¿Qué onda con el Big Bang?

Durante el siglo XX dos grandes teorías cambiaron el rumbo de la humanidad: la mecánica cuántica y la relatividad. La teoría de la relatividad fue desarrollada por el genio más importante del siglo XX, Albert Einstein en 1905 publica su artículo de la relatividad especial y 10 años mas tarde, en 1915, aparece otra publicación donde explica la relatividad general. En 1931, George Lemaitre, presenta una solución de la relatividad general en la que concluía que el universo se había originado a partir de un “átomo primigenio” en lo que ahora se conoce como el Big Bang. Habiendo saciado tu curiosidad respecto al Big Bang, hablaremos de una nueva región del espectro electromagnético, la región de las microondas.

Las microondas son a veces consideradas como ondas de radio de alta energía, sin embargo, debido a sus aplicaciones, lo más común es distinguir a las microondas como una región más del espectro. Las ondas de microondas tienen una longitud de onda que oscila entre 1m y 1mm y un rango de frecuencias que va de los 300 mega Hertz (millones de Hertz) y los 30 giga Hertz (miles de millones de Hertz).

Curiosamente, en la actualidad, gran parte de las aplicaciones que se desarrollaron en primera instancia con las ondas de radio, actualmente operan utilizando microondas, esto gracias a los desarrollos tecnológicos de equipos y materiales que hicieron viable operar con mayores energías, obteniendo una mejor calidad. Entre esos ejemplos tenemos las telecomunicaciones, las señales que permiten la televisión por cable y la señal en alta definición tienen las características de longitud de onda y frecuencia de las microondas, así también, los radares en la actualidad pueden usar las microondas para una mayor precisión y nitidez de las señales recibidas, esto mismo ocurre en las señales satelitales y de GPS.

En la detección satelital, una región de las microondas es de un tamaño comparable a los espacios entre las moléculas de agua en las nubes, y gracias a eso nos permiten generar imágenes que permiten prever ciclones y su comportamiento y en general se utiliza para dar seguimiento a las condiciones meteorológicas, las imágenes que se obtienen con microondas son las coloridas proyecciones que se ven cuando dan el clima en las noticias. Además de la aplicación anterior, el uso de microondas para calentar la comida es otra de las utilidades de este rango del espectro con la que mas familiarizados estamos, cuando colocamos comida dentro del horno de microondas, las ondas de aproximadamente 12 cm que son irradiadas del aparato ponen a vibrar las moléculas de agua y a otras moléculas orgánicas dentro de nuestros alimentos, este movimiento hace que la energía cinética (o de movimiento) dentro de la comida aumente y con eso, aumenta la temperatura (porque la temperatura es simplemente la medición de la cantidad de movimiento que existe en las moléculas que componen a un objeto).

Las microondas tienen un papel muy relevante en la exploración espacial y la astrofísica. Todo comienza en 1965 cuando científicos de los laboratorios Bell percibieron un fondo de interferencia utilizando una antena especial realizando experimentos para elaborar un receptor de radio, se llevaron una gran sorpresa al percatarse que esa interferencia llegaba de todas direcciones en la misma cantidad (si fuera la interferencia por señales de una torre de transmisión o un satélite, su dirección sería única), cuando compartieron sus resultados, un grupo de investigación de la universidad de Princeton se percato que habían logrado descubrir el denominado Fondo Cósmico de Microondas (CMB por sus siglas en inglés). A partir de ese descubrimiento, diversos experimentos se han financiado para obtener una imagen del CMB con mejor calidad y claridad y de esta manera experimentos como el Cosmic Background Explorer de la NASA, el Wilkinson Microwave Anisotropy Probe y el telescopio espacial de la Agencia Espacial Europea han podido brindar imágenes de este fondo cósmico.

Probablemente te preguntarás qué importancia tiene esta señal que se encontró por casualidad, pues resulta que este CMB es el vestigio más antiguo de los orígenes del universo, las señales de microondas que conforman al CMB, son el resultado de una gran explosión que dio origen a nuestro universo, así es, esta señal, es la prueba más sólida de que la teoría del Big Bang de Lemaitre es acertada. Con una temperatura de 2.7 K en promedio y con pequeñas variaciones de +/- 0.000004 K, el estudio del CMB ha permitido estimar la edad del universo en unos 13.8 mil millones de años, las variaciones de temperatura son indicios de la formación de agrupaciones de galaxias, galaxias como nuestro hogar cósmico, la Vía Láctea. Diversos investigadores estudian regiones del CMB para ir reconstruyendo los inicios y el desarrollo del universo que hoy nos contiene, además ha servido para confirmar las ideas de que la materia y la energía oscura, son entes que realmente tienen presencia y debemos averiguar que son.

El espectro electromagnético, es esencial para el funcionamiento de nuestra vida tal como la conocemos, y además es una fuente de nuevo conocimiento que ha permitido la predicción de fenómenos naturales aquí en la tierra y que nos ha acercado un poco más al infinito (o al menos a la infinita extensión de nuestro universo) quizá con más curiosidad, investigación y ganas de adquirir conocimiento logremos descubrir más secretos del universo en el que vivimos.

Este es el tercer escrito de una serie de publicaciones acerca de las ondas electromagnéticas.