Teniendo en cuenta que el Universo se expande, si el movimiento de alejamiento se invirtiese durante un tiempo igual a la edad del Universo, extrapolando hacia atrás, se llegaría a la conclusión de que las galaxias se encontraban en el mismo punto en el mismo instante, que marcaría el
origen del Universo.
El modelo del Big Bang deduce, a partir del actual ritmo de expansión, que en el instante t=0, hace unos 13700 millones de años, toda la materia del Universo, las cuatro fuerzas que actúan sobre ella ( la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la nuclear débil), la energía, el espacio, el tiempo y el vacío, es decir, los componentes fundamentales de todo cuanto conocemos, se encontraban bajo la forma de singularidad: un punto inmaterial infinitamente denso y caliente, de radio nulo, en unas condiciones tan extremas que las leyes de la física actual tienen grandes dificultades.
En medio de la nada más absoluta se produjo una explosión, el Big Bang, que generó una minúscula mota de luz radiante infinitamente caliente y, en ese mismo instante, en su interior nació el espacio y con él, hace 13700 millones de años, el tiempo, y se formó el Universo, que desde entonces está en expansión empujado por una enigmática materia oscura, enfiandose cada vez mas. La energía de radiación era tan intensa en los primeros instantes del universo que espontáneamente se convertía partículas minúsculas de materia (quarks y leptones) según la ecuación de Einstein, E= mc2
Si el movimiento de alejamiento de las galaxias se invirtiese durante un tiempo igual a la edad del universo, se llegaría a la conclusión de que todas las galaxias se encontraban en un mismo punto en un mismo instante, que marcaría el origen del Universo. (Se estima a 13700 mill. de años).
En este punto las cuatro fuerzas que actúan sobre la materia estarían unidas:
Gravedad
Fuerza electromagnéica
Fuerza nuclear fuerte
Fuerza nuclear débil.
4. Fuerzas fundamentales
Son las cuatro interacciones fundamentales que existen en el Universo:
• Fuerza gravitatoria.
• Fuerza electromagnética.
• Fuerza nuclear fuerte.
• Fuerza nuclear débil.
■ La fuerza gravitatoria
Actúa a grandes distancias; a escala de partículas, sin embargo, no es muy consistente. En
comparación con el resto de interacciones, es la más débil. Tiene un solo sentido, pero alcance
infinito.
Según el modelo estándar, la partícula mediadora de esta fuerza es el gravitón.
■ La fuerza electromagnética
Actúa entre partículas con carga eléctrica, tanto en reposo (electrostática) como entre cargas que se
mueven una con respecto a otra (eléctrica y magnética). Es una interacción muy fuerte y puede
describir casi todos los fenómenos de nuestra vida cotidiana. Es la fuerza involucrada en las
transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas. Tiene dos sentidos (positivo y negativo)
y su alcance es infinito. Las partículas mediadoras, según el modelo estándar, son los fotones.
■ La fuerza nuclear fuerte
Es la interacción que permite la unión de los quarks para formar partículas hadrónicas y la que
mantiene unidos los componentes de los núcleos atómicos, pero es más intensa que la fuerza
electromagnética.
Aunque es muy fuerte, más que la fuerza electromagnética, solo se aprecia en distancias muy
pequeñas; es solamente atractiva. La partícula mediadora de esta interacción es el gluón.
■ La fuerza nuclear débil
Es la interacción responsable de que quarks y leptones se desintegren en partículas más ligeras. Su
intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su alcance es aún menor que el de la
interacción nuclear fuerte. Es una fuerza atractiva. Según el modelo estándar, las partículas
mediadoras son los bosones W y Z.
También estarían bajo la forma de una singularidad:
Energía
Espacio
Tiempo
Vacío
Teorías de la gran unificación
Todo lo que sucede en el Universo se debe a la actuación de una o más de las cuatro fuerzas fundamentales. Los científicos intentan demostrar que todas estas fuerzas fundamentales son manifestaciones de un modo único de interacción en circunstancias distintas. Hasta ahora la fuerza nuclear débil y la electromagnética se han podido unificar en la fuerza electrodébil.
Las teorías del campo unificado consideran que dos o más de las cuatro fuerzas fundamentales actúan como si fueran esencialmente idénticas.
La teoría de la gran unificación intenta integrar en un único marco teórico las fuerzas nuclear fuerte y electrodébil. Esta teoría todavía está en proceso de ser comprobada.
La teoría del todo es otra teoría que pretende proporcionar una descripción unificada de las cuatro fuerzas fundamentales. Actualmente, la mejor candidata a convertirse en una teoría del todo es la teoría de supercuerdas.
Como consecuencia del enfriamiento progresivo del Universo debido a la continua expansión se produce:
Aparición de las partículas elementales (quarks, leptones, fotones, etc.).
Aparición de las cuatro fuerzas que rigen su comportamiento (la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil).
1. Superfuerza
2. Fuerza nuclear fuerte
3. Fuerza nuclear débil
4. Fuerza electromagnética
5. Fuerza gravitatoria
Podemos contar la historia desde el Big Bang separandolo en distintas eras para recrear el universo primitivo:
1. Era de Planck.
Instante inicial. Hasta los 10-43 segundos. Difícil de describir.
2. Era de la gran unificación
De los 10-43 segundos a los 10-35 segundos. Se separa la fuerza de la gravedad.
3. Era de la inflación
De los 10-35 segundos a los 10-32 segundos. El Universo se expandió bruscamente.
4. Era electrodébil o de los quarks
De los 10-32 segundos a los 10-12 segundos. Se separa la fuerza nuclear fuerte y se
mantienen unidas las dos restantes. Aparecen partículas elementales.
5. Era hadrónica
De los 10-12 segundos a los 10-3 segundos. Se separa la fuerza nuclear débil. Se
forman las partículas hadrónicas (protones más neutrones)
6. Era leptónica
Entre los 10-3 segundos y 1 segundo. Se forman los leptones (electrones y neutrinos)
7. Era de la nucleosíntesis
Entre 1 segundo y 300.000 años. Protones y neutrones se asocian para formar
núcleos de hidrógeno. Luego formarán helio al colisionar.
8. Era de los átomos y de la radiación
Entre 300.000 y 106 años. Se forman átomos de hidrógeno, helio y litio.
9. Era de las galaxias
Entre 106 años y el presente. Se forman las galaxias a partir del hidrógeno, helio y
litio. El Universo sigue en expansión.
• Toda la materia se puede describir mediante las partículas elementales materiales: seis tipos de quarks (arriba, abajo, encanto, extraño, fondo y cima) y seis tipos de leptones (electrón, muón, partícula tau, neutrino-electrón, neutrino-muón y neutrino-tau); además, existe una partícula de antimateria para cada una de las partículas materiales. De todas las partículas, el bosón de Higgs aún no se ha detectado experimentalmente.
• Las cuatro fuerzas fundamentales (nuclear fuerte, nuclear débil, electromagnética y gravitatoria) que actúan sobre la materia son el resultado del intercambio de partículas portadoras de fuerza, que actúan como mensajeras de la interacción: bosones W+WZ0, fotón, gluóny gravitón. Este último no se ha conseguido detectar experimentalmente.
