Cuando los átomos se desentendieron del Universo en expansión 44j6l

Bienvenidos a Bajo las Estrellas, un podcast donde exploramos y compartimos la experiencia de observar el cielo nocturno. Hoy nos metemos con una pregunta de esas que, bueno, que parecen sencillas pero tienen mucha miga cosmológica. Si el universo entero se está expandiendo, ¿por qué las cosas pequeñas, como los átomos que nos forman, no se estiran tan bien? Vamos a analizarlo basándonos en un artículo muy interesante que se titula Cuando los átomos se desentendieron del universo en expansión.

Nuestro objetivo es entender por qué parece que los átomos, pues, van por libre, ¿no? Ignorando esta expansión del cosmos. Vale, para empezar, ubiquémonos un poco en el tiempo. Universo primitivo. Hubo momentos clave como la nucleosíntesis, pero hoy nos interesa más la recombinación. Ese es el punto clave para nuestra pregunta. Efectivamente, la recombinación. A ver, eso ocurrió unos 380.000 años después del Big Bang. El universo ya se había enfriado bastante, por debajo de los 3.000 Kelvin. Ah, vale. Una temperatura ya manejable, digamos.

Eso es. Y permitió que los protones y los electrones, que antes iban sueltos por ahí, en un plasma muy caliente, pues pudieran juntarse. Ahí se formaron los primeros átomos neutros.

Hidrógeno, principalmente. Y eso cambió todo, ¿no? Porque antes era opaco. Exacto. Antes de la recombinación, la luz no podía viajar libremente. Chocaba constantemente. Después, el universo se volvió transparente. Y esa primera luz que pudo escapar, es lo que hoy vemos como el fondo cóspico de microondas. Como un eco de aquel momento.

Una foto del universo bebé, casi. Algo así, sí. Y no hay que olvidar el entorno. Había muchísimos fotones y también muchísima materia oscura, como 5 veces más que la materia normal que vemos.

Interesante. El artículo que usamos menciona algunas analogías para visualizar esto. Compara la formación de átomos con gotas de agua que se forman alrededor de motas de polvo cuando baja la temperatura. Sí, es una buena imagen. Los átomos se formaron más fácilmente en zonas que ya eran un poquito más densas, gracias a la materia oscura que estaba ahí acumulándose. Y también habla de burbujas en champán, como una transición de fase. Sí, para ilustrar cómo arranca el proceso.

Pero lo más curioso es cómo se formaron de manera estable esos átomos de hidrógeno. Porque a ver, si un protón y un electrón se juntaban directamente en el estado de mínima energía, el que llamamos n igual a 1… Era fácil que se volvieran a separar. Claro. Un fotón con la energía justa pasaba por allí y ¡pum! Átomo roto otra vez. El truco, digamos el camino más eficaz, fue otro. El electrón era capturado primero en un estado de más energía, el n igual a 2. Ajá. ¿Un estado excitado? Eso.

Y luego caía al estado fundamental, al n igual a 1, pero emitiendo dos fotones. Dos. ¿Y eso por qué es importante? Porque esos dos fotones tenían cada uno menos energía. Eran fotones más suaves, por así decirlo. Y ya no tenían la energía suficiente para romper otros átomos de hidrógeno que se estuvieran formando. Ah, claro. Así se aseguraba que la formación fuera más permanente. Exacto. Fue la vía para que la neutralización del universo fuera irreversible a gran escala.

Vale, entendido cómo se formaron los átomos estables. Pero volvemos a la pregunta del millón. Una vez tienes tu átomo de hidrógeno bien formado, ¿por qué no se estira si el espacio mismo se está estirando? Se usa el concepto de factor de escala, ¿no? Como si dibujaras puntos en un globo y al hincharlo se separan. Pues ahí está el quit de la cuestión. Es una lucha de fuerzas a escala atómica. La fuerza que mantiene unidos al protón y al electrón, la fuerza electromagnética, es que es inmensamente más fuerte.

¿Comparada con qué? Con la expansión. Comparada con cualquier efecto de la expansión del universo a esa escala tan tan pequeña, ya sea la expansión general o el posible efecto local de la energía oscura. Son totalmente despreciables. La fuerza eléctrica gana por goleada. O sea que la física del átomo, la mecánica cuántica, dicta un tamaño y eso no lo mueve la expansión cósmica. Exactamente.

La mecánica cuántica fija ese tamaño característico del átomo, basado en la fuerza electromagnética y las masas de las partículas. La expansión no pinta nada ahí. Entonces el titular sería, las fuerzas internas del átomo son las que mandan a esa escala. Precisamente. Y ese fenómeno lo llamamos desacoplo. Los átomos, una vez que se formaron, dejaron de sentir la expansión cósmica.

Se desacoplaron de ella. Se independizaron, digamos. Eso es. Pasaron a regirse por sus propias leyes internas, las del electromagnetismo y la cuántica. Se desentendieron, como dice el título del artículo. Y ojo, que esto pasó después con estructuras más grandes. Ah, también se desacoplan. Sí, claro. Mucho más tarde.