Preguntas sobre la teoría del Big Bang
Descubrimiento del Siglo·Cosmología del Big Bang
Bisheng
La Explosión de la Creación
Antes del nacimiento del universo, hubo no hay tiempo ni espacio, y no hay materia ni energía. Hace unos 15 mil millones de años, en esta "nada" donde los cuatro elementos estaban vacíos, explotó un punto infinitamente pequeño. A partir de este momento comenzó el espacio y el tiempo, y se creó la materia y la energía. Este fue el Big Bang que creó el universo.
El universo recién nacido era caliente y denso. A medida que el universo se expandía rápidamente, su temperatura descendía rápidamente. Después del primer segundo, la temperatura del universo descendió a unos 10 mil millones de grados. En ese momento, el universo era una sopa de partículas elementales compuesta de protones, neutrones y electrones. A medida que la olla de sopa continúa enfriándose, comienzan a ocurrir reacciones nucleares, creando varios elementos. Las partículas de estas sustancias se atrajeron y fusionaron entre sí, formando grupos cada vez más grandes, y gradualmente evolucionaron hasta convertirse en galaxias, estrellas y planetas. También aparecieron fenómenos de vida en cada cuerpo celeste. Entonces, finalmente nacieron los humanos que podían comprender el universo.
Esta imagen del Big Bang es actualmente la explicación más probable para el origen del universo, y se denomina "modelo del Big Bang". La teoría del Big Bang nació en la década de 1920 y fue complementada y desarrollada en la década de 1940, pero sigue siendo desconocida. No fue hasta la década de 1950 que la gente empezó a prestar mucha atención a esta teoría, pero sólo les pareció interesante y no quedaron convencidos. La gente prefiere creer que el universo es estable y eterno.
Sin embargo, cada vez hay más pruebas que demuestran que el modelo del Big Bang es científicamente convincente, al menos por ahora no existe una teoría mejor que ella. Tenemos que creer que el universo tiene un principio y un fin. Surge de la "nada" y quizás eventualmente regrese a la "nada".
Eternidad silenciosa
Durante la mayor parte de la historia de la humanidad, los problemas relacionados con la creación siempre han sido dejados en manos de Dios para resolverlos. ¿Dónde se originó el universo? ¿Dónde está el punto final? ¿Cómo surgió la vida? ¿Cómo aparecieron los humanos? Muchas religiones pueden dar una respuesta completa y sistemática a estas preguntas. En cuanto a de dónde viene Dios, este tipo de preguntas no deberían hacerse. Sólo en los últimos siglos la gente ha comenzado a aprender a dejar a Dios a un lado y pensar en el origen del mundo desde una perspectiva más allá de la religión. De esta manera, hay una cuestión de principio importante que debe resolverse: ¿existe el universo para siempre o tuvo un comienzo?
Esta pregunta ha desconcertado durante mucho tiempo a científicos, filósofos y teólogos, por no mencionar a la gente corriente. Diferentes versiones de la religión y la mitología creen que el mundo tiene un comienzo y sitúan el momento de la creación en un pasado no muy lejano, normalmente hace miles de años. Por supuesto, esto no es creíble, porque observaciones geológicas y astronómicas posteriores han demostrado que la Tierra y otros cuerpos celestes tienen cientos de millones de años. Tanto tiempo es inimaginable, por eso mucha gente tiende a creer que el universo siempre ha existido y no tiene origen en el tiempo, es decir, la edad del universo es infinita. El concepto de infinito marea a la gente cuando lo escuchan: dado que ha pasado una cantidad infinita de tiempo, ¿cuál es nuestro "ahora"? Y si el universo tiene un comienzo, ¿cómo surgió de repente de la "nada"? ¿Realmente necesitamos un Dios creador?
Con los conocimientos adquiridos en una corta vida humana, es difícil entenderlos por completo. Sin embargo, podemos buscar alguna evidencia científica para acercarnos lo más posible a la verdad. Una suposición básica del modelo del Big Bang es que la edad del universo es finita. La razón directa y convincente de esta afirmación proviene de una de las leyes más básicas de la física: la segunda ley de la termodinámica. Esta ley, la más triste y desesperada de la historia de la ciencia, parece haber determinado ya el destino del universo.
En resumen, la segunda ley establece que el calor fluye de los lugares calientes a los lugares fríos. Esta es una propiedad obvia de cualquier sistema físico y no tiene ningún misterio: el agua hirviendo se enfría, el helado se convierte en agua azucarada. Revertir estos procesos requiere un gasto adicional de energía. En su sentido más amplio, la segunda ley establece que la "entropía" (grado de desorden) del universo aumenta cada día que pasa.
Por ejemplo, el resorte de un reloj mecánico siempre se afloja; puedes apretarlo, pero esto requiere un poco de energía, esta energía proviene del trozo de pan que comes, el trigo que se usa para hacer el pan necesita crecer a medida que crece; . Absorber la energía de la luz solar; para poder proporcionar esta energía, el sol necesita consumir su hidrógeno para llevar a cabo reacciones nucleares. En resumen, cada disminución local de entropía en el universo debe realizarse a expensas de un aumento de entropía en otros lugares.
En un sistema cerrado, la entropía siempre aumenta hasta llegar a un punto en el que ya no se puede aumentar. En este momento, el sistema alcanza un estado de equilibrio térmico completamente uniforme y no se producirán cambios a menos que el mundo exterior proporcione nueva energía al sistema. Para el universo, no existe un "mundo exterior", por lo que una vez que el universo alcance un estado de equilibrio térmico, morirá por completo y nunca será restaurado. Este escenario se llama "muerte por calor".
El universo avanza lenta pero seguramente hacia este destino irresistible, que ha llevado a generaciones de sabios a cuestionar el significado de la existencia humana. Dejando de lado por el momento este estado de ánimo deprimente, y haciendo un razonamiento sencillo, podemos encontrar que el universo no puede tener un pasado infinito. Sencillamente, si el universo fuera infinitamente viejo, ya estaría muerto. Algo que evoluciona a un ritmo finito no puede durar para siempre. En otras palabras, el universo debe haber sido creado hace algún tiempo finito.
Las estrellas se desvanecen
La segunda ley establece claramente que el universo tiene un comienzo. Algunos científicos del siglo XIX hablaban vagamente de esta conclusión, como el filósofo de la ciencia británico William. Jevons propuso en 1873 que debería haber un momento de "creación". Sin embargo, la mayoría de los científicos ignoraron esta inferencia y se convirtió en sólo una de las pruebas que respaldaban el modelo del Big Bang. La base teórica más antigua para la propuesta de este modelo es la ampliamente discutida teoría de la relatividad de Einstein, y la base empírica son las observaciones astronómicas de finales del siglo XIX y principios del XX.
Todo el mundo conoce muy bien el efecto Doppler. El ejemplo más común es el silbido de un tren que pasa: cuando el tren se acerca rápidamente a nosotros, el tono del silbido aumenta y disminuye a medida que avanza. lejos. El cambio de tono se debe a un cambio en la frecuencia de las ondas sonoras con respecto a nosotros.
El efecto Doppler se aplica no sólo a las ondas sonoras, sino también a las ondas luminosas. Cuando las ondas de luz de la fuente de luz en movimiento llegan a nuestros ojos, la frecuencia de las ondas de luz también cambiará en consecuencia. Si la fuente de luz se mueve hacia nosotros, la luz que vemos se desplazará hacia el extremo de alta frecuencia del espectro (el extremo violeta; por el contrario, si la fuente de luz se aleja de nosotros, las ondas de luz se desplazarán hacia la baja frecuencia); extremo del espectro (el extremo rojo).
El efecto Doppler fue descubierto por primera vez por el astrónomo austriaco Doppler en 1842. Se utilizó por primera vez para observar la rotación del sol y los planetas. En 1968, el astrónomo británico W. Huggins aplicó por primera vez este principio para medir la velocidad radial de Sirio y anunció que se aleja de nosotros a una velocidad de 47 kilómetros por segundo. Esta cifra no es precisa, pero la conclusión básica es correcta. Desde entonces, astrónomos de varios países han realizado un gran número de observaciones similares de otras estrellas e incluso galaxias extragalácticas. Se descubrió que existe un desplazamiento general hacia el rojo en los espectros de las galaxias. Todas menos unas pocas de las galaxias más cercanas se están alejando de nosotros.
En 1929, el astrónomo Edwin Hubble propuso que la velocidad de retroceso de estas galaxias aumenta regularmente, y que la velocidad de retroceso de una galaxia es proporcional a su distancia. Esta ley se llama ley de Hubble y fue rápidamente confirmada por observaciones astronómicas.
Cuanto más lejos están las galaxias de nosotros, más rápido se alejan. ¿Por qué? Imagine un globo con una superficie cubierta de pequeños puntos. Cuando el globo se infla, los pequeños puntos se alejan unos de otros. Supongamos que hay una personita parada en cualquier punto. Desde su perspectiva, todos los demás puntos parecen alejarse de ella, y cuanto más se alejan de ella, más rápido se alejan los puntos. No importa dónde se encuentre, el efecto es el mismo. (Esto también significa que la ley de Hubble de ninguna manera significa que la Tierra sea el centro del universo).
El comportamiento de retroceso de las galaxias hace que la gente sienta que el universo se está expandiendo, como un globo inflándose. Actualmente los astrónomos aceptan en su mayoría el hecho de que el universo se está expandiendo. Además, la explicación de las "ecuaciones de campo" en la teoría general de la relatividad de Einstein puede ser consistente con el universo en expansión.
El punto de partida de la explosión
Dado que el universo se ha estado expandiendo continuamente, es razonable suponer que debería haber sido más pequeño en el pasado de lo que es ahora. Si pudiéramos reproducir la historia del universo al revés, descubriríamos que en algún momento, hace mucho, mucho tiempo, todas las estrellas se juntaron y el universo era originalmente un núcleo material denso.
En 1922, el matemático soviético A.A. Friedman propuso por primera vez esta posibilidad. La ley de Hubble aún no había sido propuesta en ese momento, y Friedman llegó a esta conclusión enteramente a través de una derivación teórica. Antes de esto, Einstein había descubierto que sus ecuaciones sólo podían describir un universo en expansión o contracción. Sin embargo, este gigante científico carecía de confianza para predecir que el universo no era estático, por lo que introdujo a la fuerza una fuerza repulsiva en la ecuación y describió un universo estático.
Friedman señaló que el universo estático de Einstein es extremadamente inestable e imposible de mantener. Aunque un universo en expansión suena extraño, es más razonable. Einstein estaba convencido. El joven Friedman fue el primero en predecir la expansión del universo. Desafortunadamente, Friedman estaba celoso de su talento y no logró que el Hubble confirmara su teoría. Murió de fiebre tifoidea en 1925 a la edad de 37 años y sus logros son poco conocidos.
En 1927, el astrónomo belga Lemaître estudió de forma independiente una teoría similar del universo en expansión. Debido a que el universo se ha estado expandiendo, habría sido muy pequeño y muy denso en algún momento del pasado. Lemaître llamó a esto el huevo cósmico. También propuso que el universo se ha estado expandiendo y comenzó a partir de una súper explosión en el pasado; las galaxias de hoy son fragmentos del huevo cósmico y la regresión mutua de las galaxias son los ecos de esa explosión de hace mucho tiempo.
Los resultados de Lemaître no se notaron en ese momento. No fue hasta que el científico británico más famoso Eddington elaboró la teoría del universo en expansión que atrajo la atención generalizada de la comunidad científica. No fue hasta las décadas de 1930 y 1940 que Gamow, un físico estadounidense de origen ruso, realmente popularizó la idea de que el universo se originó a partir de una explosión. Curiosamente, el término "Big Bang" fue acuñado por un oponente de la teoría del Big Bang. El astrónomo Hoyle cree que estar de acuerdo con el modelo del Big Bang equivale a "invitar abiertamente a la teoría de la creación" y comprometerse con Dios, lo cual no es una actitud científica seria.
A grandes rasgos, el modelo del Big Bang es así: el universo se expande constantemente y, debido al efecto de la gravedad, la tasa de expansión cambiará con el tiempo. La gravedad actúa sobre toda la materia y energía del universo, actuando como un freno para evitar que las galaxias se extiendan, haciendo así que la expansión sea cada vez más lenta. En los primeros días de su nacimiento, el universo se expandió rápidamente desde un estado de alta densidad. A medida que pasó el tiempo, el volumen del universo se hizo cada vez más grande y la tasa de expansión se hizo cada vez más pequeña. Si rastreamos este proceso hasta el momento de la creación del universo, podemos encontrar que el volumen del universo era cero y la tasa de expansión era infinita. Este es el Big Bang.
El Big Bang es el punto de partida del espacio, el tiempo, la materia y la cantidad. Ninguno de estos conceptos puede extrapolarse a antes del Big Bang. Lo que vino antes del Big Bang y lo que causó el Big Bang son preguntas lógicamente sin sentido. Todo lo que había antes era simplemente "nada".
Esta conclusión no es fácil de aceptar. En 1948, dos astrónomos austriacos, Bondi y Gold, propusieron otra teoría que admitía la expansión del universo pero negaba el Big Bang. Posteriormente, el astrónomo británico Hoyle desarrolló y popularizó esta teoría llamada "creacionismo continuo". Esta teoría sostiene que el universo se encuentra en un estado estable; en el proceso de expansión de las galaxias, constantemente se producen nuevas galaxias desde el espacio, la materia que forma las galaxias se crea de la nada y la velocidad de movimiento es muy lenta y no puede ser; medido utilizando la tecnología existente. La conclusión es que el universo siempre permanece en el mismo estado, siempre ha sido así a través del pasado infinito y del futuro infinito, sin principio ni fin.
Durante más de una década, las teorías del Big Bang y la Creación en Serie han sido objeto de acalorados debates, pero no hay evidencia real para decidir cuál es la correcta. Durante esta época, la palabra "Big Bang" era un término despectivo, con significados extendidos de "nada serio" y "ridículo".
El resplandor de la llama
Teorías como la muerte por calor y la expansión del universo no parecen ser suficientes para convencer a la mayoría de la gente de la existencia del Big Bang. Si hubo un Big Bang en algún momento del pasado, ¿tal poder devastador dejó alguna huella en la estructura del universo actual? Dado que tantos arqueólogos religiosos están interesados en buscar el antiguo emplazamiento del Jardín del Edén y las reliquias culturales de Adán y Eva, ¿deberían los científicos excavar los restos de la creación del universo?
En 1948, R.A Alver, un joven estudiante de posgrado supervisado por Gamow, propuso en su tesis doctoral que el universo se originó a partir de una gran explosión hace unos 14 mil millones de años, y detalló el proceso mediante el cual las partículas elementales. combinados en elementos en los primeros minutos del universo. El artículo se titula "El origen de los elementos químicos" y se publica en la revista Physical Review Letters. En este artículo, Gamow jugó un juego de palabras y añadió al artículo el nombre del físico H. Bethe, que no había contribuido a esta investigación. De esta manera, los nombres de los tres autores del artículo, Alf, Bet y Gamow, suenan bastante similares a las tres primeras letras del alfabeto griego, Alfa, Beta y Gamma. Esto es perfecto para un artículo que habla sobre el origen del universo.
Este artículo presenta el primer modelo matemático de la teoría del Big Bang. Poco después, Alfer, junto con otro científico, Hermann, publicó otro artículo en Nature proponiendo un método para confirmar la teoría del Big Bang.
Según la teoría del Big Bang, en los primeros minutos, el universo era una bola de fuego llameante, llena de radiación luminosa con una temperatura de miles de millones de grados. Debido a que el universo en este momento está en equilibrio térmico, esta radiación tiene características espectrales únicas, llamadas "espectro de cuerpo negro". A medida que el universo se expande, la temperatura de la radiación continúa disminuyendo, pero aún conserva las características del espectro del cuerpo negro y su uniformidad general. Según los cálculos, el universo actual debería tener de fondo una radiación de cuerpo negro con una temperatura de unos 5K.
Esta destacada predicción no llamó la atención en su momento y quedó enterrada en la vasta literatura sobre física. En 1948, cuando no había ordenadores ni Internet, la comunicación entre científicos no podía ser la misma que hoy. Alf y Hermann no eran radioastrónomos y no tenían manera de diseñar un detector adecuado para buscar en el espacio la radiación residual del Big Bang; aunque quisieran hacerlo, no tenían la capacidad técnica en aquel momento. Además, en las décadas de 1940 y 1950, la mayoría de los físicos no consideraban la reconstrucción de los detalles de la historia temprana del universo una actividad académica seria.
Muchos años después, en 1965, dos ingenieros de radio de los Laboratorios Bell de Estados Unidos, A. Penzias y R. Wilson, descubrieron accidentalmente que al calibrar una antena muy sensible para el seguimiento de un satélite, había cierta tipo de ruido en el receptor que no se puede eliminar. Esto muestra que el universo está inmerso en un tipo de radiación que, equivalente a una determinada señal de radio con una longitud de onda de 7,35 centímetros en la banda de microondas del espectro electromagnético, se emite a la Tierra desde todas las direcciones del espacio con la misma. intensidad y se distribuye de manera muy uniforme a gran escala. Su temperatura es de aproximadamente 3K y sus líneas espectrales tienen características perfectas del espectro de cuerpo negro. Al mismo tiempo, un equipo de científicos dirigido por R. Dick de la Universidad de Princeton en los Estados Unidos redescubrió de forma independiente las predicciones hechas anteriormente por Alf y Herman y comenzó a diseñar un detector para buscar la radiación residual del Big Bang. Después de enterarse de esta radiación descubierta por los Laboratorios Bell, inmediatamente la interpretaron como un remanente del intenso calor del universo original después del Big Bang, es decir, la última luz de la bola de fuego del Big Bang se atenuó.
Debido a que la frecuencia de esta radiación de fondo se concentra en la banda de microondas, se denomina radiación de fondo de microondas. La mayoría de los astrónomos creen que su descubrimiento proporciona un apoyo concluyente a la teoría del Big Bang. Por lo tanto, la mayoría de la gente acepta la idea de que ocurrió el Big Bang y abandona la teoría de la creación continua. Por este descubrimiento, Penzias y Wilson ganaron el Premio Nobel de Física en 1978. Sin embargo, Alver y Hermann, que fueron los primeros en predecir la radiación de fondo de microondas, no recibieron honores por ello e incluso fueron olvidados en muchos documentos que resumen la historia del desarrollo de la teoría del Big Bang.
Cabe mencionar también que en 1983, la gente empezó a saber que el radiofísico soviético Shmonov pudo haber descubierto esta radiación ya en 1958 y anunció este hecho en ruso. Shmonov construyó una antena sensible a señales de microondas e informó de la detección de una señal uniforme en todas las direcciones del cielo, correspondiente a radiación con temperaturas entre 1K y 7K. En ese momento ni él ni nadie entendió el significado de este descubrimiento. De hecho, Shmonov no se enteró de la predicción del Big Bang y de los descubrimientos de Penzias y Wilson hasta 1983, cinco años después de que ganaran el Premio Nobel. Al igual que Alf y Hermann, Shmonov tampoco recibió el honor que merecía. Estos arrepentimientos abundan a menudo en la historia de la ciencia.
Los primeros tres minutos
¿Cuándo ocurrió el big bang? Como el corrimiento al rojo es fácil de medir, sabemos con bastante precisión a qué velocidad retroceden las galaxias. Pero para determinar la edad del universo, también debemos determinar las distancias de las galaxias. Cuanto mayor es la distancia, más tarda la galaxia en retroceder a su posición actual. Pero la distancia no es fácil de determinar. La comunidad científica tiene opiniones diferentes sobre la edad del universo. Generalmente es entre 10 y 20 mil millones de años, y la teoría más común es de 15 mil millones de años. No sabemos exactamente cuánto tiempo ha pasado desde el Big Bang, pero sabemos más sobre lo que sucedió en los segundos o minutos inmediatamente posteriores al Big Bang.
El primer segundo marca un antes y un después en la historia del universo. Después de este punto, la temperatura del universo ha caído a un nivel que puede describirse utilizando nuestro conocimiento actual de la física, obteniendo así una vista del universo a vista de pájaro aproximadamente precisa. Hace un segundo, el universo denso y caliente era un montón de partículas cuyo comportamiento los humanos no podían comprender, y las leyes físicas existentes eran insuficientes para describir su comportamiento. Esta es una caja negra de 1 segundo.
Hace un segundo, debería haber cantidades iguales de protones y neutrones en el universo, porque la interacción débil transformará los protones y los neutrones entre sí para mantener un equilibrio en su número. Pero al cabo de 1 segundo, la tasa de expansión se vuelve demasiado grande y la interacción débil ya no puede mantener el equilibrio entre el número de protones y neutrones. Dado que los neutrones son ligeramente más pesados que los protones, se necesita más energía para convertir protones en neutrones, lo cual es más difícil que convertir neutrones en protones. Entonces, la interacción débil se detiene, los neutrones y protones ya no se convierten entre sí en grandes cantidades, y el número relativo de neutrones y protones que quedan tiene una cierta proporción, probablemente de 1 a 6.
Después del primer segundo y en 3 minutos, los neutrones y protones sufren una violenta reacción de polimerización para formar núcleos de deuterio, núcleos de helio y núcleos de litio, principalmente núcleos de helio. Este proceso consume todos los neutrones y los protones restantes se convierten en núcleos de hidrógeno. Después de 3 minutos, la temperatura del universo cayó por debajo de los mil millones de grados, la densidad de la materia también cayó rápidamente y este tipo de reacción nuclear cesó. Los cálculos muestran que en los primeros tres minutos, alrededor del 22-24% del material se transformó en helio 4, y el material restante estaba casi en su totalidad en forma de hidrógeno, y solo unas pocas partes por cien mil se convirtieron en helio 3 y deuterio. y unas pocas partes por mil millones se convierten en litio.
Por tanto, el modelo del Big Bang predice que entre el 22 y el 24% de la materia del universo debería ser helio, y la mayor parte del resto debería ser hidrógeno. El hidrógeno y el helio formados en los primeros tres minutos constituyen más del 99% de la materia del universo. Los ricos y diversos elementos pesados que forman los planetas y la vida representan menos del 1% de la masa total del universo. La mayoría de ellos se formaron en el interior de las estrellas mucho después del Big Bang.
Las observaciones de helio, deuterio y otros elementos en todo el universo han confirmado de manera excelente la universalidad de los valores de abundancia anteriores. Existe una maravillosa concordancia entre el modelo simple del Big Bang y las observaciones astronómicas rigurosas. Esta predicción es el mayor éxito de Big Bang Picture.
El fin del tiempo y del espacio
El modelo del big bang no es la verdad última. Es sólo la mejor de las teorías existentes sobre el origen del universo, pero todavía quedan muchos problemas difíciles sin resolver. Por ejemplo, durante muchos años después de los primeros tres minutos, la forma en que la materia se acumula en cúmulos para formar galaxias y estrellas sigue siendo un proceso vago. Además, clasificar simplemente "lo que había antes del big bang" como una pregunta lógicamente irracional sin responderla parece un poco irresponsable, aunque es muy inteligente.
En cuanto al modelo del Big Bang, un gran desacuerdo en la comunidad científica actualmente radica en si el universo es "abierto" o "cerrado". Esta pregunta está relacionada con el fin del universo.
Según la inferencia, la formación del universo se produjo hace unos 10-20 mil millones de años. Las observaciones astronómicas muestran que las edades de varios cuerpos celestes son inferiores a 20 mil millones de años, lo que concuerda con la teoría del Big Bang. Nuestra Tierra se formó hace unos 5 mil millones de años y la historia de los seres humanos es demasiado corta para mencionarla. El universo es todavía relativamente joven y preocuparse por el fin del mundo es muy aburrido para una sola persona. Sin embargo, todavía es necesario pensar en esta cuestión por el destino de toda la humanidad.
Según el modelo del Big Bang, el universo continúa expandiéndose después de su nacimiento. Al mismo tiempo, la gravitación universal entre la materia frena el proceso de expansión. Si la masa total del universo es mayor que un cierto valor (masa crítica), entonces un día el universo se contraerá bajo la influencia de su propia gravedad, provocando un "gran colapso" opuesto al Big Bang. cerrado". Si la masa total del universo es menor que este valor, la gravedad no es suficiente para evitar la expansión, y el universo seguirá expandiéndose para siempre, es decir, estará "abierto".
Las dos teorías del universo abierto y del universo cerrado son muy populares y están en desacuerdo entre sí. Esto se debe a que es demasiado difícil sopesar el universo, ya sea a partir de observaciones reales o de derivaciones teóricas. En los últimos años, las observaciones astronómicas parecen apoyar teorías más abiertas, es decir, que la masa total del universo es demasiado ligera para alcanzar la masa crítica que provoca la contracción; algunos incluso afirman haber descubierto la "fuerza antigravitacional" que provoca la contracción; expansión acelerada del universo. Sin embargo, ninguno de estos resultados es concluyente.
Curiosamente, los científicos han descubierto que, ya sea que el universo esté abierto o cerrado, debe estar muy cerca de una masa crítica. Si la masa es demasiado grande y la gravedad es demasiado grande, el universo comenzará a encogerse poco después de expandirse y no vivirá demasiado. De esta forma, las estrellas no tendrían tiempo de formarse, y mucho menos la vida y los humanos. Si la masa del universo es demasiado pequeña, el universo se expandirá demasiado rápido y la materia pronto se volverá muy delgada, no suficiente para acumularse en estrellas y galaxias, y no se producirá vida. En estos dos tipos de universos, no habría nada tan problemático como que los humanos buscaran el origen del universo. Tal vez haya universos lejos de la masa crítica en algunos lugares, pero dado que existimos en el universo frente a nosotros, su masa no debe ser muy diferente de la masa crítica. Este hecho hace que sea más difícil determinar si el universo está abierto o cerrado: necesitamos datos muy precisos para determinar si la masa del universo es mayor o menor que la masa crítica.
Por lo tanto, tenemos que predecir ambos futuros.
Si el universo continúa expandiéndose eternamente, en un futuro muy lejano (por ejemplo, dentro de 100 mil millones de años), todas las estrellas se habrán quemado y habrá algunos agujeros negros, estrellas de neutrones y Otros cuerpos celestes acechan en la vasta oscuridad. El tamaño del universo se ha expandido a un billón de veces el actual, y todavía se está expandiendo. En este sistema, la gravedad no es suficiente para detener la expansión, pero consume silenciosamente la energía del sistema, lo que hace que el universo decaiga lentamente. Los agujeros negros liberan radiación débil bajo la influencia del efecto Hawking y, finalmente, toda ella se evapora en forma de luz y calor. Después de un tiempo suficiente, incluso las partículas elementales estables, como los protones, se desintegran y mueren, y el universo acaba convirtiéndose en una sopa increíblemente fina de fotones, neutrinos y cada vez menos electrones y positrones. Las partículas se mueven lentamente, alejándose cada vez más unas de otras, sin que tenga lugar ningún proceso físico fundamental. Este es un universo frío, oscuro, desolado y vacío. Ha completado su viaje y se enfrenta a la vida eterna o a la muerte eterna. Esta escena no es lo mismo que la "muerte por calor" en el sentido tradicional, pero el grado de desolación es muy similar.
¿Qué pasa si la masa del universo es mayor que la masa crítica y un día comienza a reducirse? A gran escala, el proceso de contracción es simétrico a la expansión después del Big Bang. Como una película proyectada al revés, el proceso de contracción es lento al principio y luego cada vez más rápido. Después de la transición de la expansión a la contracción, el tamaño del universo comienza a reducirse y la temperatura de la radiación de fondo aumenta. El universo oscuro y frío se convierte en un horno cada vez más caliente. La vida no tiene dónde escapar y todo está cocido y chamuscado.
Finalmente, los planetas y las estrellas también fueron destruidos, y la materia distribuida en el vasto espacio quedó comprimida en un pequeño volumen. Llegaron los últimos tres minutos.
La temperatura subió tanto que incluso los núcleos de los átomos se desgarraron y el universo volvió a convertirse en una sopa de partículas elementales. Sin embargo, este estado sólo puede sobrevivir durante unos segundos. En el último segundo, los protones y los neutrones se vuelven indistinguibles y se comprimen en un plasma hecho de quarks. En el último momento, la gravedad se convierte en la fuerza absolutamente dominante, aplasta sin piedad la materia y el espacio, y la curvatura del espacio-tiempo sigue aumentando. En este "Gran Colapso", toda la materia dejó de existir, y todo lo que "existía", incluido el tiempo y el espacio mismo, fue destruido. Todo lo que queda es una singularidad espacio-temporal.
Este es el final. Es el fin de todo. El universo, que nació de la nada en el Big Bang, también vuelve a la nada en este momento. Miles de millones de años de brillantez, no quedará ni un rastro de memoria.
Nota de Bisheng: Una vez escribí un artículo más corto con el mismo título para la revista "Global", que fue favorecido por los internautas y reimpreso en todas partes. Posteriormente se complementó y se convirtió en el artículo actual, que se considera la versión 2.0. Sin embargo, todavía hay algunos aspectos que no resisten el escrutinio, como el problema de la muerte por calor y el fin del universo. Estoy trabajando duro en la lectura y tal vez algún día se me ocurra una versión mejor.
Los campos quedarán desiertos, la lluvia y la nieve se llevarán por el camino, y la barba quedará en el barro.