Curiosamente, la expresión Big Bang proviene -a su pesar- del 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 1949, durante una intervención en la BBC dijo, para mofarse, que el modelo descrito era sólo un big bang (gran explosión). No obstante, hay que tener en cuenta que en el inicio del Universo ni hubo explosión ni fue grande, pues en rigor surgió de una «singularidad» infinitamente pequeña, seguida de la expansión del propio espacio.

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.

Una consecuencia de todos los modelos de Big Bang es que, en el pasado, el Universo tenía una temperatura más alta y mayor densidad y, por tanto, las condiciones del Universo actual son muy diferentes de las condiciones del Universo pasado. A partir de este modelo, George Gamow en 1948 pudo predecir que debería de haber evidencias de un fenómeno que más tarde sería bautizado como radiación de fondo de microondas

Michio Kaku ha señalado cierta paradoja en la denominación big bang (gran explosión): en cierto modo no puede haber sido grande ya que se produjo exactamente antes del surgimiento delespacio-tiempo, habría sido el mismo big bang lo que habría generado las dimensiones desde una singularidad; tampoco es exactamente una explosión en el sentido propio del término ya que no se propagó fuera de sí mismo.

Basándose en medidas de la expansión del Universo utilizando observaciones de las supernovas tipo 1a, en función de la variación de la temperatura en diferentes escalas en la radiación de fondo de microondas y en función de la correlación de las galaxias, la edad del Universo es de aproximadamente 13,7 ± 0,2 miles de millones de años. Es notable el hecho de que tres mediciones independientes sean consistentes, por lo que se consideran una fuerte evidencia del llamado modelo de concordancia que describe la naturaleza detallada del Universo.

El universo en sus primeros momentos estaba lleno homogénea e isótropamente de una energía muy densa y tenía una temperatura y presión concomitantes. Se expandió y se enfrió, experimentando cambios de fase análogos a la condensación del vapor o a la congelación del agua, pero relacionados con las partículas elementales.

Aproximadamente 10-35 segundos después del tiempo de Planck un cambio de fase causó que el Universo se expandiese de forma exponencial durante un período llamado inflación cósmica. Al terminar la inflación, los componentes materiales del Universo quedaron en la forma de un plasma de quarks-gluones, en donde todas las partes que lo formaban estaban en movimiento en formarelativista. Con el crecimiento en tamaño del Universo, la temperatura descendió, y debido a un cambio aún desconocido denominado bariogénesis, los quarks y los gluones se combinaron enbariones tales como el protón y el neutrón, produciendo de alguna manera la asimetría observada actualmente entre la materia y la antimateria. Las temperaturas aún más bajas condujeron a nuevos cambios de fase, que rompieron la simetría, así que les dieron su forma actual a las fuerzas fundamentales de la física y a las partículas elementales. Más tarde, protones y neutrones se combinaron para formar los núcleos de deuterio y de helio, en un proceso llamado nucleosíntesis primordial. Al enfriarse el Universo, la materia gradualmente dejó de moverse de forma relativista y su densidad de energía comenzó a dominar gravitacionalmente sobre la radiación. Pasados 300.000 años, los electrones y los núcleos se combinaron para formar los átomos (mayoritariamente de hidrógeno). Por eso, la radiación se desacopló de los átomos y continuó por el espacio prácticamente sin obstáculos. Ésta es la radiación de fondo de microondas.

Al pasar el tiempo, algunas regiones ligeramente más densas de la materia casi uniformemente distribuida crecieron gravitacionalmente, haciéndose más densas, formando nubes, estrellas, galaxias y el resto de las estructuras astronómicas que actualmente se observan. Los detalles de este proceso dependen de la cantidad y tipo de materia que hay en el Universo. Los tres tipos posibles se denominan materia oscura fría, materia oscura caliente y materia bariónica. Las mejores medidas disponibles (provenientes del WMAP) muestran que la forma más común de materia en el universo es la materia oscura fría. Los otros dos tipos de materia sólo representarían el 20 por ciento de la materia del Universo.

El Universo actual parece estar dominado por una forma misteriosa de energía conocida como energía oscura. Aproximadamente el 70 por ciento de la densidad de energía del universo actual está en esa forma. Una de las propiedades características de este componente del universo es el hecho de que provoca que la expansión del universo varíe de una relación lineal entre velocidad y distancia, haciendo que el espacio-tiempo se expanda más rápidamente que lo esperado a grandes distancias. La energía oscura toma la forma de una constante cosmológica en las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, pero los detalles de esta ecuación de estado y su relación con el modelo estándar de la física de partículas continúan siendo investigados tanto en el ámbito de la física teórica como por medio de observaciones.

Más misterios aparecen cuando se investiga más cerca del principio, cuando las energías de las partículas eran más altas de lo que ahora se puede estudiar mediante experimentos. No hay ningún modelo físico convincente para el primer 10-33 segundo del universo, antes del cambio de fase que forma parte de la teoría de la gran unificación. En el "primer instante", la teoría gravitacional de Einstein predice una singularidad gravitacional en donde las densidades son infinitas. Para resolver esta paradoja física, hace falta una teoría de la gravedad cuántica. La comprensión de este período de la historia del universo figura entre los mayores problemas no resueltos de la física.

Históricamente, han surgido varios problemas dentro de la teoría del Big Bang. Algunos de ellos sólo tienen interés histórico y han sido evitados, ya sea por medio de modificaciones a la teoría o como resultado de observaciones más precisas. Otros aspectos, como el problema de la penumbra en cúspide y el problema de la galaxia enana de materia oscura fría, no se consideran graves, dado que pueden resolverse a través de un perfeccionamiento de la teoría.

Existe un pequeño número de proponentes de cosmologías no estándar que piensan que no hubo Big Bang. Afirman que las soluciones a los problemas conocidos del Big Bang contienen modificaciones ad hoc y agregados a la teoría. Las partes más atacadas de la teoría incluyen lo concerniente a la materia oscura, la energía oscura y la inflación cósmica. Cada una de estas características del universo ha sido sugerida mediante observaciones de la radiación de fondo de microondas, la estructura a gran escala del cosmos y las supernovas de tipo IA, pero se encuentran en la frontera de la física moderna (ver problemas no resueltos de la física). Si bien los efectos gravitacionales de materia y energía oscuras son bien conocidos de forma observacional y teórica, todavía no han sido incorporados al modelo estándar de la física de partículas de forma aceptable. Estos aspectos de la cosmología estándar siguen sin tener una explicación adecuada, pero la mayoría de los astrónomos y los físicos aceptan que la concordancia entre la teoría del Big Bang y la evidencia observacional es tan cercana que permite establecer con cierta seguridad casi todos los aspectos básicos de la teoría.

Ahora , astrónomos del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano (CFA) anunciaron el pasado lunes 17 de marzo de 2014, que habían detectado por primera vez las ondas gravitacionales que recorrieron el Universo primitivo, durante un período explosivo de crecimiento llamado inflación. Se trata de la confirmación más importante lograda, hasta ahora, acerca de las teorías de la inflación cósmica, que dicen que el cosmos se expandía por 100 billones de billones de veces, en menos de un abrir y cerrar de ojos.

Los hallazgos fueron realizados con la ayuda del BICEP2, un telescopio situado en el Polo Sur que escanea el cielo en frecuencias de microondas, donde recoge la energía fósil del Big Bang.

El Universo actual surgió tras un evento conocido como el Big Bang, que tuvo lugar hace 13.800 millones de años. Momentos más tarde, el propio espacio comenzó a expanderse de manera exponencial en un episodio conocido como inflación. Los signos reveladores de este capítulo en la historia temprana del Universo están impresos en el cielo, en un resplandor 'reliquia' llamado el fondo cósmico de microondas.

Es ahí donde los investigadores han buscado durante mucho la evidencia más directa de esta inflación en forma de ondas gravitacionales, que aprietan y estiran el espacio, y que ahora han logrado detectar.

"Pequeñas fluctuaciones cuánticas fueron amplificadas a tamaños enormes por la expansión inflacionaria del Universo. Sabemos que esto produce otro tipo de ondas llamadas ondas de densidad, pero queríamos probar si también se producen ondas gravitacionales", ha explicado uno de los responsables del trabajo, Jamie Bock.
POLARIZACIÓN EN 'MODO B'

Las ondas gravitacionales están producidas por un modelo característico de luz polarizada, llamado polarización "en modo B". La luz puede polarizarse por la dispersión de las superficies, en el caso del fondo cósmico de microondas, la luz es dispersada por electrones para convertirse en poco polarizada.

El equipo BICEP2 asumió el reto de detectar el 'modo B' de polarización al reunir los mejores expertos en la materia, el desarrollo de una tecnología revolucionaria y el viaje al mejor sitio de observación de la Tierra: el Polo Sur.

Como resultado de los experimentos llevados a cabo desde 2006, el equipo ha sido capaz de producir pruebas concluyentes de esta señal en 'modo B', y con ella, la evidencia, hasta ahora, más fuerte que existe sobre la existencia de la inflación cósmica.

Los expertos han indicado que la clave de su éxito ha sido el uso de detectores superconductores nuevos. Los superconductores son materiales que, cuando se enfrían, permiten que la corriente eléctrica fluya libremente, sin resistencia.

"Nuestra tecnología combina las propiedades de la superconductividad con estructuras pequeñas que sólo se pueden ver con un microscopio. Estos dispositivos se fabrican con el mismo proceso de micro-mecanizado que los sensores de los teléfonos móviles", ha explicado el experto de la NASA Anthony Turner.
UNA SEÑAL DÉBIL

La señal en 'modo B' es "extremadamente débil", según han señalado los científicos. Con el fin de obtener la sensibilidad necesaria para detectar la señal de polarización, el equipo ha desarrollado una gama única de detectores múltiples, similar a los pixeles de las cámaras digitales modernas, pero con la capacidad adicional de detectar la polarización. El sistema detector conjunto funciona a sólo 0,45ºC centígrados por encima de la temperatura más baja posible, el cero absoluto.

"Esta medida extremadamente desafiante requiere una arquitectura completamente nueva", ha indicado el autor principal del hallazgo, John Kovac. "Nuestro enfoque es como tomar una cámara y la construcción de ésta en una placa de circuito impreso", ha añadido.

El experimento BICEP2 utiliza 512 detectores, que aceleraron observaciones del fondo cósmico de microondas por 10 veces en mediciones anteriores del equipo. Su nuevo experimento, ya la realización de observaciones, utiliza 2.560 detectores.

Divulgadora Científica