauria acumulat, les forces gravitatòries van produir conglomerats inicials que van donar lloc a les galàxies. 

bigbanginflacio

Però segons els entesos, hi ha una qüestió que el Big Bang no satisfà: ¿per què l’Univers és homogeni a gran escala si hi ha regions que no han estat en contacte en el passat? El físic Alan Guth, a principis dels anys vuitanta, va introduir el model inflacionari de l’Univers que després va millorar Andrei Linde. La hipòtesi inflacionista defensa que en els primers instants es va produir un creixement molt accelerat de l’Univers; el ritme posterior hauria estat molt més lent. L’Univers observable, o al qual tenim accés, només és una fracció del real i prové d’una regió molt petita que abans de la inflació estava connectada. 

La part de l’Univers que podem observar està limitada per la velocitat de la llum. Estem al centre d’una esfera més enllà de la qual no podem saber res, a aquest límit se l’anomena l’horitzó. L’Univers visible o observable arriba fins a un horitzó que es troba a 14.000 milions d’anys llum perquè té aproximadament 14.000 milions d’anys d’edat; la llum dels objectes més distants no ha tingut temps d’arribar fins a nosaltres.

A hores d’ara, el model inflacionari és una proposta atractiva, però que ha d’esperar la seva comprovació. Sobretot d’ençà que s’ha observat que l’expansió de l’Univers s’accelera a causa de la presència d’una forma d’energia desconeguda, l’enigmàtica energia obscura 

bigbang2

Els telescopis moderns detecten la llum procedent de galàxies situades a milers de milions d’anys llum i ens ensenyen com era l’Univers de jove; ens permeten fer un viatge en el temps. Si poguéssim veure l’horitzó de l’Univers, estaríem observant el moment mateix de la creació, però aleshores no era transparent. Els satèl·lits detecten la radiació còsmica de fons i proporcionen una imatge de l’Univers a major escala de la que podem observar. Els acceleradors de partícules s’acosten, cada vegada més, a les altes energies que imperaven als inicis de l’Univers. Això fa augurar que en el futur sabrem molt més del nostre Univers. Actualment són molts els indicis que recolzen la teoria del Big Bang, per tant, qualsevol nou model que vulgui explicar l’origen de l’Univers l’haurà d’englobar. 

Maria Lluïsa Latorre (21 de juny de 2007)

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà.