Apuntes de Física: Los orígenes del Universo (2ª parte)

En los instantes finales de la Era de la Gran Unificación, en el Universo muy primigenio, aparecieron los primeros bariones (protones, neutrones…). El tamaño de un protón es de aproximadamente 10^-15 m (una trillonésima de milímetro); un neutrón mide lo mismo. Precisamente esta cifra representa la unidad de longitud con que se miden los tamaños a escala atómica, así, a los 10^-15 m se le denomina un femtómetro o fermi (una milbillonésima parte de metro o trillonésima parte de milímetro, como dijimos); su abreviatura es fm. Algunas fuentes cifran el tamaño de estos bariones en 2,5 fm. Ciertamente, se trata de una cifra muy pequeña, una longitud ínfima en comparación con la escala humana, pero ¿No somos nosotros también ínfimos en comparación al Universo observable? Podríamos preguntarnos en qué medida los seres humanos somos más o menos pequeños que los átomos en relación a otras escalas superiores. Hagamos la prueba; como vimos, un femtómetro supone la milbillonésima parte de un metro. Numéricamente, la anotación sería 10^ -15 m = 1 fm. Recordando la primera parte de estos apuntes, vemos también que el Universo observable posee unos 94.000 millones de años-luz de diámetro. Teniendo en cuenta que un año-luz supone 9,5 billones de kilómetros aproximádamente, llegamos a la conclusión de que el universo observable, medido en esta unidad, tiene una longitud de 893 x 10^ 21 Kms, redondeando, unos 9 x 10^ 24 kms; 9 cuatrillones de kilómetros de longitud (9.000.000.000.000.000.000.000.000 Kms). Esta cifra nos parecerá enorme, sin duda; sin embargo, para ajustar estas dimensiones a la escala humana, todavían nos faltaría pasarla a metros. Así, los 9 cuatrillones de kilómetros pasan a convertirse en 9.000 cuatrillones de metros. En esta escala de miles de millones de millones de millones de millones de metros vamos a insertar ahora al ser humano. El tamaño medio del humano varía de acuerdo a la edad, raza y sexo, entre otros factores. Por ello, nos basaremos en los datos que nos proporciona la Wikipedia en su artículo sobre el homo sapiens para cifrar su tamaño y que viene a decir lo siguiente:

La especie humana aún mantiene un notorio dimorfismo sexual en el nivel anatómico, por ejemplo, la talla media actual entre los varones caucásicos (si crecen bien nutridos y con poco estrés) hacia los 21 años es de 1,75 m, la talla media de las mujeres caucásicas en iguales condiciones es de 1,62 m.

Para el caso, la diferencia de estatura media entre hombres y mujeres puede considerarse despreciable, así que reuniremos a ambas alturas en una media aproximada de 1,7 m. Un metro setenta representa algo más de la milcuatromillonésima parte de 10^ 27, y el Universo observable mide 9 veces esto. Dicho de otra forma, el hombre es la 0,18 x 10^ -27 parte del Universo observable. Por otra parte, si el hombre mide 1,7 metros de media y un protón tiene la longitud de 10^ -15 m, entonces el protón es la 0,58 x 10^ -15 parte del hombre; una cifra mucho mayor que la de los cuatrillones de diferencia que separan al ser humano del Universo conocido. En comparación a nuestro Universo, o al Universo conocido al menos, somos billones de veces más pequeños que un átomo.

cronologia_universo

Tras los primeros instantes del Big Bang, en el Universo primigenio, el espacio naciente se encuentra dominado por un plasma de quarks-gluones. Para entender cuál es la naturaleza de este tipo de materia recurrimos de nuevo a la enciclopedia libre:

El QGP (plasma de quarks-gluones) contiene quarks y gluones, como la materia hadrónica normal. La diferencia entre estas dos estados de la QCD (Cromodinámica cuántica) es la siguiente: En la materia normal cada quark o bien se empareja con un anti-quark para formar un mesón o se une con otros dos quarks para formar un barión (tal como el protón y el neutrón). En el QGP, en cambio, estos mesones y bariones pierden sus identidades y hacen una masa mucho más grande de quarks y gluones [4]. En la materia normal los quarks están confinados; los quarks de QGP están deconfinados.

Se inicia la Era electrodébil, que conlcluirá a los 10^ -12 segundos; en este tiempo se produce la ruptura espontánea de la simetría electrodébil, un fenómeno de nuevo complicado a nivel teórico que explicaría, entre otras cuestiones, la división de la interacción electrodébil en las interacciones nuclear débil y la interacción electromagnética. Además, las partículas fundamentales empiezan a adquirir masa debido a la acción de los hipotéticos bosones de Higgs. El Universo sigue en su proceso de enfriamiento (10^ 15K), y alcanza el tamaño de nuestro Sistema Solar. Tras este periodo surge la Era Hadrónica (10^ -6 segundos, es decir, un microsegundo); en estos instantes la materia que conforma el plasma de quarks-gluones se recombina para formar hadrones. Cabría preguntar aquí que diferencia a la etapa Hadrónica de la bariogénesis, que ya vimos en la primera parte de estos mismos apuntes; durante aquel proceso, de acuerdo con las distintas fuentes, surge la materia bariónica, lo cual se deduce también de la generación de hadrones en este periodo. Un repaso en profundidad sobre este tema seguramente lo explicará. Cuando ya ha pasado un segundo desde el nacimiento del Universo, la temperatura es de 10^10º, la proporción de protones/neutrones es de 6 a 1 y el tamaño del mismo es de algunas decenas de años-luz. Un minuto y cuarenta segundos más tarde, la temperatura es de mil millones de grados, protones y neutrones se combinan para dar iones de deuterio (deuterones), mientras que la mayoría de estos se fusionan a su vez en nucleos de helio. La materia se compone entonces principalmente de nucleos de hidrógeno (3/4 partes), nucleos de helio (1/4 parte) y una pequeña proporción de deuterones y otros nucleos. Toda esta acción se conoce con el nombre de Nucleosíntesis y concluye a los tres minutos. En los 300.000 años siguientes, la temperatura es de unos 3.500º, los electrones se combinan con los nucleos atómicos para formar hidrógeno y helio y la densidad del Universo disminuye. Otro fenómeno característico de esta etapa es el desemparejamiento de los fotones respecto de la materia, lo que permite que la radiación pueda viajar libremente por el espacio. Dicho fenómeno queda reflejado en la conocida Radiación de fondo de microondas, que es un vestigio activo de aquella época.

Ver también:

Nanooze! – El microscopio más poderoso del mundo

Entradas relacionadas:

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Apuntes de Física: Los orígenes del Universo (3ª parte)
Apuntes de Física: Los orígenes del Universo (4ª parte)
Apuntes de Física: Los orígenes del Universo (5ª parte)
Apuntes de Física: Los orígenes del Universo (6ª parte)
Apuntes de Física: Los orígenes del Universo (7ª parte)
Apuntes de Física: Los orígenes del Universo (8ª parte)

Otros apuntes en Diario de un explorador:
Apuntes de Física: Teorías y leyes (1ª parte)

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