En cosmología, se llama teoría del Big Bang o teoría de la gran explosión a un modelo, postulado por el físico y sacerdote católico Georges Lemaître como parte de la teoría de la relatividad general, que describe el desarrollo del Universo temprano y su forma. Técnicamente, se trata del concepto de expansión del universo desde un "átomo" primigenio, donde la expansión de éste se deduce de una colección de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedmann- Lemaître - Robertson - Walker. El término "Big Bang" se utiliza tanto para referirse específicamente al momento en el que se inició la expansión observable del Universo (cuantificada en la ley de Hubble), como en un sentido más general para referirse al paradigma cosmológico que explica el origen y la evolución del mismo. Curiosamente, fue el astrofísico inglés Fred Hoyle, uno de los detractores de esta teoría y, a su vez, uno de los principales defensores de la teoría del estado estacionario, quien, en 1950 y para mofarse, caricaturizó esta explicación con la expresión big bang ("gran explosión", "gran boom" en el inicio del universo), nombre con el que hoy se conoce dicha teoría.
La idea central del Big Bang es que la teoría de la relatividad general puede combinarse con las observaciones de isotropía y homogeneidad a gran escala de la distribución de galaxias y los cambios de posición entre ellas, permitiendo extrapolar las condiciones del universo antes o después en el tiempo.
La expansión del Universo
La idea de un universo en expansión fue desarrollada casi al mismo tiempo que su descubrimiento.
En 1917, Willem de Sitter (1872-1935) utilizó la teoría general de la relatividad de Einstein para mostrar que un universo carente de materia estaría en expansión. Su teoría incluye el incremento del corrimiento al rojo con la distancia. Más tarde, otros teóricos encontrarían mejores soluciones a las ecuaciones de Einstein, mostrando todas una expansión consistente con la ley de Hubble. Sin embargo, sus trabajos serían conocidos por los astrónomos sólo hasta la década de 1930.
La propia solución de Einstein era un universo estático. Sin embargo, esta elección era arbitraria; se basaba únicamente en su intuición física y en la ausencia, en ese tiempo, de cualquier evidencia observacional que indicara lo contrario. El descubrimiento de Hubble hizo a Einstein cambiar de idea. Una velocidad de recesión que es proporcional a la distancia es el resultado natural de una expansión que es tanto isotrópica como homgénea.
Hay una distinción vital entre la velocidad de una galaxia a través del espacio (velocidad peculiar) y su velocidad recesional debida a la expansión del universo. La velocidad recesional de una galaxia no se debe a su movimiento a través del espacio; en su lugar, la galaxia está siendo arrastrada junto con el espacio circundante a medida que se expande el universo.
El movimiento de las galaxias a medida que participan en la expansión es denotado como el flujo de Hubble.
De la misma manera, el corrimiento cosmológico al rojo de una galaxia es producido por la expansión a medida que la longitud de onda de la línea emitida por la galaxia es estirada junto con el espacio a través del cual viaja la luz. Por esta razón el corrimiento cosmológico al rojo no está relacionado con la velocidad recesional de la galaxia, dada por la fórmula de corrimiento Doppler. Aún así, los astrónomos frecuentemente usan esta fórmula para traducir una medición de corrimiento al rojo en la velocidad radial que tendría una galaxia, como si tuviera una velocidad peculiar.
Para , la distancia estimada usando la ley de Hubble es:
que difiere de la distancia real en menos del 5%.
Para grandes corrimientos cosmológicos al rojo, debemos abdandonar el uso de la ley de Hubble, en la forma de la ecuación (6.5), para determinar distancias. Para distancias extremadamente grandes, el alargamiento de la longitud de onda depende de cómo ha cambiado la expansión del universo con el tiempo. La expansión se está deteniendo en respuesta a la atracción gravitacional mutua de toda la materia en el universo, y esta desaceleración depende del valor impreciso de la densidad promedio actual.
El cambio fraccional en la longitud de onda para un corrimiento al rojo cosmológico es, sin embargo, el mismo que el cambio fraccional en el tamaño del universo, R, desde el tiempo en que la luz fue emitida. Esto es: donde es el radio del universo cuando la luz fue observada y es su radio quando la luz fue emitida. Esto tiene como consecuencia:
Por lo tanto, un corrimiento al rojo de z = 3 significa que el universo es ahora cuatro veces más grande que cuando la luz fue emitida.
Teoría de la Creación continua
Se trata de un modelo presentado, en 1948, por los astrónomos británicos Hermann Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle. Consideraban insatisfactoria, desde el punto de vista filosófico, la idea de un repentino comienzo del Universo.
Su modelo se derivaba de una extensión del "principio cosmológico", que en su forma previa, más restringida, afirmaba que el Universo parece el mismo en su conjunto, en un momento determinado desde cualquier posición.
La teoría del Universo Estacionario añade el postulado de que el Universo parece el mismo siempre. Plantean que la disminución de la densidad del Universo provocada por su expansión se compensa con la creación continua de materia, que se condensa en galaxias que ocupan el lugar de las galaxias que se han separado de la Vía Láctea y así se mantiene la apariencia actual del Universo.
Esta es una teoría que supone la creación continua. La teoría del universo estacionario, al menos en esta forma, no la aceptan la mayoría de los cosmólogos, en especial después del descubrimiento aparentemente incompatible de la radiación de fondo de microondas en 1965.
El descubrimiento de quásares también aportó pruebas que contradicen la teoría del universo estacionario. Los quásares son sistemas extragalácticos muy pequeños pero muy luminosos que solamente se encuentran a grandes distancias. Su luz ha tardado en llegar a la Tierra varios miles de millones años. Por lo tanto, son objetos del pasado remoto, lo que indica que hace unos miles de millones de años la constitución del Universo era muy distinta de lo que es hoy en día.
