¿Toda la materia que existe se formó en el Big Bang o se sigue creando materia nueva?

Una de las hipótesis que defiende el modelo del Big Bang es justamente que lo que observamos hoy en día es lo que había en el inicio. Vuelvo a recordar que justamente el instante inicial en el que empezó a expandirse el universo no lo describe el Big Bang porque no tenemos todavía un modelo que describa las interacciones gravitatorias en ese régimen de gravedad cuántica. Pero un poco después, cuando el cosmos se empieza a expandir, el contenido de materia y energía que había en ese principio es lo que hay hoy día y lo que habrá al final.

En el inicio, el volumen era muy pequeño, pero el universo se va expandiendo y, simplemente, lo que ocurre es que la densidad, es decir, la energía por unidad de volumen, se va diluyendo.

Esto hace también que el universo se vaya enfriando. Hoy día, el espacio exterior es un lugar muy frío. La radiación cosmológica, no la que nos llega directamente de las estrellas, sino la radiación de fondo, tiene una temperatura muy baja, de 2,7 kelvin (-270,5 °C). Y, sin embargo, en el origen, a medida que te vas hacia atrás en la historia del universo esa radiación está mucho más caliente. El efecto de la expansión hace que se enfríe.

Así que la respuesta a tu pregunta es que lo que predice el modelo del Big Bang, que por el momento es el que mejor explica el universo, es que toda la materia y la energía estaban ya en el inicio. Lo que sí puede haber ido cambiando es el carácter de eso a lo que llamamos materia y energía. Para que lo entiendas, en lo que nos basamos para explicarlo es el modelo de física de partículas. Y según este modelo, las partículas pueden tener masa. Lo que tenemos que comparar es la masa de esas partículas a la temperatura de cada instante en la evolución del universo. Y eso es lo que ha ido cambiando. ¿Cuánta radiación teníamos y cuánta queda ahora?

Pero si calculamos la energía que había al principio, es la misma que hay al final. Aunque esa energía, a medida que el universo se va expandiendo y enfriando, va cambiando. Cuando hay mucha agitación térmica, como pensamos que debió ocurrir en el origen, aunque tampoco estamos seguros, pero imaginamos que debió ser así, debido a esa agitación térmica todo debía comportarse como radiación, como energía. Pero, a medida que se va enfriando, parte de esas partículas dejan de comportarse como relativistas, la agitación térmica va disminuyendo y pasan a comportarse como nuestro concepto de materia, algo con masa y con velocidades pequeñas, como por ejemplo, la materia oscura. Tienes que recordar que en relatividad especial, materia y energía son conceptos intercambiables. Es la famosa ecuación de Einstein, algo con masa lo podemos convertir en energía.

Lo que debemos tener en cuenta es su velocidad, si es algo que se mueve a velocidades cercanas a la de la luz o si es algo que tendría velocidades mucho más pequeñas y, por lo tanto, no relativistas. Cuando decimos no relativistas es que son velocidades de agitación térmica muchísimo más pequeñas que la velocidad de la luz. Y lo que llamamos materia son, precisamente, partículas con velocidades pequeñas en comparación con la velocidad de la luz.

Mar Bastero Gil es catedrática e investigadora del Grupo de Física Teórica de Altas Energías (FTAE) de la Universidad de Granada.

Pregunta enviada vía email por David Robinson

Coordinación y redacción: Victoria Toro

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