Cosmologia

Cosmología, es el estudio del universo en su conjunto, en el que se incluyen teorías sobre su origen, su evolución, su estructura a gran escala y su futuro.

Aunque la palabra cosmología fue utilizada por primera vez en 1730 en la Cosmologia generalis de Christian Wolff, el estudio científico del universo tiene una larga historia, que involucra a la física, la astronomía, la filosofía, el esoterismo y la religión. 

El nacimiento de la cosmología moderna puede situarse en 1700 con la hipótesis de que las estrellas de la Vía Láctea pertenecen a un sistema estelar de forma discoidal, del cual el propio Sol forma parte; y que otros cuerpos nebulosos visibles con el telescopio son sistemas estelares similares a la Vía Láctea, pero muy lejanos.

La cosmología comprende el estudio  de las propiedades del Universo en su conjunto: como se ha desarrollado y como llegará a su final en caso de que lo tenga; para su análisis se han ideado modelos cosmológicos, es decir, esquemas hipotéticos de la estructura e historia del Universo. La confirmación de su validez resultara de la comparación con los datos que se obtengan de las observaciones astronómicas.

Las principales teorías cosmológicas actuales parten de un Universo que habría comenzado con el big bang . 

Han podido desarrollarse algunas ideas sobre la evolución del universo a partir del big bang.

En la actualidad el universo aparece formado casi exclusivamente por hidrógeno, un poco de helio, y un resto pequeño de elementos más pesados. A medida que pasa el tiempo, sucede que en el interior de las estrellas el hidrógeno se va convirtiendo en helio, y este por su parte, en elementos más pesados. Podemos pensar entonces que echando a andar el tiempo hacia atrás hallariamos que el número de átomos de helio sería cada vez más pequeño, los elementos pesados casi no existirían y la cantidad de hidrógeno iría en aumento. En instantes cercanos al inicio del bi bang tendríamos un universo completamente formado por hidrógeno y helio.

Ahora bien, el atomo de hidrogeno esta formado por un protón y un electrón, partículas que debieron haberse formado con anterioridad al inicio de la existencia del atomo de hidrogeno como tal. En un tiempo cercano al big bang el hidrógeno debería hallarse comprimido hasta el punto que electrones y protones deberían fundirse en una mezcla de partículas sin carga eléctrica llamadas neutrones. Llegados a ese instante, a materia y energía aparece acopladas; G.Gamow en 1948 llamó neutrino a esa masa de neutrones compactados calculandose que tendría una gigantesca densidad cercana a los 1.000 millones de gramos por cm³. 

- Actualmente se considera que antes de haber pasado el primer segundo antes del gran estallido, ocurrieron muchos fenómenos importantes. Así, a los 10^-43S después del big bang se dice que acababa la era de Planck, instante en el cual se estima que se habían separado la fuerza gravitatoria de la fuerza fuerte-electrodébil. Es decir un cierto tiempo anterior a la existencia de un único tipo de interacción física, una única clase de partículas, la temperatura era de  10³² Planck. Se termina la era donde las cuatro fuerzas fundamentales: fuerte, débil, gravedad y electromagnetismo: teorías de la gran unificación.

A los 10^-43 tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza todavía se hallaban unificadas;  solo un instante posterior se separaría las fuerza fuerte de la electrodébil, entonces la temperatura del Universo habría bajado los 10 ²⁶K .

A los 10 ^-6S siguió la era hadrónica: aparecen los quarks y los antiquarks.

A los 10 ^-3 S después del big bang, con los quarks se condensan las otras partículas elementales (los hadrones): protones y neutrones; se forma entonces la materia y la antimateria.

El Gran Colisionador de Hadrones, GCH (en inglés Large Hadron Collider, LHC) es un acelerador y colisionador de partículas ubicado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, sigla que corresponde su antiguo nombre en francés: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), cerca de Ginebra, en la frontera franco-suiza. Fue diseñado para colisionar haces de hadrones, más exactamente de protones, de hasta 7 TeV de energía, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del Modelo Estándar, el cual es actualmente el marco teórico de la física de partículas, del que se conoce su ruptura a niveles de energía altos.

Dentro del colisionador dos haces de protones son acelerados en sentidos opuestos hasta alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz, y se los hace chocar entre sí produciendo altísimas energías (aunque a escalas subatómicas) que permitirían simular algunos eventos ocurridos inmediatamente después del big bang.

El LHC es el acelerador de partículas más grande y energético del mundo. Usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés) y más de 2000 físicos de 34 países y cientos de universidades y laboratorios han participado en su construcción.

Una vez enfriado hasta su temperatura de funcionamiento, que es de 1,9 K (menos de 2 grados por encima del cero absoluto o −271,15 °C), los primeros haces de partículas fueron inyectados el 1 de agosto de 2008, y el primer intento para hacerlos circular por toda la trayectoria del colisionador se produjo el 10 de septiembre del año 2008.Aunque las primeras colisiones a alta energía en principio estuvieron previstas para el 21 de octubre de 2008, el experimento fue postergado debido a una avería que produjo la fuga del helio líquido que enfría uno de los imanes superconductores.

La teoría de cuerdas es un modelo fundamental de la física que básicamente asume que las partículas materiales aparentemente puntuales son en realidad "estados vibracionales" de un objeto extendido más básico llamado "cuerda" o "filamento".

De acuerdo con esta propuesta, un electrón no es un "punto" sin estructura interna y de dimensión cero, sino un amasijo de cuerdas minúsculas que vibran en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones. Un punto no puede hacer nada más que moverse en un espacio tridimensional. De acuerdo con esta teoría, a nivel "microscópico" se percibiría que el electrón no es en realidad un punto, sino una cuerda en forma de lazo. Una cuerda puede hacer algo además de moverse; puede oscilar de diferentes maneras. Si oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente veríamos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces veríamos un fotón, o un quark, o cualquier otra partícula del modelo estándar. Esta teoría, ampliada con otras como la de las supercuerdas o la Teoría M, pretende alejarse de la concepción del punto-partícula.