ORIGEN DEL UNIVERSO

UNIVERSO MUY PRIMIGENIO

BOLA DE FUEGO PRIMARIA (-13.810 Millones de años)

ORIGEN DE LA FÍSICA

 Concentración de toda la energía en un solo punto de mucha inestabilidad; produciendo miles de millones de grados sin prácticamente masa. 

 Lo que produjo el BIG BANG, que duró solo una mínima fracción de segundo. Aunque en  realidad no fué ni grande, ni fue una explosión. 

 Lo que da origen a la Física de Alta Energía o Física de Partículas (Partículas elementales que forman la materia). 

ÉPOCA DE PLANCK 

  Primera 10−43 fracción de segundo hace -13.810 millones de años.

  Las 4 fuerzas fundamentales están aún unificadas en una sola "Fuerza Unificada". Estas cuatro fuerzas son (Gravedad, Electromagnetismo, Interacción nuclear fuerte e Interacción nuclear débil)

ÉPOCA DE LA GRAN UNIFICACIÓN 

  Entre la primera 10−43 fracción de segundo y la primera 10−36 fracción de segundo.

  Se produjo una gran expansión y un gran enfriamiento (en proporción al origen) que produce que la Fuerza de la Gravedad se escape del resto de Fuerza Unificada ( lo que da nombre a la época). 

 Esto quiere decir que Aparece el gravitón (bosón o partícula elemental de intercambio portadora de gravedad). Es la fuerza que atrae las partículas entre sí y que afecta al movimiento de estas desde las más pequeñas a las masas mayores. 

  Hay un vacío cuántico pero es una época de muchísima agitación. 

ERA DE LA RADIACIÓN

INFLACIÓN CÓSMICA  

  Entre la primera 10−36 fracción de segundo y la primera 10−33 fracción de segundo.

  La Fuerza nuclear fuerte se separa de la Electrodébil: La Fuerza nuclear fuerte (cuyo bosón portador es el gluón) es la responsable de que se formen los núcleos de quarks;  por lo que en esta época se forma una sopa de Quarks-gluón. 

  Esto provoca un paso de una situación simétrica en el que las fuerzas eran una; a una situación asimétrica en el que las fuerzas están separadas, y que la simetría que existía desaparece. 

  Pasando rápidamente de una fase llamada de falso vacío: de simetría inestable, a una fase de verdadero vacío de asimetría estable. 

  Para compensar la asimetría y mantener el equilibrio, se produce un excedente de calor que se denomina sobrebullición. Este exceso de calor o energía produce una expansión rápida y homogénea del volumen del universo de 1078.

  La expansión explica la homogeneidad original, pues todo proviene de una sopa homogenea. 

  La expansión también explica la impresión de universo llano. El universo sería de dos dimensiones (superficie) pero limitado o cerrado, por lo que la superficie es una esfera; pero cuya expansión daría como resultado que la esfericidad se pierde dando la impresión de llano (Como ocurre en la superficie de la Tierra, que es esférica pero da la impresíon de llana o plana)  

  Todo este exceso de energía que provoca la expansión es también atrapado por las partículas y antipartículas que se forman de la nada para volver a desaparecer. Lo que provoca que se vuelvan más estables, y se formen partículas sin que sin necesidad de formar antipartículas que las neutralice. Dando un plasma de Quarks estable.  

 

UNIVERSO PRIMIGENIO

ÉPOCA ELECTRODÉBIL

  Primera 10−12 fracción de segundo.

  Con esta asimetría estable la expansión del universo continua, enfriándose a su vez, pero al mismo ritmo que en la actualidad. A partir de una temperatura de 1015 grados centígrados la Fuerza nuclear débil se separa de la Electromagnética, ya no están unificadas: 

 - La Fuerza nuclear débil provoca desintegraciones radioactivas, es la responsable de la fusión que provoca la energía del Sol, por ejemplo. Por eso esta época está dominada por la radioactividad. Las partículas elementales de la Fuerza nuclear débil son los bosones W y Z.

 - La Fuerza Electromagnética también queda libre; su partícula elemental es el fotón y es la fuerza responsable de que el átomo se mantenga unido; principalmente los electrones con el núcleo.

A partir de este momento el universo está regulado por las cuatro fuerzas que conocemos hoy en día. 

 

ÉPOCA DEL HADRÓN

  Entre la primera 10−6 fracción de segundo y la primera 10−2 fracción de segundo.

  La expansión sigue a medida que las temperaturas bajan hasta 1013 grados, produciendo el Confinamiento de los Quarks. 

 Hasta ahora las partículas estaban tan calientes que no se sometían a la Fuerza nuclear fuerte por lo que estaban en un estado de continua agitación. A partir de esta temperatura la Fuerza nuclear fuerte toma el control obligando a los quarks a asociarse.

 El plasma o sopa Quark-gluón se enfría formándose las partículas subatómicas llamadas Hadrones: principalemente los bariones que son tres quarks (los más estables son los protones y los neutrones)

  Es una época marcada por una incesante creación de pares barión-antibarión (materia) que inmediatamente se destruyen formando dos fotones (energía), hasta que llega un punto que el enfriamiento del universo hace disminuir la energía media de los fotones hasta pasar el umbral que permite crear el par barión-antibarión. 

Como existe una asimetría entre materia y antimateria de 1 entre mil millones, esto ha producido que de toda esta incesante ebullición; cuando los fotones ya no son capaces de transformarse y la antimateria desaparece queden los bariones residuales. 

ERA LEPTÓNICA

 Ya no hay tanta energía como para crear protones pero si para crear electrones, que tienen una masa 2000 veces menor. Por lo que dominan las reacciones de producción y aniquilación electrón-antielectrón. 

DESACOPLAMIENTO DE LOS NEUTRINOS: 

  Los neutrinos que estaban en constante interacción con el resto de las partículas por la Fuerza nuclear débil, llegan a un punto es que debido a la expansión dejan de estar cerca; y como no tienen otro tipo de carga actúan a partir de ahora como si el resto de la materia no existiera encontrándose todavía presentes en el Universo moderno (podríamos decir que son los primeros fósiles del universo, los cuales nos han ayudado a comprender el origen del mismo)  

  La temperatura sigue bajando hasta un punto en que la producción de pares electrón-antielectrón se detiene (un segundo tras el Big Bang), quedando al fin un remanente de electrones residuales. 

  Se puede decir que a partir del primer segundo ya tenemos las bases de la materia que forma todo nuestro universo. La antimateria desaparece quedando solo la materia asimétrica residual (protones, neutrones y electrones) 

  El potrón aislado lo podemos considerar estable.

  El neutrón aislado es inestable = se aniquila despues de unos 15 minutos creándose:  protón + electrón + antineutrino. Por lo que la tendencia será de una disminución de neutrones a favor de la aparición de protones. 

  Aunque lo que realmente abundan en esta época son los fotones. 

PERÍODO DE LA FISIÓN NUCLEAR

NUCLEOSÍNTESIS PRIMORDIAL

  Cien segundos tras el Big Bang .

  La Fuerza nuclear fuerte actúa sobre protones y neutrones que tienden a asociarse formando núcleos atómicos simples. Aún así estas uniones son inestables por el choque con fotones predominantes que los rompen. 

  Cuando la temperatura desciende a 109 grados, los fotones son demasiado débiles para romper estas uniones, por lo que se van creando núcleos atómicos simples ya que mayores son demasiado inestables como para mantenerse en el tiempo y formar otros más complejos. 

  Son las partículas básicas de la fusión nuclear: hidrógeno, deuterio, tritio, helio.

  Además las condiciones de la Nucleosíntesis primordial es muy limitada en el tiempo, no duró más de tres minutos, debido a la expansión del universo.

  Así que al final de este periodo lo que predomina es el núcleo atómico de hidrógeno (75%) y el de Helio (25%). Cuyas expectativas se corresponde con las medidas que se observan en las galaxias que se observan actualmente.

  Remarco la palabra núcleo, porque son solo neutrones y protones, sin electrones. Aún no son átomos. 

  Estas nuevas masas atómicas aumentan la gravedad y disminuyen la expansión del Universo. Estamos hacia el minuto 5 tras el Big Bang. 

ERA DE LA MATERIA

  Durante los 70.000 años siguiente las densidades relativa (fotones) y no relativa (núcleos) se igualan. 

  Pero la temperatura sigue siendo muy alta y cuando un núcleo atómico (protón/neutrón) se une a un electrón, esta unión es inmediatamente destruida por el choque de un fotón. Por otro lado los fotones casi no tiene tiempo de desplazarse sin chocar contra un nuevo átomo por lo que se conoce como Universo Opaco (sin luz).  

RECOMBINACIÓN

  Cuando la temperatura desciende hacia los 3.000º C, hacia el año 380.000, los fotones dejan de ser suficientemente fuertes como para romper las uniones protón-electrón lo que permite que se creen los átomos de Hidrógeno y Helio de forma estable. 

Así que la luz deja de encontrar obstáculos en la materia y los fotones comienzan a vagar libremente por el Universo. A esto se dice que el Universo es transparente para la luz y que la radiación se desacopla de la materia (como ocurrió con anterioridad con los neutrinos)

Esta radiación que ha quedado inalterable hasta nuestros días es aún observable y se la denomina "Radiación Fósil". Pero como durante este tiempo la expansión ha continuado aumentando mil veces el universo, la temperatura se ha visto reducida en la misma proporción.

Por lo que el Universo actual se baña en una radiación fósil que ronda los 3ºC 

Esta radiación fósil demuestra que el universo tuvo que pasar por una etapa extremadamente densa y caliente, que se correspondería con la teoría del Big Bang. 

Este es un mapa del universo donde se observa la radiación fosil,  Que se ha mantenido desde el año 380.000 del universo. Podemos observar que si bien son bastante homogéneas existen fluctuaciones. 

Estas fluctuaciones que debieron de ser microscópicas al origen (Principio de incertidumbre de la mecánica cuántica), tras la Inflación son ya más considerables y debido a la expansión del Universo siguieron acentuándose en la materia, que a su vez por efecto de la gravedad en las zonas más densa atraería a más materia marcándose considerablemente las diferencias entre zonas ricas y pobres de materia y creando las estructuras del Universo.  

Lo que da como resultado un universo como el nuestro  con galaxias, cúmulos y nebulosas.