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EVIDENCIA EXPERIMENTAL DEL BIG BANG


¿ Cómo sabemos que la teoría del Big Bang es correcta?

Estrictamente es imposible probar que una teoría es correcta porque siempre existe la posibilidad que surjan datos experimentales más precisos que falsifiquen la teoría. Sin embargo, una buena teoría debe hacer predicciones y cuando las predicciones se pueden comprobar experimentalmente la teoría gana peso. Otro aspecto que incrementa la probabilidad de que una teoría sea correcta es la consistencia interna y la consistencia con otras teorías más fundamentales y maduras. En este aspecto el big bang es una teoría robusta que goza de una envidiable consistencia. La teoría del big bang no es libre de retos observacionales pero hasta el momento no han surgido observaciones que den pie para falsificarla (rechazarla). Veamos la evidencia:

Tabla de consistencia del Big Bang.

Se enumeran las predicciones de la teoría y los hechos que se deberían cumplir para que la teoría sea auto-consistente. Al lado se anota la evidencia experimental correspondiente. Bajo la columna de probabilidad (prob) se le asigna a cada predicción un puntaje que básicamente designa la probabilidad de que la predicción haya quedado probada. Este puntaje no es riguroso, es propuesto por el autor y se basa solamente en su experiencia en el tema y por lo que se refleja en trabajos de otros investigadores del tema.
Predicción Confirmación Prob
1. Expansión del espacio por A. Friedmann en 1922 y G. Lemaître en 1930 Observada por E. Hubble en 1929 demostrando la relación entre velocidad y distancia de galaxias lejanas. La velocidad de expansión determinada por el Telescopio Espacial Hubble y consistente con el valor medido por WMAP es de 22 Km/seg por cada millón de años-luz de distancia. 100
2. Edad finita del universo por A. Friedmann en 1922 y G. Lemaître en 1930 13.700 millones de años con un error del 1%, medida por WMAP y consistente con las edades de las estrellas más viejas y las mediciones de la edad del universo realizadas por el Telescopio Espacial Hubble 100
3. El universo es más caliente y denso en el pasado. G. Gamow, 1946. La temperatura de la RCF aumenta a medida que se observa más lejanamente. Mediciones de espectros de nubes de gas intergalácticas revelan una temperatura de la RCF creciente con la distancia. Srianand y otros (2008) midieron la temperatura de la RCF cuando el universo tenía una edad de 2760 millones de años (corrimiento hacia el rojo z = 2.418). La temperatura se pudo determinar analizando el espectro de lineas de absorción en dichas nubes de monoxido de carbono (CO). El resultado de esta medición es de una temperatura de 9.15 +/- 0.7 kelvin, la cual es consistente con el valor de 9.315 kelvin que predice la teoría del big bang para esa época (nota: esta observación no es consistente con el modelo cosmológico estacionario) 100
4. Abundacia de elementos ligeros en el universo. por G. Gamow en 1946 75% hidrógeno, 25% helio y una pequeña fracción de deuterio (ver siguiente punto) y litio medidos en espectros estelares 95
5. Presencia de deuterio en el universo Observando líneas de absorción de la luz de quasars lejanos por gas intergaláctico se ha determinado una abundancia universal de deuterio de 2x10-4 relativa al hidrógeno. El deuterio no puede originarse en las estrellas, el Big Bang es el único mecanismo existente para crear este deuterio. 90
6. Radiación Cósmica de Fondo (RCF) por G. Gamow, R. Alpher y R. Herman en 1948 y R. Dicke y J. Peebles en 1965. Detectada por A. Penzias y R. Wilson en 1964. Firmemente establecido su origen cosmológico y estudiada en gran detalle por decenas de experimentos en tierra, globos y plataformas satelitales. 100
7. Espectro térmico de la RCF por G. Gamow, R. Alpher y R. Herman en 1948 Distribución espectral de cuerpo negro con desviaciones no mayores que 0.005% y con temperatura de 2,725 ± 0,001 kelvin medido por los proyectos COBE y COBRA en 1990. 100
8. Anisotropías en la RCF a escalas mayores que 1 grado. Sachs y Wolfe 1967. Detectadas por el proyecto COBE en 1992 con una amplitud característica ΔT/T = 10-5. 90
9. Ondas acústicas en el plasma primordial, por R. A. Sunyaev y Y. B. Zeldovich en 1970. Detectadas por el experimento Boomerang en el 2000 y confirmada por WMAP y decenas más de experimentos observando desde la tierra y montados en globos. 90
10. Polarización de la RCF Detectada por el experimento DASI en el 2002 (mode E de polarización) y por Bicep2 en el 2014 (modo B de polarización que es evidencia directa de las ondas gravitacionales primordiales predichas por el modelo inflacionario) 60
11. Anti-correlación de la temperatura y la polarización de la RCF Detectada por WMAP en el 2003 70
12. Coherencia de la polarización de la RCF a escalas angulares > 1° Observada por WMAP en el 2003 60
13. Interacción de la RCF con nubes de gas en cúmulos galácticos. R. A. Sunyaev y Y. B. Zeldovich en 1969. Observado por Birkinshaw et. al. 1981 midiendo deformaciones del espectro de la RCF en direcciones de cúmulos conocidos. 70
14. Formación de estructura a gran escala a partir de inhomogeneidades en densidad del plasma primordial, estudiada por E. Lifshitz en 1946, y J. Silk en 1967. La concentración de materia en galaxias y cúmulos de galaxias ha sido medida por medio de observaciones profundas del cielo. Estas mediciones son compatibles con la amplitud de las perturbaciones en el plasma a una edad de 380 mil años, según se infieren de las mediciones de anisotropías en la RCF. 80
15. Número de familias de neutrinos por G. Steigman, D. Schram y J. Gunn en 1977 Solo 3 familias. Confirmado por experimentos en el acelerador de partículas del CERN midiendo la vida media del bosón intermedio Z0 y consistente con la nucleosintesis en el Big Bang (ver puntos 4 y 5). 80
16. El universo es finito (H. Olbers, 1823) La noche es oscura. El universo no pede ser infinito en extensión, de lo contrario en cualquier dirección de observación del cielo nos encontraríamos con una estrella y la noche seria tan brillante como el día. 90
17. Debe existir materia oscura no bariónica. Al momento no ha habido detección directa de materia oscura no bariónica que satisfaga los requerimientos de la teoría. Los neutrinos quedan descartados por ser relativistas y tener una masa muy pequeña. La única evidencia favorable viene de la dinámica de galaxias y cúmulos galácticos. 40
18. Debe existir un fondo cosmológico de neutrinos, predicción de R. Alpher y R. Herman en 1948. Evidencia de un fondo cosmológico de neutrinos se desprende del análisis de los datos de anisotropias de la RCF de 5 años acumulados de datos del experimento WMAP. 0
19. Debe existe un fondo cosmológico de ondas gravitacionales Detectado (2014) por el telescopio Bicep2 mediante la observación de ondas gravitacionales en la radiación cósmica de fondo. 60

 

Y ¿cuáles son los problemas del Big Bang?

 
© Copyright 1998 - 2007, Derechos reservados, Sergio Torres Arzayús