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Tería del Big Bang

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Resumen del video http://www.youtube.com/watch?v=pA5Vutdqv7Q (:

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Page 1: Tería del Big Bang

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Origen del Universo

Teoría del Big Bang

Trabajo de Biofísica

Neil Alexander Dueñas Coello

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“El Big Bang sucedió en una fracción de segundo, y nació todo el universo”

Las teorías han puesto a cabo a la creencias de lo que puede ocurrir en un abrir y cerrar de ojos & por tantas surgen preguntas... ¿Cómo hemos llegado hasta aquí?¿De qué está compuesto el universo?

Se necesita saber que ocurrió porque el secreto de todo está encerrado en el primer segundo de creación del universo, gracias a la tecnología hemos podido revelar algo muy importante.

Como sabemos en el principio no existía nada, ni materia, ni energía, no había espacios vacíos porque el espacio en sí mismo no existía, el tiempo no pasaba porque no existe.

De la nada aparece una Bola de Fuego más que pequeña que un átomo & 10 billones de billones de veces más caliente que el núcleo del sol, entonces podemos decir que lo se considerara la creación del universo explota desde una concentración millones de veces más pequeñas que la punta de un alfiler.Y aparece el tiempo & en un segundo se traza la línea de tiempo en que se irán formando todas las estructuras que pertenecerán al cosmos.Y nace otra pregunta:

¿Cómo ocurrió?El Prof. Lawrence Krauss que ha dedicado su carrera al estudio del primer segundo de explosión del Big Bang exclama:

“Si queremos entender nuestro lugar en el universo, tenemos que volver al principio absoluto & descubrir como ocurrió todo”

El echar la vista atrás al instante de la creación es una idea nueva, pero se tomó en consideración ya que la Teoría del Big Bang está muy aceptada aunque su concepto tenga menos de un siglo de antigüedad. El Prof. Lawrence dice:

“Una de las cosas que tenemos que observar con perspectiva, es lo suficiente que es nuestra incomprensión del universo... Hace 80 años la opinión más atentada en la ciencia fue que

Universo era estático y eterno & que había estado siempre.”

Pero aquello cambio en 1929; en el observatorio del Monte Wilson en California, El Observador Edwin que se dedica a estudiar la luz de las galaxias observa que cuanto más lejana es la galaxia más larga es la longitud de onda que emite.

Las ondas de luz se estiran cuanto más se propagan & al estirarse cambia la longitud de onda.El mismo principio se aplica a las ondas sonoras. Ejemplo:

Según se acerca un tren, el tono del silbato aumenta & cuando pasa este disminuye es decir que al alejarse el tren cada onda sonora tiene que viajar más que la anterior para llegar a tu oído, las ondas sonoras se estiran & disminuye la onda.

Algo similar ocurre con las ondas de luz, si una galaxia se aleja de nosotros la onda de luz que emite se estira & cada vez es más larga y roja & eso se llama “Corrimiento al Rojo”.El Prof. Lawrence dice:

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“En la luz visible en un extremo del espectro tenemos al rojo & al otro extremo tenemos el azul; la radiación roja en la luz visible es la de mayor longitud de onda mientras que la luz

visible azul tiene una longitud de onda corta y en cuanto al universo vemos la radiación desde las distintas estrellas estirándose literalmente por lo que la luz se va enrojeciendo & cuanto

más lejos miremos, mas roja será la luz.”

Las galaxias que nos rodean han cambiado a esta luz roja, es decir que todas las galaxias lejanas en todas direcciones se están alejando de nosotros a más de un millón & medio de kilómetros por hora, si las galaxias se separan velozmente una de otras en algún momento deberían haber estado juntas.

El universo se expande hacia afuera desde un solo punto & esa es la primera prueba de que el universo tuvo un principio.El descubrimiento del observador Edwin tuvo cambio el concepto de la “Teoría del Big Bang” de una forma radical.

Los científicos creen que en el primer segundo después del Big Bang se creó la base de todas las estrellas & planetas del cosmos.Pero para probarlo primero necesitan una nueva manera de medir el tiempo & de allí surgió la idea del Prof. Lawrence

“Pensar en fracciones de tiempo más pequeñas de las que usamos en cualquier otra actividad humana, fracciones temporales más pequeñas que una carrera automovilista o cualquier otra cosa & lo que la ciencia a lograda comprender es que puede ocurrir de TODO en una fracción

de segundo, en un abrir y cerrar de ojos todo puede alterarse cambiar o crearse.”

Horas, minutos & segundos son el fundamento de la vida moderna pero los acontecimientos que se dieron en el Big Bang ocurrieron en fracciones de tiempo menores que un segundo & para analizar lo que ocurre, los científicos utilizan una nueva medida de tiempo llamada “Tiempo de Planck”; Un Planck equivale a 10-43 segundos eso significaría:

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Una cantidad de tiempo inimaginable, aun así en este pequeño latido de tiempo Planck ocurre algo que determina los próximos 13.700’000.000 de años (Trece mil setecientos millones).

De la bola de fuego surgen las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza & de esas fuerzas depende todo a nuestro alrededor, la gravedad es el motivo con el que se formaron las estrellas y los planetas controla la luna & las mareas & nos mantiene sobre la tierra.

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El electromagnetismo ilumina las ciudades, conecta los teléfonos & hace funcionar los ordenadores & las 2 fuerzas nucleares; la fuerte y la débil enlazan las partículas de nuestro cuerpo y alimentan la caldera del sol.Estamos vivos aquí porque en el primer segundo posterior al Big Bang se crearon estas 4 fuerzas, sin ellas el universo sería una nube monótona de radiación.

“Sin estas fuerzas no existiera nada; no habría televisión, no habría deportes, no habría amor ni odio ni tragedia humana… Todo aquello por lo que merece la pena vivir.”

En el primer instante de tiempo de Planck, las 4 fuerzas siguen formando una sola súper-fuerza, la fuerzas de gravedad, nuclear, electromagnética siguen sin dividirse.

El físico Michiu Kako grafica a estas 4 fuerzas como un cristal simétrico con las fueras unidad dentro, demostrando la simplicidad al principio de los tiempos.

Mientras el universo se expande en el primer tiempo de Planck las 4 fuerzas comienzan a separarse; como si un pequeño cristal se enfriara de repente, se quebrara y el primero en separarse es la gravedad, después las fueras nucleares & finalmente queda una quebrantada que es lo antes llamaban súper-fuerza.

¡Los 4 fragmentos funcionan!La gravedad mantiene la Tierra en órbita, las fuerzas nucleares hacen brillar al sol & la radiación electromagnética es la luz que baña a nuestro planeta.

Para descubrir cómo se expande el universo, los científicos utilizan telescopios tan potentes que pueden ver el pasado; cuando el astrofísico David Spergel mira hacia arriba ve historia.

Entonces cuando miramos al espacio volvemos atrás en el tiempo, la luz viaja a una velocidad finita, así que la que vemos del sol tarda unos 8 minutos en llegar hasta aquí… No vemos el sol tal como es sino como era hace 8 minutos, cuando de noche vemos las estrellas cercanas podrían estar habiendo 20 años luz, las vemos que eran hace 10 o 20 años.

Cuanto más lejos podamos ver en el espacio, más cerca estaremos del Big Bang.La luz de las estrellas lejanas tardan miles de millones de años en llegar hasta nosotros, se estiran tanto en el trayecto que se convierte en ondas electromagnéticas, para ver esta luz tan antigua es necesario utilizar radio-telescopios.

El Radio-telescopio Horn Antena de New Jersey realizo un descubrimiento relacionado con el Big Bang completamente por casualidad, en 1960 en los laboratorios telefónicos Bell emiten las ondas electromagnéticas de nubes de gas dela vía láctea pero la Horn Antena que utilizan recibe constantes interferencias y aunque al principio pensaron que el experimento fallaba porque aunque lo limpiaron & re-calibraron no se arreglaba la interferencia, lograron entender que lo escuchaban es un eco de los albores del tiempo.

El Big Bang fue tan potente & tan caliente que aún quedan vestigios de ese calor, el calor comenzó como una radiación como rayos X extremadamente calientes, al estirarse & enfriarse se convirtió en luz visible cambiando de azul a rojo; convirtiéndose en micro-ondas & finalmente en ondas electromagnéticas.

La radiación apenas vista se dirige constantemente a la Tierra & se llama “Radiación de fondo de micro-ondas cósmicas”

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La radiación de fondo de micro-onda cósmico es el eco de la propia creación, las brasas y los escombros de la onda de choque final que creo el universo, si nuestros ojos captaran micro-ondas podríamos ver esta radiación y cada noche contemplaríamos el Big Bang.Mirando al cielo podríamos decir que vemos una explosión.

Más de 13.000’000.000 de años después (trece mil millones) hay una manera de observar es te brillo cósmico a simple vista. La estática de la televisión cuando no se sintoniza ningún canal; un gran porcentaje que se observa es producto de la radiación creada por el Big Bang.

También revela que el universo entro en una nueva fase, en menos de una billonésima parte de un segundo después de su creación, la radiación cósmica es la clave para descubrir que ocurrió después.

Luego de unos instantes de tiempo de Planck en el universo la bola de fuego se transforma & en un instante el universo es mil millones de veces más pequeño que un átomo, en el siguiente se hincha hasta alcanzar el tamaño de una pelota de baseball, es decir crece más que en los cientos millones de años siguientes.

Esta rápida expansión es conocida por los científicos como “Inflación” & la prueba perdura en la radiación cósmica que quedo tras el Big Bang.Como la electricidad estática en la televisión, la radiación cósmica parece tan constante e uniforme que ofrece un rompecabezas a los científicos.

La única explicación seria que el universo se hincha infinitamente más rápido que la velocidad de la luz, la inflación expande la bola de fuego del universo equitativamente como cuando se infla un balón con un espectacular soplo de energía.Es como comprimir un globo que se hará mas y más pequeño y almacenamos una gran cantidad de energía, cuando lo soltamos explota.

Pero si todo el universo es uniforme desde el primer segundo posterior al Big Bang en adelante surge la pregunta:¿Cómo se formaron las galaxias?

Los planetas y las estrellas son al principio un grupo de partículas que con el tiempo estas partículas de materias se unen debido a la fuerza de gravedad y forma una masa densa.La Tierra fue primero una bola de partículas que se compactaron debido a la fricción y a la gravedad & el sol que sustenta la vida en la Tierra fue primero una nube de gas y polvo. Entonces:¿Cómo se formaron estos grupos en primer lugar?

Al principio el universo seria grumoso y no uniforme, para conocer la formación de las estrellas y planetas en el primer segundo del Big Bang, los científicos desarrollaron Una Sonda lanzada en el 2001 que emite la temperatura de la radiación cósmica con mayor detalle que nunca, ya que para poder observarla con detalle es necesario salir de la Tierra o cualquier otra fuente que interfiera en la radiación.

Esta sonda se encuentra a un 1’600.000 km de la Tierra, ya se llevan 5 años analizando el cielo al minuto, la Sonda crea un mapa de temperatura del universo y revela algo destacable; las manchas azules & rojas son pequeñas variaciones de temperatura.

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Gráfica:

Las pequeñas zonas azules son zonas que tienen temperaturas decenas de veces menores de 1 grado, las regiones rojas están un poco más calientes así que se pueden ver las pequeñas variaciones térmicas en el cielo.

Al evolucionar el universo estas pequeñas ondas se convierten en grupo de partículas que abundan cada ve as debido a la fuerza de gravedad, siendo bastantes densos para desencadenar estrellas y galaxias.

Este mapa fue nombrado como la “Cara de Dios” porque se dijo que así se vio el universo al segundo de haberse creado, pero los científicos lo llamaron un “bebé” El universo cuando era un bebé.

Una fracción de segundo después del Big Bang el destino del universo ya está trazado, el sol arde gracias a las fuerzas de hace 13.000’000.000 de años, las estrellas y planetas se formaron gracias a la manera tan rápida de extenderse del universo.

Entonces en los pocos instantes de Tiempo de Planck el universo ya se encuentra inundado de los componentes de la materia, entonces el universo a los comienzos no era nada más que energía. Entonces:¿Cómo se convirtió esa energía pura en materia?

Todo lo que te rodea está compuesto de materia, donde estas sentado, el aire que respiras, todo el planeta & la materia está compuesta de átomos.Y en el primer segundo después del Big Bang se crean los ingredientes de los átomos, pero: ¿Cómo apareció la materia?

En 1905 Albert Einstein propone su ecuación E=MC2 es decir que la energía & materia son diferentes representaciones de lo mismo, la materia y la energía son intercambiables.

Entonces el universo bebe se expande & se enfría se forman las partículas de materia.Solo ha pasado un segundo el universo arde a mayor un millón de grados, tenemos las partículas de la materia pero el universo está muy caliente para que estas se puedan unir.

Como no se puede regresar en el tiempo para ver lo ocurrido & aunque se pudiera regresar no se podría sobrevivir allí ya que existe temperatura millones de grados altas y nos desintegraríamos instantáneamente, los científicos deben recrear las condiciones del Big Bang

Se calculan que en el interior de una estrella la temperatura era de decenas de millones de grados pero durante el Big Bang se calcula que la temperatura era de millones de millones de grados por tanto no hay manera de simular la creación sino es con un acelerador de partículas.

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Chocando protones con si, se puede generar temperaturas que no se han dado desde el comienzo mismo del universo.

Entonces para demostrar esto se utilizará un acelerador relativista de iones pesados o RHIC, que es un anillo de 3km con 200mts diseñado para romper el núcleo de átomos de helio a casi la velocidad de la luz.

Cuando consiguen la colisión se dan cuenta que la energía de la colisión es colosal y a pequeña escala genera el universo embrionario del primer segundo desgarrando el núcleo del átomo en los protones y neutrones que lo componen pero esta energía es suficiente para romper los protones & neutrones & en el interior los científicos descubren las partículas elementales de la materia, partículas diminutas llamadas Quartz.

El comportamiento de los Quartz es tan importante para los científicos ya que esto revelaría por completo el secreto de la composición & creación de la materia pero estos son muy rápidos y no se los puede observar.

El proyecto comienza en el año 2000, al colisionar los núcleos de los átomos se genera un chorro caótico de partículas & se tardan 5 años en analizar los datos & los resultados llegan en el 2005 & se dieron cuenta que al hacer chocar los núcleos de átomos de Au entre sí, se esperaba encontrar un gas pero encontraron más bien líquido.

Cuando aparece la materia por primera vez en el universo, los Quartz son tan densos & están tan electrizados que todo el universo es como un líquido, es decir que el universo paso de ser una bola de energía incandescente a ser una sopa de Quartz en menos de un abrir & cerrar de ojos, entonces el universo liquido es caliente, denso & violento.

Entonces tenemos que después de haber pasado una millonésima parte de segundo, el universo que era una bola de fuego incandescente se enfría, se hace pequeña más que el núcleo de un átomo luego se produce la inflación que la infla del tamaño de una pelota de baseball & luego se crean las primeras partículas de la materia que si no existieran ninguno de nosotros estaríamos aquí.

Se produce lo llamado “Armagedón” & las partículas diminutas de las materias deben sobrevivir en un campo de batalla.

El acelerador de partículas revela que cuando se recrea el primer segundo se genera DOS TIPOS DE MATERIA en partes iguales, una es el tipo de materia que observamos a nuestro alrededor y la otra es lo contrario, la anti-materia.Cada partícula del universo tiene una partícula de anti-materia que se creó en el Big Bang, la anti-materia parece similar pero no del todo, de hecho es como un reflejo. Pero la materia & la anti-materia son enemigos mortales, no pueden coexistir.

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Entonces la materia & la anti-materia están encerradas en una batalla a muerte.

Cuando la materia & la anti-materia chocan el resultado es explosivo. Un conjunto de materia del tamaño de una manzana chocando con su antimateria es equivalente que generaría tanta energía como la de una bomba nuclear de 10 Megatones.

Si pudiésemos volver al momento en el que se esté dando esta explosión encontraríamos está furiosa masa de materia & anti-materia dándose la una a la otra, nos encontraríamos en una batalla cósmica entre los 2 mandos.

Al estar todas las partículas en un estado líquido súper denso, la materia & la anti-materia se encuentran rápidamente & se destruyen entre ellas, ¿Cómo se generó un numero equitativo? Si cada partícula de materia que choca con su anti-materia queda aniquilada, toda la materia seria destruida a nada más ser creada.

El caso es que el universo está lleno de materia pero, ¿Cómo venció a la anti-materia?Es un gran misterio, una teoría es que la anti-materia es menos estable & se deteriora más rápidamente provocando un pequeño desequilibrio entre la materia & la anti-materia, este pequeño desequilibrio permitió a la materia aplastar a la anti-materia.

Es decir la pequeña porción que sobrevivió, la que quedo de materia somos nosotros. De allí se comenzó a formar todo lo que está ahora. Somos los detritos, lo que quedo cuando todo lo demás estaba acabado, entonces estos formaron todo lo que a nuestro alrededor, desde el suelo que pisamos hasta la galaxia más lejana.

Cuando el reloj cósmico se acerca al final del primer segundo, las cuatro fuerzas de la naturaleza se han desgajado de la súper-fuerza única, se ha decidido el ganador de la batalla entre la materia & la anti-materia & las ligeras ondas de temperatura que se extienden por el universo implican que durante los siguientes millones de años la gravedad unió grupos de materia para formar las galaxias.

Pero queda un misterio.¿Qué confiere masa a todo lo que hay en el universo?

La masa hace difícil que algo se mueva, pero también que pare. Cuando nos acercamos a la Tierra la gravedad actúa sobre nuestra masa, en la luna la gravedad es más débil por eso los astronautas se mueven más lentamente pero su masa es la misma que en la Tierra, incluso si un objeto no pesa nada, sigue teniendo masa.

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Algo debió haberse creado en el primer segundo para conceder masa a las partículas, la masa es la verdadera columna vertebral de la vida.

Si no hubiera masa, el universo estuviera compuesto de radiación & nada serviría para formar objetos como los seres humanos o las cosas que hacen interesante al universo. Sería un universo difuso, lleno de radiación pero muy aburrido.

Entonces, en 1964 en la Universidad de Edimburgo el físico Peter Higgs propuso una teoría revolucionaria; sugiere que un campo de fuerza invisible se extiende por el universo en el primer segundo dando masa a las partículas se conoce como el “Campo de Higgs” que cuando las partículas se relacionan con el adquieren masa.

Por ejemplo si empujamos un coche que se ha quedado sin gasolina en la carretera puedo conseguir moverlo & que avance, pero si estuviéramos en el barro pesaría mucho más, no podríamos empujar tanto actuaría como si fuese más pesado, pues bien tenemos el campo de Higgs & unas partículas que reaccionan ante el de forma violenta & son más fáciles de empujar por lo que se comporta como se pesase menos & las partículas que reaccionen más violentamente son más difíciles de mover & por lo tanto actúan como si fuesen más pesadas.

Como el barro el campo de Higgs se pega a todo, cuando las partículas entran al campo ganan masa & cuanto más contacto tengan con el campo más masa ganaran.

Los científicos creen que al campo de Higgs lo arrastran sus propias partículas, los periodistas la llaman la “Partícula de Dios” los científicos la llaman el “Boson de Higgs”

Creen que identificando esta partícula podríamos descubrir cómo llegamos hasta aquí, las matemáticas son buenas pero ningún acelerador de partículas ha sido lo bastante potente para encontrar el Boson de Higgs

En las profundidades del campo de Ginebra en Suiza se encuentra el experimento humano más caro, el gran colisionador de adrones o LHC. El acelerador de partículas más grande del mundo & la mayor oportunidad parar encontrar el Higgs perdido.

Encontrando & demostrando que existe esta partícula de Higgs se podría demostrar la razón de lo sólido y pesado existente en la vida.A costado 10.000’000.000 de dólares se ha tardado catorce años en construir & 7000 científicos se han involucrado en su construcción.

A pequeña escala recreara condiciones que existieron por última vez hace 13.700’000.000 de años, una explosión tan potente que recordara al propio Big Bang; si funciona podrían resolver el ultimo misterio de la materia.

Cuando se quiere traspasar los límites de la ciencia también hay que traspasar los límites de la tecnología, es probablemente la maquina más grande del mundo & sin duda la maquina más compleja del mundo.

A más de 91 metros bajo Tierra discurre un conducto circular de 26 kilómetros, dentro 2 haces de protones más finos que un pelo humano se aceleran a casi la velocidad de la luz 299.000km por segundo. El LHC hará que las partículas choquen entre sí con una violencia 9 veces mayor que cualquier otro acelerador, 300 millones de protones volaran por los conductos en distintas direcciones & colisionaran en el corazón de 4 inmensos detectores.Cada uno de los detectores tiene el tamaño de un edificio de 5 plantas.

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Esta descrito acertadamente como una de las catedrales lógicas del siglo XXI, una gigantesca estructura compuesta por miles de toneladas de acero más hierro que la torre Eiffel & cada uno con kilómetros de cableado, todo ello diseñado por miles de físicos de cientos de países que hablan decenas de idiomas diferentes, el acelerador cuenta con la precisión de quizás una millonésima parte de 2,64 centímetros & todo para detectar lo que ocurre dentro del acelerador.

El LHC de estos detectores gigantes a lo largo del conducto, el que esperan que encuentren el Higgs se llama “Atlas”.El Atlas ocupa la mitad de un campo de fútbol & pesa tanto como un submarino nuclear, puede detectar mil millones de colisiones por segundo.Cuando los protones chocan el impacto es tan titánico que en una fracción de segundo recreara la materia como era justo después del Big Bang.

Una lluvia de partículas elementales como Quartz en algunos de los detritos esperan encontrar la partícula de Higgs. Pero encontrar una partícula en esta tormenta es como encontrar una mota de oro en una playa.

El Higgs es tan diminuto & tiene una vida tan corta que el detector no lo localizara directamente, por eso esperan capturar el rastro que deja gracias a las cámaras de más alta tecnología del mundo.

Cuando vemos una estela en el cielo, observamos la columna de humo pero ¿Dónde está el avión? No lo vemos porque es demasiado pequeño; lo mismo ocurre con los detectores, no pueden coger la partícula en sí pero si el rastro que deja esa partícula subatómica & observando el rastro podemos determinar qué tipo era y lo rápido que se movía.

El LHC nos proporcionara más información que cualquier otro instrumento en el planeta, en un solo segundo la cantidad de información que salen de las colisiones del LHC & que manejaran estos detectores, serán más altas que la información contenida en todas las bibliotecas de todos los países del mundo.

Esa información que los científicos buscan pueden contener el secreto de la masa, la pieza que nos falta por conocer del primer segundo del universo y la puerta de acceso a la ciencia del futuro.

Para procesar toda esta información el LHC utiliza la mejor red de súper-ordenadores del mundo aun así la investigación podría tardar años, pero la espera merece la pena.

El simple hecho de que este experimento podría desenmascarar el secreto de la materia vuelve a los científicos muy ansiosos.

Aunque todavía no se tiene en claro lo que se conseguirá con el LHC se tiene grandes expectativas de encontrar energía en magnitudes que no se ha visto antes.Lo que se conocerá con el LHC será utilizado para sacar una teoría de lo ocurrido en el primer segundo del Big Bang.

En la sala de operaciones del acelerador se lleva a cabo una prueba, se sella & se enfría a temperaturas más bajas que las del espacio exterior.Es como estar presente en la creación, si tiene éxito el LHC podría conducir a una nueva era en la ciencia, si fracasa dejara un hueco en el misterio, tendrán que construirse nuevas teorías & construirse experimentos más poderosos.

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El LHC acercara el Big Bang a los científicos más que nunca, retrocederá 13.700’000.000 de años hasta el primer segundo del universo, el segundo más importante.

Cuando el universo llega a su último instante de tiempo de Planck, el universo tiene un segundo completo de haberse creado & está inundado de partículas de materia, el componente básico de todo lo que nos rodea.

El universo está lo suficientemente frio para que en el mar de Quartz este se agrupen de 3 en 3 formando protones & neutrones.

En la saga del universo el primer capítulo determina el curso de la historia, en los próximos minutos el universo se enfría lo suficiente como para que los protones & neutrones formen los primeros núcleos atómicos, 300.000 años después aparece el primer átomo, en cientos de millones de años la materia se acumula para formar las primeras estrellas & en miles de millones de años galaxias como la vía láctea.

Más de 9.000 millones de años después del Big Bang nace la Tierra.

Un Big Bang, un solo segundo, la Génesis de todo.

Para cuando acaba el primer segundo el resto de la historia cósmica ya está escrita & inscrita en el futuro del universo.

Más de 12.000’000.000 de años después del Big Bang evolucionan los humanos, una especie con la capacidad intelectual de preguntarse:

¿Cómo hemos llegado aquí? ¿De qué está compuesto el universo?

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