¿Fue la energía la fuente de la materia?
El descubrimiento de Einstein mostró que toda la materia del universo pudo provenir de rayos gamma energéticos que chocaron en el espacio. Esto simplifica enormemente nuestra búsqueda de un comienzo. Si ni la materia ni la energía pudieran ser creadas o destruidas, como establecían las antiguas leyes de conservación, entonces la materia y la energía serían componentes separados y eternos del universo. Si pueden crearse, pero no pueden transformarse entre sí, entonces requieren causas separadas para su origen. Ahora sabemos que la materia puede destruirse para producir energía y que la energía puede materializarse cuando los rayos chocan. Por lo tanto, solo necesitamos buscar una causa.
¿Qué fue primero, la materia o la energía? Todas las formas conocidas de materia en cantidad contienen energía electromagnética, gravitatoria y nuclear. La energía nuclear sólo puede existir donde hay materia. La energía gravitatoria aparece cuando la materia o la energía electromagnética o ambas se distribuyen de manera desigual en el espacio. Cualquier cantidad de energía electromagnética puede existir por sí misma en el espacio libre, y si está distribuida casi uniformemente en el espacio, su energía gravitatoria es muy baja. Si solo hay una causa, entonces la energía electromagnética que llena todo el espacio casi uniformemente vino primero y la materia vino después.
Los rayos son paquetes de ondas electromagnéticas. Las ondas se repiten periódicamente a medida que se propagan por el espacio. Cada período de una onda toma cierta cantidad de tiempo para desarrollarse. Al principio, como no había transcurrido el tiempo, no se había desarrollado ninguna onda. Solo estaba presente la potencia para el desarrollo de ondas y la propagación de rayos. Esto hace que sea difícil describir el principio.
Es más fácil describir cómo eran las cosas un poco después del comienzo. Debemos imaginar la imagen. No podemos verlo, porque no había luz al principio. El comienzo de tiempo fue perfectamente oscuro.
Cualquier núcleo puede formar un átomo si se enfría lo suficiente como para capturar un número de electrones igual a su número de protones. Los electrones son demasiado livianos y activos para permanecer en el núcleo. Forman una nube alrededor del núcleo de unos cien micro micrómetros de diámetro. El núcleo es unas diez mil veces más pequeño que eso. Los átomos sometidos a calor intenso o bombardeados con rayos ultravioletas o electrones de alta energía vuelven a convertirse en plasma, una mezcla de núcleos desnudos y electrones. Las llamas y el gas en los letreros de neón son ejemplos.
Muy pronto después del comienzo, los rayos altamente energéticos se extendieron por todo el espacio, partiendo de todos los puntos y viajando en todas las direcciones. Cuando los rayos chocaron, chocaron en todas partes y, a menudo, se materializaron parcialmente como partículas. El universo se llenó de una mezcla energética de rayos y partículas. La materialización parcial tomó tanta energía de algunos de los rayos que se convirtieron en rayos de luz. De repente, el universo se llenó de luz. La fuente de la luz fueron los energéticos rayos gamma que chocaron y se materializaron parcialmente en la primera oscuridad. Dado que la oscuridad había estado en todas partes, la luz brilló en todas partes, comenzando desde todos los puntos y extendiéndose desde ellos en todas las direcciones.
Otros rayos, aquellos que retenían aún menos energía que los rayos de luz, se convirtieron en calor. La mezcla tenía una temperatura y una presión extremadamente altas. Todos los rayos y partículas chocaron frenéticamente entre sí. Algunos de los protones y neutrones chocan entre sí lo suficientemente fuerte como para unirse y formar núcleos simples de unas pocas partículas cada uno.
La presión hizo que la mezcla se expandiera y enfriara. El enfriamiento detuvo la formación de núcleos después de los primeros tres o cuatro minutos. Unos 380 000 años después, la mezcla estaba lo suficientemente fría como para permitir que los núcleos se movieran lentamente, capturaran los electrones libres y se convirtieran en átomos.
Este fue el comienzo de la materia tal como la conocemos.
La materia no es indestructible ni eterna. El descubrimiento de Einstein muestra cómo el material proviene de la energía de los rayos gamma, pero no explica la fuente de la energía. Se necesitan enormes cantidades de energía para producir una pequeña cantidad de materia.
Los físicos tienen la capacidad de producir oro directamente a partir de la energía. Cuando los rayos oscuros de un ciclotrón chocan, se materializan como electrones, protones y neutrones. Las reacciones nucleares pueden juntar protones y neutrones para formar núcleos, y cuando los núcleos están lo suficientemente fríos, atraerán los electrones para formar átomos. Los átomos de oro tienen 79 electrones, 79 protones y 118 neutrones. Los neutrones ayudan a mantener los protones juntos en el núcleo. Probablemente nadie haya llevado a cabo nunca el proceso completo de construcción de un átomo de oro a partir de partículas. Ciertamente nadie puede enriquecerse haciendo oro directamente de la energía. Una revisión reciente de los precios del mercado mostró que la energía eléctrica que el ciclotrón utiliza para convirtir energía en partículas cuesta 1000 veces más que el valor del oro.
Una agencia muy poderosa debe haber trabajado muy duro para generar tanta energía.
El descubrimiento de Einstein mostró que toda la materia del universo pudo provenir de rayos gamma energéticos que chocaron en el espacio. Esto simplifica enormemente nuestra búsqueda de un comienzo. Si ni la materia ni la energía pudieran ser creadas o destruidas, como establecían las antiguas leyes de conservación, entonces la materia y la energía serían componentes separados y eternos del universo. Si pueden crearse, pero no pueden transformarse entre sí, entonces requieren causas separadas para su origen. Ahora sabemos que la materia puede destruirse para producir energía y que la energía puede materializarse cuando los rayos chocan. Por lo tanto, solo necesitamos buscar una causa.
¿Qué fue primero, la materia o la energía? Todas las formas conocidas de materia en cantidad contienen energía electromagnética, gravitatoria y nuclear. La energía nuclear sólo puede existir donde hay materia. La energía gravitatoria aparece cuando la materia o la energía electromagnética o ambas se distribuyen de manera desigual en el espacio. Cualquier cantidad de energía electromagnética puede existir por sí misma en el espacio libre, y si está distribuida casi uniformemente en el espacio, su energía gravitatoria es muy baja. Si solo hay una causa, entonces la energía electromagnética que llena todo el espacio casi uniformemente vino primero y la materia vino después.
Los rayos son paquetes de ondas electromagnéticas. Las ondas se repiten periódicamente a medida que se propagan por el espacio. Cada período de una onda toma cierta cantidad de tiempo para desarrollarse. Al principio, como no había transcurrido el tiempo, no se había desarrollado ninguna onda. Solo estaba presente la potencia para el desarrollo de ondas y la propagación de rayos. Esto hace que sea difícil describir el principio.
Es más fácil describir cómo eran las cosas un poco después del comienzo. Debemos imaginar la imagen. No podemos verlo, porque no había luz al principio. El comienzo de tiempo fue perfectamente oscuro.
Cualquier núcleo puede formar un átomo si se enfría lo suficiente como para capturar un número de electrones igual a su número de protones. Los electrones son demasiado livianos y activos para permanecer en el núcleo. Forman una nube alrededor del núcleo de unos cien micro micrómetros de diámetro. El núcleo es unas diez mil veces más pequeño que eso. Los átomos sometidos a calor intenso o bombardeados con rayos ultravioletas o electrones de alta energía vuelven a convertirse en plasma, una mezcla de núcleos desnudos y electrones. Las llamas y el gas en los letreros de neón son ejemplos.
Muy pronto después del comienzo, los rayos altamente energéticos se extendieron por todo el espacio, partiendo de todos los puntos y viajando en todas las direcciones. Cuando los rayos chocaron, chocaron en todas partes y, a menudo, se materializaron parcialmente como partículas. El universo se llenó de una mezcla energética de rayos y partículas. La materialización parcial tomó tanta energía de algunos de los rayos que se convirtieron en rayos de luz. De repente, el universo se llenó de luz. La fuente de la luz fueron los energéticos rayos gamma que chocaron y se materializaron parcialmente en la primera oscuridad. Dado que la oscuridad había estado en todas partes, la luz brilló en todas partes, comenzando desde todos los puntos y extendiéndose desde ellos en todas las direcciones.
Otros rayos, aquellos que retenían aún menos energía que los rayos de luz, se convirtieron en calor. La mezcla tenía una temperatura y una presión extremadamente altas. Todos los rayos y partículas chocaron frenéticamente entre sí. Algunos de los protones y neutrones chocan entre sí lo suficientemente fuerte como para unirse y formar núcleos simples de unas pocas partículas cada uno.
La presión hizo que la mezcla se expandiera y enfriara. El enfriamiento detuvo la formación de núcleos después de los primeros tres o cuatro minutos. Unos 380 000 años después, la mezcla estaba lo suficientemente fría como para permitir que los núcleos se movieran lentamente, capturaran los electrones libres y se convirtieran en átomos.
Este fue el comienzo de la materia tal como la conocemos.
La materia no es indestructible ni eterna. El descubrimiento de Einstein muestra cómo el material proviene de la energía de los rayos gamma, pero no explica la fuente de la energía. Se necesitan enormes cantidades de energía para producir una pequeña cantidad de materia.
Los físicos tienen la capacidad de producir oro directamente a partir de la energía. Cuando los rayos oscuros de un ciclotrón chocan, se materializan como electrones, protones y neutrones. Las reacciones nucleares pueden juntar protones y neutrones para formar núcleos, y cuando los núcleos están lo suficientemente fríos, atraerán los electrones para formar átomos. Los átomos de oro tienen 79 electrones, 79 protones y 118 neutrones. Los neutrones ayudan a mantener los protones juntos en el núcleo. Probablemente nadie haya llevado a cabo nunca el proceso completo de construcción de un átomo de oro a partir de partículas. Ciertamente nadie puede enriquecerse haciendo oro directamente de la energía. Una revisión reciente de los precios del mercado mostró que la energía eléctrica que el ciclotrón utiliza para convirtir energía en partículas cuesta 1000 veces más que el valor del oro.
Una agencia muy poderosa debe haber trabajado muy duro para generar tanta energía.
El segundo descubrimiento
Al principio, el calor y la presión iniciaron la expansión del universo. Edwin Powell Hubble (astrónomo estadounidense, 1889–1953) descubrió en 1929 que el universo todavía se está expandiendo. La mayoría de las galaxias o cúmulos de galaxias se están extendiendo, alejándose unos de otros. Cuanto más lejos están de nosotros, más rápidamente se alejan.
Este movimiento debe haber comenzado en algún momento en el pasado relativamente reciente. Si siempre hubiera estado ocurriendo, por los siglos de los siglos en el pasado, ahora todas las otras galaxias estarían infinitamente lejos de nosotros y no podríamos ver ninguna. Pero el cielo está lleno de galaxias. Por lo tanto, sabemos que en un momento determinado, no infinitamente remoto en el pasado, toda la materia y energía del universo estaba muy compacta. Este momento marca el comienzo del universo, hace 13 820 millones de años.
Hubble ajustando el telescopio de 250 centímetros en el Observatorio Mount Wilson en California
Los descubrimientos de Einstein y Hubble, la materialización de la energía y la expansión del universo conducen a un modelo funcional de los comienzos del universo. Una fracción de segundo después del comienzo, los rayos cósmicos chocaron en la oscuridad, formando una mezcla ardiente de partículas y rayos que se expandió bajo una tremenda presión. Finalmente, la materia, el calor y la luz se separaron de la oscuridad y formaron las primeras estrellas y galaxias.
Hubble estaba trabajando con el telescopio más grande de su época cuando hizo su descubrimiento. Aun así, no podía ver muy lejos en el espacio. Esto significaba que solo podía observar condiciones en un pasado relativamente reciente.
La luz se mueve muy rápidamente, pero aun así tarda años en llegar incluso desde las estrellas más cercanas. Nunca podemos ver cómo están las cosas en el momento presente en los cielos. Lo que vemos allí ahora es pasado. Cuanto más lejos se mira en el espacio, más atrás en el tiempo se ve.
Los telescopios aumentaron gradualmente en tamaño y rendimiento. Sin embargo, tuvieron que esperar la invención de las matrices de detectores electrónicos para reemplazar la película antes de poder ver muy cerca del principio. Hasta entonces, las teorías basadas en el descubrimiento de Hubble tenían que depender de evidencia indirecta para su confirmación. Para 1948, Ralph Asher Alpher (físico estadounidense, 1921–), Robert Herman (físico e ingeniero civil estadounidense, 1914–) y George Gamow (físico teórico estadounidense nacido en Rusia, 1904–1968) habían calculado que la temperatura alta original del universo se ha reducido a unos 5 kelvin en la actualidad en las regiones vacías más frías del espacio.
Ahora conocemos la temperatura con mayor precisión. Es 2.735 kelvin.
Al principio, el calor y la presión iniciaron la expansión del universo. Edwin Powell Hubble (astrónomo estadounidense, 1889–1953) descubrió en 1929 que el universo todavía se está expandiendo. La mayoría de las galaxias o cúmulos de galaxias se están extendiendo, alejándose unos de otros. Cuanto más lejos están de nosotros, más rápidamente se alejan.
Este movimiento debe haber comenzado en algún momento en el pasado relativamente reciente. Si siempre hubiera estado ocurriendo, por los siglos de los siglos en el pasado, ahora todas las otras galaxias estarían infinitamente lejos de nosotros y no podríamos ver ninguna. Pero el cielo está lleno de galaxias. Por lo tanto, sabemos que en un momento determinado, no infinitamente remoto en el pasado, toda la materia y energía del universo estaba muy compacta. Este momento marca el comienzo del universo, hace 13 820 millones de años.
Hubble ajustando el telescopio de 250 centímetros en el Observatorio Mount Wilson en California
Los descubrimientos de Einstein y Hubble, la materialización de la energía y la expansión del universo conducen a un modelo funcional de los comienzos del universo. Una fracción de segundo después del comienzo, los rayos cósmicos chocaron en la oscuridad, formando una mezcla ardiente de partículas y rayos que se expandió bajo una tremenda presión. Finalmente, la materia, el calor y la luz se separaron de la oscuridad y formaron las primeras estrellas y galaxias.
Hubble estaba trabajando con el telescopio más grande de su época cuando hizo su descubrimiento. Aun así, no podía ver muy lejos en el espacio. Esto significaba que solo podía observar condiciones en un pasado relativamente reciente.
La luz se mueve muy rápidamente, pero aun así tarda años en llegar incluso desde las estrellas más cercanas. Nunca podemos ver cómo están las cosas en el momento presente en los cielos. Lo que vemos allí ahora es pasado. Cuanto más lejos se mira en el espacio, más atrás en el tiempo se ve.
Los telescopios aumentaron gradualmente en tamaño y rendimiento. Sin embargo, tuvieron que esperar la invención de las matrices de detectores electrónicos para reemplazar la película antes de poder ver muy cerca del principio. Hasta entonces, las teorías basadas en el descubrimiento de Hubble tenían que depender de evidencia indirecta para su confirmación. Para 1948, Ralph Asher Alpher (físico estadounidense, 1921–), Robert Herman (físico e ingeniero civil estadounidense, 1914–) y George Gamow (físico teórico estadounidense nacido en Rusia, 1904–1968) habían calculado que la temperatura alta original del universo se ha reducido a unos 5 kelvin en la actualidad en las regiones vacías más frías del espacio.
Ahora conocemos la temperatura con mayor precisión. Es 2.735 kelvin.
Los carbones rojos brillantes o los elementos calefactores eléctricos tienen una temperatura de 850 oC a 950 oC (1 562 oF a 1 742 oF). Algunas personas pueden ver un calor rojo incipiente que comienza a temperaturas tan bajas como 500 oC (932 oF). Cinco kelvin son -268 oC (-450,4 oF). Esto es demasiado frío para producir cualquier luz detectable.
La expansión del universo hace que la primera luz sea más fría que eso. Por lo tanto, ningún telescopio óptico puede ver la primera luz, sin importar cuán lejos pueda mirar. Sólo un radiotelescopio puede detectar las ondas electromagnéticas que corresponden a una temperatura tan baja.