¿Qué provocó la alta temperatura del Big Bang?

Lo primero que necesito es que entiendas la temperatura en relación al calor. En la vida cotidiana entendemos que cuando algo está a una temperatura muy alta, por ejemplo una olla que está al calor, lo que estamos percibiendo es la capacidad de que ocurra un intercambio de energía en forma de calor entre el objeto que está a mayor temperatura y el que está a menor temperatura. Es decir, la temperatura la entendemos como una forma de saber qué tiene más energía calorífica.
Todas las medidas de energía que tenemos del Big Bang, tanto de masa como de energía pura, por ejemplo en forma de radiación, las podemos identificar o asociar con una temperatura en función de lo que nos dice la física estadística.
En tu pregunta nos dices que cómo se pudo alcanzar esa altísima temperatura del Big Bang si no había todavía estrellas. La respuesta es que no hacían falta las estrellas para alcanzarla. Lo que sí hacía falta es que existiera algo que, en este caso, eran masa y energía. Esa masa y esa energía surgieron por pequeñas fluctuaciones del vacío. Por esas fluctuaciones surgen partículas, surge radiación y surgen campos. Eso es lo primero que ocurre. Sin ese antecedente no podríamos hablar de temperatura. Si no hay nada, como te explicaba al principio, no puede haber temperatura porque no puede haber intercambio de energía en forma de calor.

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Imagen de la colisión de los dos agujeros negros, en una simulación por ordenador.

¿Podría haber surgido nuestro universo del choque de dos agujeros negros?

A partir de aquí tenemos que preguntarnos en qué estado se encuentra todo eso que ha surgido. Esa materia y esa radiación que han aparecido por algún proceso cuántico se pueden interpretar en términos de una energía. Lo que tenemos entonces son partículas con masa, como un quark, y partículas sin masa, como un fotón. Lo que nosotros interpretamos como temperatura es una medida de cuánta energía hay ahí y cómo se puede intercambiar esa energía entre los diferentes elementos constituyentes de ese universo tempranísimo.
La masa está muy comprimida. Para que te hagas una idea, es como cuando apretamos con una bomba de émbolo el aire que hay dentro de las ruedas de la bicicleta. Si metemos mucho aire en el mismo volumen, la temperatura aumenta. Inicialmente, antes de que se produjera la explosión (el Big Bang) toda esa masa ocupaba un volumen muy, muy pequeño. A la vez había un montón de partículas sin masa, de radiación, que también se asocia con energía. Y también eso estaba en un espacio muy compacto, es decir era muy denso, así que también tenía mucha energía asociada, con lo cual alcanzó una temperatura muy grande.
Tan grande fue la temperatura de ese momento que nunca ha vuelto a haber una temperatura como aquella, porque nunca ha vuelto a haber unas densidades de masa y energía tan altas como aquellas. Desde entonces, desde el Big Bang, el universo sigue en proceso de enfriarse y expandirse. La energía que tenían las partículas ha ido liberándose desde entonces. Esa energía ligaba unas partículas con otras, al expandirse y al romperse esas fuerzas que ataban unas partículas con otras, la energía se ha ido liberando y se ha convertido en energía térmica y eso es lo que hace que el universo no esté tan frío como hubiera llegado a estar por ese proceso de enfriamiento progresivo del que te hablaba.
Ruth Lazkoz es física teórica, profesora e investigadora de la Universidad del País Vasco, sus líneas de trabajo son la cosmología teórica y observacional, la energía oscura y la gravedad modificada.
Pregunta enviada vía email por Eduardo Schweizer
Coordinación y redacción: Victoria Toro