La energía de los diferentes tipos de rayos
Los rayos suficientemente energéticos pueden colisionar y materializarse. Al igual que las partículas, las ondas electromagnéticas también vienen en “paquetes.” Se llaman fotones. Los rayos son la pista o trayectoria de estos fotones de energía. A diferencia de los átomos, las ondas electromagnéticas en el espacio libre pueden subdividirse sin perder sus características. La subdivisión mínima se llama un cuanto, que es el constante h de Planck multiplicado por la frecuencia f de vibración en hertzios.
La palabra “fotón” proviene de la palabra griega para luz. La misma palabra se aplica a los cuantos de todo tipo de ondas electromagnéticas, ya sean del tipo que podemos ver o no.
Podemos decir que los fotones son "partículas" como electrones, protones o neutrones, pero algunas de sus características difieren. Los electrones, protones y neutrones son partículas materiales, es decir, tienen masa tanto si se mueven como si no. A medida que se mueven más rápido, se vuelven más masivos porque su energía cinética se suma a su masa. Los fotones tienen una masa equivalente a su energía, pero tienen esa masa solo porque se mueven a la velocidad de la luz. Las partículas materiales ocupan una cierta cantidad de espacio y, por lo general, obligan a otras partículas materiales a buscar otro lugar. Cualquier número de fotones puede encajar en el mismo espacio y todos tienden a seguir la misma trayectoria, sin forzar a otros fotones a salirse de la línea. En este aspecto los rayos son como líneas. Una línea geométrica tiene ancho cero. Se pueden agrupar muchas líneas sin aumentar el ancho en absoluto.
Los fotones se mueven a lo largo de los rayos como el tráfico en una autopista.
El tráfico en las carreteras puede ser mixto, consistiendo en automóviles económicos livianos, automóviles deportivos, automóviles de turismo, automóviles pesados de lujo, autobuses, camiones livianos y pesados, y camiones con remolque de 18 ruedas o más. Estos vehículos tienen una variedad de tamaños y difieren en la cantidad de carga que pueden transportar.
Los fotones difieren según la energía que transportan. De menos a más energéticos, estos son los fotones de ondas de radio, microondas, ondas milimétricas, calor, luz, rayos ultravioletas, rayos X suaves y rayos X duros o rayos gamma.
El tráfico en una autopista puede ser lento o intenso dependiendo de la hora del día o de la noche y del tipo de día, ya sea laborable, fin de semana o feriado. La intensidad del tráfico es distinta del tipo de tráfico. Algunas vías verdes excluyen camiones y autobuses, pero el tráfico aún varía en intensidad. De manera similar, los rayos pueden ser débiles incluso si sus fotones tienen alta energía, o intensos incluso si sus fotones tienen baja energía, pero siempre se van a la misma velocidad, la de la luz.
Un rayo es un rastro de fotones y los fotones son paquetes de ondas. Las ondas vibran. Vibración significa que algo está yendo y viniendo o dando vueltas y vueltas. Un ciclo es un movimiento completo de ida y vuelta o un circuito completo. La rapidez de vibración también se llama frecuencia, el número de veces por segundo que el movimiento pasa por ciclos. Los físicos dan la rapidez de vibración en una unidad que lleva el nombre de Heinrich Rudolf Hertz (físico alemán, 1857–1894). Un ciclo por segundo se llama un hercio.
La energía de un fotón es proporcional a su rapidez de vibración. Para obtener la energía de un rayo en vatios-segundo o julios, multiplique la rapidez de vibración en hercios por la constante de Planck, 662,606.876 micro-micro-micro-micro-micro-microjulios-segundos, o sea, 6,626.068.76 x 10-34 julio-segundos.
.La constante de Planck es un número muy pequeño. La rapidez de vibración de las ondas electromagnéticas suele ser un gran número de ciclos por segundo, pero la constante de Planck es tan pequeña que el producto de la rapidez de vibración y la constante de Planck casi siempre es un número pequeño. Esto significa que se necesitan muchos fotones para formar un rayo intenso, incluso si los fotones son muy energéticos.
Comparemos las tasas de vibración usando unidades de un megahercio (MHz), lo que significa un millón de vibraciones por segundo. Las ondas de radio vibran con relativa lentitud. El rango de radio AM es de 0,522 MHz a 1,620 MHz. La radio FM estándar sintoniza entre 88 MHz y 108 MHz. Las ondas en un horno de microondas vibran a 2.450 MHz. Las únicas ondas que podemos ver son ondas de luz. Su rapidez de vibración se encuentra entre 430 millones y 750 millones de MHz. Los rayos gamma vibran más rápidamente que cualquier otra onda electromagnética.
A menudo describimos una onda por su longitud en lugar de su rapidez de vibración.
La longitud es la distancia entre cualquier característica identificable de una onda y la siguiente repetición de esa característica. Por ejemplo, la longitud de onda es la distancia desde una cresta o pico hasta la siguiente cresta o pico. Se obtiene la misma longitud de onda midiendo de un canal o valle al siguiente canal o valle. Las cosas son un poco más complicadas si se mide desde el punto medio entre una cresta y un valle. La longitud de onda es la distancia de un punto medio al siguiente en pendientes ascendentes, o de un punto medio al siguiente en pendientes descendentes.
La longitud de onda y la rapidez de vibración están inversamente relacionadas. El producto de la longitud de onda y la rapidez de vibración es la velocidad de la onda. Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio libre a una velocidad que conocemos como la velocidad de la luz. La longitud de onda es la velocidad dividida por la rapidez de vibración, y la rapidez de vibración es la velocidad dividida por la longitud de onda. Las ondas de radio de baja frecuencia tienen longitudes de onda largas y las ondas de alta frecuencia de los rayos gamma tienen longitudes de onda cortas. Los fotones tienen longitudes de onda que van de largas a cortas a medida que aumenta la energía del fotón.
Los rayos más energéticos
Las partículas subatómicas como protones, neutrones o electrones solo pueden crearse de colisiones de rayos que vibran muy rápidamente, porque cada partícula requiere una gran cantidad de energía para fabricarse. A mediados del siglo XX había aceleradores lo suficientemente potentes como para producir pares de partículas a partir de energía pura. La energía mínima para la producción de pares es la requerida para producir un electrón y un positrón. La energía que puede proporcionar un rayo es directamente proporcional a su rapidez de vibración e inversamente proporcional a su longitud de onda. Trabajemos con la longitud de onda, porque es la más fácil de visualizar.
Solo los rayos X o gamma forman partículas
Las longitudes de onda de los rayos que forman las partículas subatómicas deben ser muy pequeñas. Obviamente, las partículas subatómicas son más pequeñas que los átomos. Los rayos que los forman también deben tener longitudes de onda más pequeñas que el tamaño de los átomos. Podemos obtener un máximo exacto para las longitudes de onda que necesitamos para hacer partículas subatómicas considerando la energía de las ondas y la masa de las partículas.
Consultando la tabla del Apéndice A, encontramos la longitud de onda de un rayo que puede formar un electrón, 2,4 micromicrómetros. Para hacer un protón o un neutrón necesitamos rayos con una longitud de onda de 1,3 milésimas de micromicrómetro, es decir, 1846 veces más corto, porque un protón o un neutrón pesa 1846 veces más que el peso de un electrón.
Para ver cuánto más cortas son estas longitudes de onda que las de la luz visible, primero elijamos un color para comparar, uno cuya longitud de onda sea un número conveniente cerca de la mitad del espectro de luz visible. La luz azul tiene una longitud de onda de 470 milésimas de micrómetro y la luz verde unas 528 milésimas de micrómetro. Por tanto, 485 milésimas de micrómetro corresponden a un azul verdoso. La longitud de onda de un rayo X energético o un rayo gamma que generará un electrón es 200.000 veces más corta que la longitud de onda de la luz azul verdosa. Los rayos X o rayos gamma vibran 200.000 veces más rápido y son 200.000 veces más energéticos que los rayos azul verdosos.
Ahora multiplique la longitud de onda del protón o neutrón por 2000 veces 200.000, o 400.000.000. Eso da una longitud de onda de 528 milésimas de micrómetro, la longitud de onda de la luz verde. Los energéticos rayos X o rayos gamma que se necesitan para producir un protón o un neutrón son 400.000.000 veces más energéticos que los rayos de luz verde. Está claro que solo los rayos X muy energéticos o los rayos gamma pueden formar partículas al chocar.
En los ejemplos anteriores, hemos calculado la energía del fotón necesaria para formar una partícula. Por supuesto, necesitamos otro fotón de igual energía en un rayo en colisión para formar otra partícula, idéntica a la primera pero de signo opuesto si la primera partícula lleva una carga eléctrica. Esta segunda partícula se llama antipartícula de la primera. La antipartícula de un electrón es un positrón. La antipartícula de un protón es un antiprotón. Un neutrón es la antipartícula de otro neutrón.
Podríamos pensar que podríamos usar energías más bajas para formar pares de neutrinos, ya que estas partículas muy ligeras tienen muy poca masa. Un fotón ultravioleta proporciona energía suficiente para materializar la masa de un neutrino. Sin embargo, los neutrinos no provienen de reacciones de energía pura. Proceden de núcleos en descomposición. Un tipo de desintegración expulsa un electrón y un neutrino y convierte un neutrón en un protón. Otro tipo de desintegración expulsa un positrón y un neutrino y convierte un protón en un neutrón. Antes y después de la reacción que produce neutrinos, siempre hay materia presente, tan masiva como un protón o un neutrón. Por lo tanto, dos fotones ultravioletas, chocando en el espacio lejos de cualquier material, no pueden producir neutrinos.
Las longitudes de onda de los rayos gamma son muy pequeñas. Para interactuar, no basta con que se crucen los caminos de dos rayos gamma. Los fotones deben llegar a la región de interacción aproximadamente al mismo tiempo. Esto significa que los fotones de rayos gamma pueden viajar largos tiempos y grandes distancias en direcciones aleatorias antes de materializarse.
Producción de partículas naturales
Los fotones de luz no tienen suficiente energía para formar partículas subatómicas por sí mismos. Alrededor de 400.000 de ellos tendrían que chocar simultáneamente para crear un par de electrones. Es muy inusual que colisionen más de dos fotones a la vez. Hacer un par electrón-positrón requiere rayos X energéticos o rayos gamma. Los rayos que producen protones o neutrones deben ser aún más energéticos y de mayor frecuencia de vibración.
Las primeras partículas
Ahora tenemos suficientes antecedentes para comprender la producción de las primeras partículas subatómicas. Una larga investigación ha demostrado que la fase oscura inicial del universo fue el comienzo de las partículas, los átomos y toda la materia. Los científicos de la NASA que revisaron esta investigación escribieron:
Fue natural buscar condiciones durante las primeras etapas de la expansión del universo en las que los elementos podrían haberse formado.[i]
[i] Truran, J. W. y A. G. W. Cameron, Capítulo 23, “Nucleosynthesis,” Introduction to Space Science Written by the Staff of Goddard Space Flight Center National Aeronautics and Space Administration, Greenbelt, Maryland [Nucleosíntesis”, Introducción a la ciencia espacial Escrito por el personal del Centro de vuelos espaciales Goddard Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, Greenbelt, Maryland], segunda edición, revisada y ampliada, Wilmot N. Hess y Gilbert D. Mead, editores (Nueva York: Gordon and Breach, Science Publishers, 1968), pág. 984.
Simulando el proceso
Nadie ha fotografiado directamente la producción de las primeras partículas todavía. Ocurrió en los primeros micro-micro-microsegundos del universo, y los telescopios aún no pueden ver ningún momento antes de 380.000 años después del comienzo. Sin embargo, podemos simular el proceso de producción de partículas. Los físicos provocan regularmente colisiones entre rayos X energéticos en ciclotrones y aceleradores lineales. Las partículas subatómicas se materializan diariamente a partir de rayos X en laboratorios de todo el mundo. Las imágenes que toman los físicos de la oscuridad de los rayos X provenientes de los ciclotrones y que producen partículas atómicas son imágenes simuladas de la primera noche.
No sabemos cuánto tiempo pasó hasta que los rayos gamma chocaron. Por lo tanto, no sabemos cuánto duró la primera noche. Sabemos que una onda de luz completa una vibración en una milésima de micromicrosegundo. Hasta que no había pasado esa cantidad de tiempo, no existía tal cosa como una onda de luz completa. La primera noche debe haber durado al menos ese tiempo.
Durante la primera noche, los rayos gamma chocaron entre sí y se materializaron como componentes atómicos. Fred Hoyle (astrónomo inglés, 1915–2001) tenía razón cuando dijo que el universo no comenzó con una "gran explosión única", es decir, un "big bang". [i] Este nombre popular para el comienzo del universo es engañosa. Sugiere que ocurrió una explosión en un punto y los materiales expulsados volaron hacia el espacio vacío.
[i] Hoyle, Fred, The Nature of the Universe, edición americana (Nueva York: Harper & Brothers, 7 de octubre de 1950), pág. 119.
Las colisiones no son explosiones. Las explosiones son destructivas, pero las colisiones eran constructivas, porque hicieron las partículas. Por lo tanto, el comienzo de la materia del universo no fue un evento accidental y sin sentido. Cuando ocurrían las colisiones entre los rayos gamma, muchas veces sobraba energía que no se utilizó para producir partículas. Esa energía sobrante producía ondas electromagnéticas de longitudes más grandes de los rayos gamma, como ondas de rayos X, ondas ultravioletas, luz, onda de calor, y ondas de radio. Así se produjo la luz, como dijo Dios en la Biblia, “Haya luz.”
Los rayos suficientemente energéticos pueden colisionar y materializarse. Al igual que las partículas, las ondas electromagnéticas también vienen en “paquetes.” Se llaman fotones. Los rayos son la pista o trayectoria de estos fotones de energía. A diferencia de los átomos, las ondas electromagnéticas en el espacio libre pueden subdividirse sin perder sus características. La subdivisión mínima se llama un cuanto, que es el constante h de Planck multiplicado por la frecuencia f de vibración en hertzios.
La palabra “fotón” proviene de la palabra griega para luz. La misma palabra se aplica a los cuantos de todo tipo de ondas electromagnéticas, ya sean del tipo que podemos ver o no.
Podemos decir que los fotones son "partículas" como electrones, protones o neutrones, pero algunas de sus características difieren. Los electrones, protones y neutrones son partículas materiales, es decir, tienen masa tanto si se mueven como si no. A medida que se mueven más rápido, se vuelven más masivos porque su energía cinética se suma a su masa. Los fotones tienen una masa equivalente a su energía, pero tienen esa masa solo porque se mueven a la velocidad de la luz. Las partículas materiales ocupan una cierta cantidad de espacio y, por lo general, obligan a otras partículas materiales a buscar otro lugar. Cualquier número de fotones puede encajar en el mismo espacio y todos tienden a seguir la misma trayectoria, sin forzar a otros fotones a salirse de la línea. En este aspecto los rayos son como líneas. Una línea geométrica tiene ancho cero. Se pueden agrupar muchas líneas sin aumentar el ancho en absoluto.
Los fotones se mueven a lo largo de los rayos como el tráfico en una autopista.
El tráfico en las carreteras puede ser mixto, consistiendo en automóviles económicos livianos, automóviles deportivos, automóviles de turismo, automóviles pesados de lujo, autobuses, camiones livianos y pesados, y camiones con remolque de 18 ruedas o más. Estos vehículos tienen una variedad de tamaños y difieren en la cantidad de carga que pueden transportar.
Los fotones difieren según la energía que transportan. De menos a más energéticos, estos son los fotones de ondas de radio, microondas, ondas milimétricas, calor, luz, rayos ultravioletas, rayos X suaves y rayos X duros o rayos gamma.
El tráfico en una autopista puede ser lento o intenso dependiendo de la hora del día o de la noche y del tipo de día, ya sea laborable, fin de semana o feriado. La intensidad del tráfico es distinta del tipo de tráfico. Algunas vías verdes excluyen camiones y autobuses, pero el tráfico aún varía en intensidad. De manera similar, los rayos pueden ser débiles incluso si sus fotones tienen alta energía, o intensos incluso si sus fotones tienen baja energía, pero siempre se van a la misma velocidad, la de la luz.
Un rayo es un rastro de fotones y los fotones son paquetes de ondas. Las ondas vibran. Vibración significa que algo está yendo y viniendo o dando vueltas y vueltas. Un ciclo es un movimiento completo de ida y vuelta o un circuito completo. La rapidez de vibración también se llama frecuencia, el número de veces por segundo que el movimiento pasa por ciclos. Los físicos dan la rapidez de vibración en una unidad que lleva el nombre de Heinrich Rudolf Hertz (físico alemán, 1857–1894). Un ciclo por segundo se llama un hercio.
La energía de un fotón es proporcional a su rapidez de vibración. Para obtener la energía de un rayo en vatios-segundo o julios, multiplique la rapidez de vibración en hercios por la constante de Planck, 662,606.876 micro-micro-micro-micro-micro-microjulios-segundos, o sea, 6,626.068.76 x 10-34 julio-segundos.
.La constante de Planck es un número muy pequeño. La rapidez de vibración de las ondas electromagnéticas suele ser un gran número de ciclos por segundo, pero la constante de Planck es tan pequeña que el producto de la rapidez de vibración y la constante de Planck casi siempre es un número pequeño. Esto significa que se necesitan muchos fotones para formar un rayo intenso, incluso si los fotones son muy energéticos.
Comparemos las tasas de vibración usando unidades de un megahercio (MHz), lo que significa un millón de vibraciones por segundo. Las ondas de radio vibran con relativa lentitud. El rango de radio AM es de 0,522 MHz a 1,620 MHz. La radio FM estándar sintoniza entre 88 MHz y 108 MHz. Las ondas en un horno de microondas vibran a 2.450 MHz. Las únicas ondas que podemos ver son ondas de luz. Su rapidez de vibración se encuentra entre 430 millones y 750 millones de MHz. Los rayos gamma vibran más rápidamente que cualquier otra onda electromagnética.
A menudo describimos una onda por su longitud en lugar de su rapidez de vibración.
La longitud es la distancia entre cualquier característica identificable de una onda y la siguiente repetición de esa característica. Por ejemplo, la longitud de onda es la distancia desde una cresta o pico hasta la siguiente cresta o pico. Se obtiene la misma longitud de onda midiendo de un canal o valle al siguiente canal o valle. Las cosas son un poco más complicadas si se mide desde el punto medio entre una cresta y un valle. La longitud de onda es la distancia de un punto medio al siguiente en pendientes ascendentes, o de un punto medio al siguiente en pendientes descendentes.
La longitud de onda y la rapidez de vibración están inversamente relacionadas. El producto de la longitud de onda y la rapidez de vibración es la velocidad de la onda. Las ondas electromagnéticas viajan en el espacio libre a una velocidad que conocemos como la velocidad de la luz. La longitud de onda es la velocidad dividida por la rapidez de vibración, y la rapidez de vibración es la velocidad dividida por la longitud de onda. Las ondas de radio de baja frecuencia tienen longitudes de onda largas y las ondas de alta frecuencia de los rayos gamma tienen longitudes de onda cortas. Los fotones tienen longitudes de onda que van de largas a cortas a medida que aumenta la energía del fotón.
Los rayos más energéticos
Las partículas subatómicas como protones, neutrones o electrones solo pueden crearse de colisiones de rayos que vibran muy rápidamente, porque cada partícula requiere una gran cantidad de energía para fabricarse. A mediados del siglo XX había aceleradores lo suficientemente potentes como para producir pares de partículas a partir de energía pura. La energía mínima para la producción de pares es la requerida para producir un electrón y un positrón. La energía que puede proporcionar un rayo es directamente proporcional a su rapidez de vibración e inversamente proporcional a su longitud de onda. Trabajemos con la longitud de onda, porque es la más fácil de visualizar.
Solo los rayos X o gamma forman partículas
Las longitudes de onda de los rayos que forman las partículas subatómicas deben ser muy pequeñas. Obviamente, las partículas subatómicas son más pequeñas que los átomos. Los rayos que los forman también deben tener longitudes de onda más pequeñas que el tamaño de los átomos. Podemos obtener un máximo exacto para las longitudes de onda que necesitamos para hacer partículas subatómicas considerando la energía de las ondas y la masa de las partículas.
Consultando la tabla del Apéndice A, encontramos la longitud de onda de un rayo que puede formar un electrón, 2,4 micromicrómetros. Para hacer un protón o un neutrón necesitamos rayos con una longitud de onda de 1,3 milésimas de micromicrómetro, es decir, 1846 veces más corto, porque un protón o un neutrón pesa 1846 veces más que el peso de un electrón.
Para ver cuánto más cortas son estas longitudes de onda que las de la luz visible, primero elijamos un color para comparar, uno cuya longitud de onda sea un número conveniente cerca de la mitad del espectro de luz visible. La luz azul tiene una longitud de onda de 470 milésimas de micrómetro y la luz verde unas 528 milésimas de micrómetro. Por tanto, 485 milésimas de micrómetro corresponden a un azul verdoso. La longitud de onda de un rayo X energético o un rayo gamma que generará un electrón es 200.000 veces más corta que la longitud de onda de la luz azul verdosa. Los rayos X o rayos gamma vibran 200.000 veces más rápido y son 200.000 veces más energéticos que los rayos azul verdosos.
Ahora multiplique la longitud de onda del protón o neutrón por 2000 veces 200.000, o 400.000.000. Eso da una longitud de onda de 528 milésimas de micrómetro, la longitud de onda de la luz verde. Los energéticos rayos X o rayos gamma que se necesitan para producir un protón o un neutrón son 400.000.000 veces más energéticos que los rayos de luz verde. Está claro que solo los rayos X muy energéticos o los rayos gamma pueden formar partículas al chocar.
En los ejemplos anteriores, hemos calculado la energía del fotón necesaria para formar una partícula. Por supuesto, necesitamos otro fotón de igual energía en un rayo en colisión para formar otra partícula, idéntica a la primera pero de signo opuesto si la primera partícula lleva una carga eléctrica. Esta segunda partícula se llama antipartícula de la primera. La antipartícula de un electrón es un positrón. La antipartícula de un protón es un antiprotón. Un neutrón es la antipartícula de otro neutrón.
Podríamos pensar que podríamos usar energías más bajas para formar pares de neutrinos, ya que estas partículas muy ligeras tienen muy poca masa. Un fotón ultravioleta proporciona energía suficiente para materializar la masa de un neutrino. Sin embargo, los neutrinos no provienen de reacciones de energía pura. Proceden de núcleos en descomposición. Un tipo de desintegración expulsa un electrón y un neutrino y convierte un neutrón en un protón. Otro tipo de desintegración expulsa un positrón y un neutrino y convierte un protón en un neutrón. Antes y después de la reacción que produce neutrinos, siempre hay materia presente, tan masiva como un protón o un neutrón. Por lo tanto, dos fotones ultravioletas, chocando en el espacio lejos de cualquier material, no pueden producir neutrinos.
Las longitudes de onda de los rayos gamma son muy pequeñas. Para interactuar, no basta con que se crucen los caminos de dos rayos gamma. Los fotones deben llegar a la región de interacción aproximadamente al mismo tiempo. Esto significa que los fotones de rayos gamma pueden viajar largos tiempos y grandes distancias en direcciones aleatorias antes de materializarse.
Producción de partículas naturales
Los fotones de luz no tienen suficiente energía para formar partículas subatómicas por sí mismos. Alrededor de 400.000 de ellos tendrían que chocar simultáneamente para crear un par de electrones. Es muy inusual que colisionen más de dos fotones a la vez. Hacer un par electrón-positrón requiere rayos X energéticos o rayos gamma. Los rayos que producen protones o neutrones deben ser aún más energéticos y de mayor frecuencia de vibración.
Las primeras partículas
Ahora tenemos suficientes antecedentes para comprender la producción de las primeras partículas subatómicas. Una larga investigación ha demostrado que la fase oscura inicial del universo fue el comienzo de las partículas, los átomos y toda la materia. Los científicos de la NASA que revisaron esta investigación escribieron:
Fue natural buscar condiciones durante las primeras etapas de la expansión del universo en las que los elementos podrían haberse formado.[i]
[i] Truran, J. W. y A. G. W. Cameron, Capítulo 23, “Nucleosynthesis,” Introduction to Space Science Written by the Staff of Goddard Space Flight Center National Aeronautics and Space Administration, Greenbelt, Maryland [Nucleosíntesis”, Introducción a la ciencia espacial Escrito por el personal del Centro de vuelos espaciales Goddard Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, Greenbelt, Maryland], segunda edición, revisada y ampliada, Wilmot N. Hess y Gilbert D. Mead, editores (Nueva York: Gordon and Breach, Science Publishers, 1968), pág. 984.
Simulando el proceso
Nadie ha fotografiado directamente la producción de las primeras partículas todavía. Ocurrió en los primeros micro-micro-microsegundos del universo, y los telescopios aún no pueden ver ningún momento antes de 380.000 años después del comienzo. Sin embargo, podemos simular el proceso de producción de partículas. Los físicos provocan regularmente colisiones entre rayos X energéticos en ciclotrones y aceleradores lineales. Las partículas subatómicas se materializan diariamente a partir de rayos X en laboratorios de todo el mundo. Las imágenes que toman los físicos de la oscuridad de los rayos X provenientes de los ciclotrones y que producen partículas atómicas son imágenes simuladas de la primera noche.
No sabemos cuánto tiempo pasó hasta que los rayos gamma chocaron. Por lo tanto, no sabemos cuánto duró la primera noche. Sabemos que una onda de luz completa una vibración en una milésima de micromicrosegundo. Hasta que no había pasado esa cantidad de tiempo, no existía tal cosa como una onda de luz completa. La primera noche debe haber durado al menos ese tiempo.
Durante la primera noche, los rayos gamma chocaron entre sí y se materializaron como componentes atómicos. Fred Hoyle (astrónomo inglés, 1915–2001) tenía razón cuando dijo que el universo no comenzó con una "gran explosión única", es decir, un "big bang". [i] Este nombre popular para el comienzo del universo es engañosa. Sugiere que ocurrió una explosión en un punto y los materiales expulsados volaron hacia el espacio vacío.
[i] Hoyle, Fred, The Nature of the Universe, edición americana (Nueva York: Harper & Brothers, 7 de octubre de 1950), pág. 119.
Las colisiones no son explosiones. Las explosiones son destructivas, pero las colisiones eran constructivas, porque hicieron las partículas. Por lo tanto, el comienzo de la materia del universo no fue un evento accidental y sin sentido. Cuando ocurrían las colisiones entre los rayos gamma, muchas veces sobraba energía que no se utilizó para producir partículas. Esa energía sobrante producía ondas electromagnéticas de longitudes más grandes de los rayos gamma, como ondas de rayos X, ondas ultravioletas, luz, onda de calor, y ondas de radio. Así se produjo la luz, como dijo Dios en la Biblia, “Haya luz.”