Bienvenido de nuevo a la tercera y última entrega de Cosmology 101. Hasta ahora, hemos cubierto la historia del universo hasta el momento presente. ¿Pero qué pasa después? ¿Cómo terminará nuestro universo? ¿Y cómo podemos estar tan seguros de que así es como se desarrolló la historia?
Robert Frost escribió una vez: “Algunos dicen que el mundo terminará en fuego; algunos dicen en hielo ". Del mismo modo, algunos científicos han postulado que el universo podría morir ya sea una muerte dramática y catastrófica, ya sea un "Big Rip" o un "Big Crunch", o un "Big Freeze" más lento y gradual. El destino final de nuestro cosmos tiene mucho que ver con su forma. Si el universo estuviera abierto, como una silla de montar, y Si la densidad de energía de la energía oscura aumentaba sin límites, la tasa de expansión del cosmos llegaría a ser tan grande que incluso los átomos serían destrozados, un Gran Desgarro. Por el contrario, si el universo estuviera cerrado, como una esfera, y La fuerza de la gravedad superó la influencia de la energía oscura, la expansión hacia afuera del cosmos eventualmente se detendría y revertiría, colapsando sobre sí misma en un Big Crunch.
Sin embargo, a pesar de la belleza poética del fuego, las observaciones actuales favorecen un final helado para nuestro universo: un Gran Congelamiento. Los científicos creen que vivimos en un universo espacialmente plano cuya expansión se está acelerando debido a la presencia de energía oscura; sin embargo, la densidad de energía total del cosmos es probablemente menor o igual que la llamada "densidad crítica", por lo que no habrá Big Rip. En cambio, el contenido del universo eventualmente se alejará prohibitivamente el uno del otro y el intercambio de calor y energía cesará. El cosmos habrá alcanzado un estado de máxima entropía, y ninguna vida podrá sobrevivir. Depresivo y un poco anticlimático? Quizás. Pero probablemente no será perceptible hasta que el universo tenga al menos el doble de su edad actual.
En este punto, podría estar gritando: “¿Cómo sabemos todo esto? ¿No es todo una especulación desenfrenada? " Bueno, antes que nada, sabemos sin lugar a dudas que el universo se está expandiendo. Las observaciones astronómicas demuestran consistentemente que la luz de estrellas distantes siempre se desplaza hacia el rojo en relación con nosotros; es decir, su longitud de onda se ha ampliado debido a la expansión del cosmos. Esto lleva a dos posibilidades cuando retrocede el reloj: o el universo en expansión siempre ha existido y tiene una edad infinita, o comenzó a expandirse desde una versión más pequeña de sí mismo en un momento específico en el pasado y, por lo tanto, tiene una edad fija. Durante mucho tiempo, los defensores de la teoría del estado estable respaldaron la explicación anterior. No fue hasta que Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron el fondo cósmico de microondas en 1965 que la teoría del Big Bang se convirtió en la explicación más aceptada para el origen del universo.
¿Por qué? Algo tan grande como nuestro cosmos tarda bastante en enfriarse por completo. Si el universo, de hecho, comenzó con el tipo de energías abrasadoras que predice la teoría del Big Bang, los astrónomos aún deberían ver algo de calor sobrante hoy. Y lo hacen: un brillo uniforme de 3K uniformemente disperso en cada punto del cielo. No solo eso, sino que WMAP y otros satélites han observado pequeñas inhomogeneidades en el CMB que coinciden con precisión con el espectro inicial de fluctuaciones cuánticas predicho por la teoría del Big Bang.
¿Qué más? Echa un vistazo a las abundancias relativas de elementos de luz en el universo. Recuerde que durante los primeros minutos de la vida joven del cosmos, la temperatura ambiente fue lo suficientemente alta como para que ocurriera la fusión nuclear. Las leyes de la termodinámica y la densidad relativa de bariones (es decir, protones y neutrones) juntas determinan exactamente cuánto deuterio (hidrógeno pesado), helio y litio podrían formarse en este momento. Resulta que hay mucho más helio (¡25%!) En nuestro universo actual de lo que podría crearse por nucleosíntesis en el centro de las estrellas. Mientras tanto, un universo temprano caliente, como el postulado por la teoría del Big Bang, da lugar a la exacto proporciones de elementos ligeros que los científicos observan en la revista Space.
Pero espera hay mas. La distribución de la estructura a gran escala en el universo se puede mapear extremadamente bien basándose únicamente en anisotropías observadas en el CMB. Además, la estructura a gran escala de hoy en día se ve muy diferente de la del desplazamiento al rojo alto, lo que implica un universo dinámico y en evolución. Además, la edad de las estrellas más antiguas parece ser consistente con la edad del cosmos dada por la teoría del Big Bang. Como cualquier teoría, tiene sus debilidades, por ejemplo, el problema del horizonte o el problema de la planeidad o los problemas de la energía oscura y la materia oscura; pero en general, las observaciones astronómicas coinciden con las predicciones de la teoría del big bang mucho más de cerca que cualquier idea rival. Hasta que eso cambie, parece que la teoría del Big Bang está aquí para quedarse.
