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Pese al nombre, el Big Bang no se refiere a una "explosión" en un espacio ya existente, sino que designa la expansión y creación conjunta de materia, espacio y tiempo, a partir de lo que se conoce como una singularidad, es decir, un punto al que matemáticamente nos podemos acercar más y más, pero sin llegar a él. Para entenderlo, uno debe imaginarse el desarrollo del universo en expansión en sentido temporal inverso retrocediendo hacia el pasado, donde el universo se va haciendo cada vez más pequeño pero la cantidad de materia es la misma, de manera que la densidad va aumentando hasta llegar al punto en el que la densidad de materia y energía se hace infinita y obviamente, superior a la densidad de Planck.7 Esto significa que las ecuaciones fallan porque matemáticamente no es posible tratar números infinitos. Y el proceso no se puede explicar. En este estado, la teoría de la relatividad general carece de validez y para explicar la situación del universo en ese momento habría que recurrir a una teoría, aún desconocida, de gravedad cuántica. De ahí que la física actual no conozca ninguna explicación sobre qué ocurrió «antes» del Big Bang ni del propio Big Bang, ya que no hay tiempo «antes» del inicio del tiempo,2 aunque existen hipótesis al respecto (por ejemplo el modelo cíclico Big Bounce).
Las teorías sobre el Big Bang no describen, en realidad, este hecho en sí, sino la evolución del universo temprano en un rango temporal que abarca desde un tiempo de Planck (aprox. 10−43 segundos) después del Big Bang hasta entre 300 000 y 400 000 años más tarde, cuando ya se empezaban a formar átomos estables y el universo se hizo transparente.8 Después del Big Bang, y esto ya no forma parte de la teoría, el universo sufrió un progresivo enfriamiento y expansión cuyo desarrollo posterior fue determinado por procesos que podemos observar en la física de partículas. Tampoco se sabe a ciencia cierta si el universo seguirá expandiéndose indefinidamente (Big Rip) o bien colapsará debido a la atracción gravitatoria (Big Crunch).2
Desde que Georges Lemaître observó por primera vez, en 1927, que un universo en permanente expansión debería remontarse en el tiempo hasta un único punto de origen, los científicos se han basado en su idea de la expansión cósmica. Si bien la comunidad científica una vez estuvo dividida en partidarios de dos teorías diferentes sobre el universo en expansión, la del Big Bang, y la teoría del estado estacionario, defendida por Fred Hoyle, la acumulación de evidencia observacional favorece fuertemente a la primera, que ahora se acepta casi universalmente.9
En 1929, a partir del análisis de corrimiento al rojo de las galaxias, Edwin Hubble concluyó que las galaxias se estaban distanciando, lo que es una prueba observacional importante consistente con la hipótesis de un universo en expansión. En 1964 se descubrió la radiación de fondo cósmico de microondas, lo que es también una prueba crucial en favor del modelo del Big Bang, ya que esta teoría predijo la existencia de la radiación de fondo en todo el universo antes de ser descubierta. Más recientemente, las mediciones del corrimiento al rojo de las supernovas indican que la expansión del universo se está acelerando, aceleración atribuida a la energía oscura.10 Las leyes físicas conocidas de la naturaleza pueden utilizarse para calcular las características en detalle del universo del pasado en un estado inicial de extrema densidad y temperatura.111213
La teoría del Big Bang es el modelo cosmológico predominante para los períodos conocidos más antiguos del universo y su posterior evolución a gran escala.141516 Afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y temperatura y luego se expandió.1718 Si las leyes conocidas de la física se extrapolan más allá del punto donde son válidas, encontramos una singularidad. Mediciones modernas datan este momento hace aproximadamente 13 800 millones de años, que sería por tanto la edad del universo.19 Después de la expansión inicial, el universo se enfrió lo suficiente para permitir la formación de las partículas subatómicas y más tarde simples átomos. Nubes gigantes de estos elementos primordiales se unieron más tarde debido a la gravedad, para formar estrellas y galaxias. A mediados del siglo XX, tres astrofísicos británicos, Stephen Hawking, George F. R. Ellis y Roger Penrose, prestaron atención a la teoría de la relatividad y sus implicaciones respecto a nuestras nociones del tiempo. En 1968 y 1979 publicaron artículos en que extendieron la teoría de la relatividad general de Einstein para incluir las mediciones del tiempo y el espacio.2021 De acuerdo con sus cálculos, el tiempo y el espacio tuvieron un inicio finito que corresponde al origen de la materia y la energía.
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