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El origen de la materia y la energía en el univers o
PEDRO VILARROIG.

Un iversidad Politécnica de Madrid, Escuela Técnica Superior de Ingen ieros de Minas . C. Ríos Rosas,

21 28003

Madrid.

RE S UMEN:

La materia de nuestro universo ofrece un aspecto muy diverso, contrariamente a cómo ésta se presentaba en
sus orígenes . En el Big B ang solamente existía una masa de energía en donde todo eraindiferenciado y con­
fundido en un volumen casi puntual pero, a medida que la temperatura baj a y el universo se exp ande, ap are­
cen nuevas estructura s que darán lugar a la materia tal como la conocemos hoy en día. Las teorías más moder­
nas apuntan al hecho de que el origen de la materia y la energía es exterior al propio universo.
PALABRAS CLAVE:

materia, energía, universo

s sabido que lateoría más aceptada sobre el origen del

E uni verso es el Big B ang o gran explosión. Tomando

esta hipótesis, muchos de los fenómenos que hoy en día se
observan en el universo, como su exp ansión, el fondo de
microondas, etc., pueden ser correctamente explicados . Se­
gún esta teoría, el universo habría nacido a partir de un
tamaño infinitesimal y luego habría iniciado una exp an­
sión hastaalcanzar el tamaño actual. La pregunta que sur­
ge es ¿ cómo de pequeño era el universo en su inicio?
No podemos comprimir el universo indefinidamente ya
que, en un momento dado, el tamaño alcanzará una es cala
en donde los fenómenos cuánticos serán apreciables . En
ese mismo momento la gravedad será intensa y convivirán
dos fenómenos que la física aún no ha sido capaz de unifi­
car. Para estudiar elfenómeno se necesitaría disponer de
una teoría cuántica de la gravitación, cosa que aún no está
consolidada. Existen unos primeros rudimentos sobre esta
teoría y nos dice que, precisamente en esta escala es nece­
s ario detenerse.
Existe una distancia mínima, llamada radio de Planck,
que constituye un cuanto de esp acio . Igualmente, la luz
tardará un tiempo tp (tiempo de Planck) que define,igual­
mente, un cuanto de tiempo . P ara deducir estas cantida­
des, imaginemos un diminuto aguj ero negro cuyo radio
sea lo suficientemente pequeño como p ara obtener efec­
t o s c u án t i c o s . S e gún l a d e f i n i c i ó n de r a d i o d e
Schwarzs child d e un aguj ero negro, rs=2Gmp/c2, siendo
mp su masa, y a la cual llamaremos masa de Planck p ara el
caso que nos ocupa. Su radio será elrecién definido radio
de Planck. Según la relatividad especial, la masa de este
aguj ero negro contiene una energía Ep=mpc2, y si como
hemos supuesto, existen efe ctos cuánticos, habrá una in­
determina ción dada por el principio de Hei s enbe r g :
D t D E 3 h . C ombinando t o d o e l l o resulta u n a m a s a de
Planck:

[1]
Esta masa es realmente pequeña y no ha podido dar lu­
gar a todo eluniverso. Surge entonces la pregunta ¿de
donde procede el resto de la masa y la energía?
Existen algunos fenómenos que la teoría de la gran ex­
plosión no puede explicar o, incluso, predice efectos que
contradicen la experiencia . Tales son el problema del ho­
rizonte y la planitud . Para justificarlos se introdujo la teo­
ría de la inflación, ilustrada en la figura 1:
En abscisas se sitúa el tiempo y enordenadas SISo las
relaciones entre el r adio del universo en cualquier ins­
tante (S) y el actual (So) . A quí vemos que dur ante un
tiemp o espectacularmente corto ( 1 0-34 segundos ) el uni­
verso sufrió una exp ansión ( 1 060) comp arable a la que
sufriría un obj eto desde un tamaño inferior a un protón

a-a de l a :
rooi a::i Ól1 :

a-a de l a
mata-i a

L---�--�
Ur------�Cr-------__
.
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FIGURA

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1 01 7

t
(g:gunda3)

1 : Curvas de la evolución del universo

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2006 S E M I N A R I O S

hasta el d e una galaxi a . Esta exp ansión se produce a una
velocidad enorme que supone millones de veces más rá­
pida que l a de l a luz c . Aunque esto p arece violar la
rel ativi dad especial, l a teoría general de la relativi dad
permite exp...