Teoría del Big Bang explicada: cómo empezó el universo y cómo lo sabemos
La teoría del Big Bang afirma que el Universo se expandió desde un estado extremadamente caliente y denso hace unos 13 800 millones de años y desde entonces se expande y se enfría. No fue una explosión en un espacio vacío: se estiró el propio espacio, que arrastró consigo materia y energía. Tres observaciones independientes la respaldan: las galaxias se alejan en proporción a su distancia, el fondo cósmico de microondas a 2,7 kelvin y la proporción medida de hidrógeno y helio.
Quien pregunta cómo empezó el universo suele esperar un solo suceso con una sola causa. La teoría es más modesta y está mejor comprobada: describe lo que hizo el Universo a partir de un estado caliente muy temprano. Esta guía separa en unos cinco minutos lo que se ha medido de lo que sigue abierto.
Ideas principales
- El Universo tiene unos 13 800 millones de años y su espacio se expande y se enfría desde un comienzo extremadamente caliente y denso.
- El Big Bang no fue una explosión en el espacio ni tiene centro: cada galaxia ve alejarse a las demás porque el espacio entre ellas se estira.
- Tres observaciones respaldan la teoría: el corrimiento al rojo de las galaxias (años veinte), el fondo cósmico de microondas (detectado en 1964) y las proporciones de hidrógeno y helio.
- La teoría no dice qué hubo antes ni por qué empezó la expansión, y la materia oscura y la energía oscura, cerca del 95 % del contenido, siguen sin explicarse.
Qué dice realmente la teoría del Big Bang
La teoría describe la historia del Universo desde un estado inicial caliente y denso, hace unos 13 800 millones de años, hasta hoy. La idea clave es que se expande el propio espacio. Las galaxias no vuelan hacia fuera por una habitación vacía: crecen las distancias entre ellas, como las pasas de una masa que sube en el horno. Cada pasa ve alejarse a todas las demás y ninguna es el centro.
Al principio el Universo era una mezcla caliente y densa de partículas y luz. Al expandirse el espacio, se enfrió. En los primeros minutos, protones y neutrones se fusionaron en núcleos de hidrógeno, helio y trazas de litio. Tras unos 380 000 años bajó a unos 3000 kelvin, se formaron átomos y la luz pudo viajar libremente.
El nombre vino de un rival. Fred Hoyle, que prefería un universo de estado estacionario que no cambia a gran escala, usó la expresión «Big Bang» en una charla de la BBC en 1949. Los científicos hicieron entonces lo que se hace con ideas que compiten: buscaron observaciones en las que las dos teorías discrepaban.
Primera prueba: las galaxias se alejan, y más rápido cuanto más lejos
En 1927 el físico belga Georges Lemaître halló que las ecuaciones de Einstein admiten un Universo en expansión. En 1929 Edwin Hubble midió el corrimiento al rojo de las galaxias, el estiramiento de su luz hacia el rojo, y mostró que cuanto más lejos está una galaxia, más deprisa se aleja. Es el mismo efecto por el que una sirena suena más grave al alejarse, solo que aquí es el propio espacio el que estira las ondas de luz.
La relación es la ley de Hubble, v = H₀ × d. El satélite Planck midió la tasa actual de expansión en H₀ ≈ 67,4 kilómetros por segundo por megaparsec, mientras que las medidas con estrellas cercanas dan unos 73. Ese desacuerdo, la tensión de Hubble, es un problema abierto real. Con H₀ = 70, una galaxia a 100 megaparsecs (unos 326 millones de años luz) se aleja a unos 7000 km/s.
Si se rebobina la película, las galaxias se juntan. La estimación rápida 1 / H₀ da unos 14 000 millones de años, cerca de los 13 800 millones de los modelos detallados. Es solo una coincidencia aproximada, porque la tasa de expansión no ha sido constante.
Segunda y tercera prueba: la luz más antigua y los primeros elementos
Durante unos 380 000 años el Universo fue opaco, como una niebla, porque la luz chocaba sin cesar con electrones libres. Al formarse los átomos, la luz quedó libre y viaja desde entonces. Estirada por la expansión, llega hoy como microondas desde todas las direcciones, a 2,725 kelvin. Es el fondo cósmico de microondas, con unos 400 de sus fotones en cada centímetro cúbico de espacio.
Gamow, Alpher y Herman predijeron ese resplandor a finales de los años cuarenta. Arno Penzias y Robert Wilson lo detectaron por casualidad en 1964 con una antena de radio en Nueva Jersey y compartieron el Premio Nobel de Física de 1978. Un universo de estado estacionario no tiene motivo para brillar así, y el hallazgo inclinó el debate. Satélites posteriores (COBE, WMAP, Planck) hallaron diferencias de temperatura de una parte entre 100 000, las semillas de las que crecieron las galaxias.
El tercer apoyo viene de la física nuclear. En los primeros minutos el Universo caliente solo podía fabricar los núcleos más ligeros, así que debería contener en masa unas tres cuartas partes de hidrógeno y una cuarta de helio. Las nubes de gas más antiguas que podemos medir muestran esa mezcla.
Lo que la teoría del Big Bang no explica
La teoría no dice qué hubo antes, si es que hubo algo, ni por qué empezó la expansión. En los primeros instantes la densidad era tan extrema que la física conocida deja de funcionar, así que cualquier afirmación sobre el «antes» es especulación y no una medida.
Los cosmólogos añaden una breve fase de crecimiento rapidísimo justo después del inicio, la inflación, para explicar por qué el Universo es tan liso y de dónde salieron las diminutas semillas de las galaxias. Encaja bien con los datos, pero no está confirmada directamente.
El modelo estándar necesita además dos ingredientes que nadie ha identificado. Según los resultados de Planck, la materia ordinaria es solo un 5 % del contenido, la materia oscura un 27 % y la energía oscura un 68 %. Los titulares que dicen que el telescopio James Webb ha roto el Big Bang leen mal el hallazgo: Webb ve galaxias brillantes menos de 400 millones de años después del inicio, lo que afina cómo se formaron las galaxias, no si el espacio se expandió desde un estado caliente temprano.
Cómo lo muestra el VJOURNAL SMART BOOK
El capítulo «El principio de todo» abre el primer volumen del VJOURNAL SMART BOOK de Historia, «Del Big Bang a Roma». El texto completo está a la izquierda y a la derecha un dibujo reproduce lo que dice: un punto de luz que empieza a crecer, galaxias que se alejan más deprisa cuanto más lejos están, la primera luz que se enfría en un resplandor moteado, las primeras estrellas que se encienden y después la familia del Sol y la Luna.
El capítulo tiene seis momentos animados. Puedes verlos en orden, arrastrar la línea de tiempo o tocar un párrafo para repetir su momento. Incluye una versión corta con palabras sencillas, una franja de datos, un test de tres preguntas con explicaciones y una lista de fuentes. Donde los científicos discrepan, el texto lo dice.
En palabras sencillas
Dibuja puntos en un globo y hínchalo. Cada punto se aleja de todos los demás, los lejanos más deprisa, y ningún punto es el centro. Los puntos son galaxias y la goma es el espacio, que es lo que se estira.
Pruébalo
Dibuja cinco puntos en un globo, mide con un hilo tres distancias entre pares de puntos, hincha el globo un poco más y vuelve a medir los mismos tres pares.
Resultado esperado
Todas las distancias crecen, y los pares que estaban más lejos crecen más. Es el patrón que Hubble halló en las galaxias: la velocidad de alejamiento aumenta con la distancia.
Comprueba tu respuesta: Una galaxia se aleja a 14 000 km/s. Con H₀ = 70 km/s por megaparsec, ¿a qué distancia está?
14 000 ÷ 70 = 200 megaparsecs, unos 650 millones de años luz.
Preguntas y respuestas
¿Fue el Big Bang una explosión?
No. Es el nombre de la expansión del espacio desde un estado caliente y denso, no de una explosión dentro de un espacio ya existente. La materia no salió disparada desde un punto: el propio espacio creció en todas partes a la vez.
¿Dónde ocurrió el Big Bang?
En todas partes. El Universo no tiene centro ni un borde hacia el que se expandan las galaxias. Cualquier observador ve alejarse a las demás galaxias, como cada pasa de la masa que sube.
¿Cómo sabemos que el Universo tiene 13 800 millones de años?
El patrón del fondo cósmico de microondas, ajustado al modelo estándar, da 13 800 millones de años: 13,82 en los datos de Planck de 2013 y 13,787 más o menos 0,020 en los resultados de 2018. La tasa de expansión da un valor aproximado parecido.
¿Qué había antes del Big Bang?
Nadie lo sabe. La teoría describe el Universo a partir de un estado caliente muy temprano y los primeros instantes quedan fuera de la física comprobada. Conviene desconfiar de cualquier respuesta segura.
¿El Big Bang es solo una teoría?
En ciencia, una teoría es una explicación comprobada, no una conjetura. Esta hizo predicciones que se cumplieron, como el resplandor de microondas y la mezcla de hidrógeno y helio, mientras que su rival, el universo de estado estacionario, no las superó.
¿El telescopio James Webb refuta el Big Bang?
No. Las galaxias tempranas de Webb ponen en duda detalles de la rapidez con que se formaron. No cambian las pruebas de que el espacio se ha expandido desde un estado caliente y denso hace unos 13 800 millones de años.
Recuerda las tres pruebas: galaxias que se alejan, un resplandor de 2,7 kelvin y una mezcla de hidrógeno y helio de tres a uno. Después abre el capítulo, reproduce sus seis momentos y haz el test.
Fuentes y lecturas
- ESA: Planck and the cosmic microwave background ↗Fuentes revisadas:
- NASA Science: The Big Bang ↗Fuentes revisadas:
- ESA: Planck reveals an almost perfect Universe (age, composition, Hubble constant) ↗Fuentes revisadas:
- Nobel Prize in Physics 1978: Arno Penzias, facts ↗Fuentes revisadas:
- Planck Collaboration: Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters ↗Fuentes revisadas: