¿Dónde está el Big Bang?

03/11/2012 12 comentarios
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La localización del origen de nuestro universo es uno de los aspectos más misteriosos de la teoría del Big Bang. La respuesta tiene esencia de máxima zen: "en ningún lugar y por todos los lados".

Un amigo músico, interesado en los recientes desarrollos en Cosmología, me hizo el otro día una pregunta que me dí cuenta que podría no ser obvia para la mayoría de los lectores de Investigación y Ciencia, por lo que intentaré esbozar aquí la respuesta que le dí. En concreto, me preguntó "¿Dónde está el Big Bang?".

La respuesta más sencilla, aunque incompleta, a dicha pregunta es "en ningún sitio": nosotros no podemos localizar el Big Bang en ningún lugar de nuestro universo porque no está en nuestra hipersuperficie espacial. Sin embargo, esta no es la respuesta completa, pues nosotros recibimos luz (fotones) que provienen de hipersuperficies espaciales a distintos tiempos. Una respuesta complementaria sería que el Big Bang está "en todos los sitios", ya que los fotones que nos llegan del Big Bang (en realidad de la hipersuperficie de última dispersión de los fotones) vienen de todas las direcciones.

Para poder comprender ambas respuestas, aparentemente contradictorias, dejadme ofreceros una imagen bidimensional de nuestro universo. Nosotros vivimos en tres dimensiones espaciales y una temporal. Suponed que proyectamos el espacio 3D en la superficie 2D de una esfera. Entonces nosotros vivimos en una superficie que corresponde a un tiempo (t ~ 13.7 mil millones de años). En el pasado, dicha superficie era menor y concéntrica con la nuestra. En el pasado remoto (t ~ 0) todas las esferas colapsan a un punto. Este es el Big Bang. Por tanto, el Big Bang no está "en ningún sitio" de nuestro espacio, pero "en todos los sitios" de nuestro cono de luz pasado.

Fotones del Big Bang llegan de todas las direcciones. Objetos luminosos muy distantes, como galaxias y supernovas, emitieron su luz en el pasado y nos llegan hoy con espectros que han sufrido el corrimiento hacia el rojo por la expansión del universo. El espectro de cuerpo negro de los fotones del fondo cósmico de radiación de microondas ha sido desplazado al rojo hasta una temperatura de T ~ 3K. Todos ellos vienen de una esfera alrededor de nosotros (un círculo en el espacio proyectado bidimensional), pero esa esfera está en una hipersuperficie espacial pasada (es de hecho la intersección de nuestro cono de luz pasado con la hipersuperficie a tiempo t ~ 380.000 años).

Para poder visualizar lo que acabo de describir, sugiero estudiar la figura que adjunto. El radio de la esfera es el tiempo y nuestro espacio tridimensional es la superficie esférica externa (representada aquí como un círculo negro). El pasado está hacia el interior de dicha esfera, es decir "fuera" del espacio. El cono de luz pasado nos permite ver sólo una fracción de esas hipersuperficies pasadas, marcadas aquí en rojo. Cuanto más atrás nos vamos menor es el radio de la esfera, hasta llegar al Big Bang.

En realidad las esferas espaciales de nuestro universo tienen un radio al menos mil veces mayor que el horizonte visible, luego hay que entender esta figura como esferas concéntricas de enorme radio, de manera que la superficie cerca del punto "aquí y ahora" sería muy aproximadamente plana, es decir Euclídea. Sin embargo, he preferido mantener la figura tal como está para ayudar a su visualización.

Si alguno tiene curiosidad por profundizar algo más en esta materia, les propongo una estupenda referencia, algo técnica pero aún así accesible y pedagógica: 

 http://inspirehep.net/record/631732/

 

BigBang