Esto es de algo que he estado escribiendo para una actividad docente sobre este tema:
Aunque la radiación cósmica de fondo de microondas (CMBR) había sido una predicción de modelos del origen del universo durante muchos años antes de que se descubriera, su descubrimiento fue un accidente. El CMBR es un artefacto asombroso de la evolución temprana del universo tal como lo conocemos. Consiste en fotones de baja energía que han estado viajando a través del espacio desde 375,000 años después de que se formó nuestro universo. Indica una temperatura del espacio casi uniforme. Sin embargo, las pequeñas variaciones en intensidad con la longitud de onda que contiene son pistas importantes para nuestra comprensión de toda la estructura a gran escala en nuestro universo.
Aquellos científicos que imaginaron que el universo comenzó repentinamente a una temperatura muy alta razonaron que la mayor parte de la energía que interactúa con la materia habría estado en forma de radiación electromagnética de alta energía durante miles de años. En el tiempo posterior a la formación de los núcleos, esto habría sido principalmente rayos X y radiación ultravioleta con pequeñas cantidades de energía en la luz ordinaria y la radiación infrarroja. Mientras la densidad de energía fuera alta y hubiera mucha energía en cada bit de radiación (fotón), los átomos se habrían destruido poco después de que se formaran. Al destruir los átomos, los fotones se habrían dispersado de estos átomos, y también se habrían dispersado de los núcleos y electrones que se separaron en esta destrucción, así como de aquellos que no habían formado átomos. Esta dispersión habría hecho imposible que la radiación viajara libremente por el espacio, y no podemos tener imágenes de este momento. Hubiera sido muy parecido a tratar de ver en una niebla muy densa. Cuando la luz no llega lejos, no se puede usar para formar imágenes.
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De alguna manera, el universo debe haberse enfriado para que las imágenes sean posibles. Esto se esperaba basado en otra característica de los modelos del universo primitivo. Se pensaba que el espacio mismo se estaba expandiendo y llevando todo junto con él. De hecho, Edwin Hubble usó sus estudios sobre los movimientos y las distancias de las galaxias para descubrir que estas galaxias se están alejando unas de otras. Si bien pensó que esto era movimiento en un espacio fijo, la visión actual es que es el espacio mismo el que se ha estado expandiendo desde el comienzo del universo. Las galaxias se transportan junto con la parte del espacio en la que se encuentran, como los objetos flotantes se transportan con las corrientes de agua.
Un gas en expansión se enfría a medida que se expande. Aunque la expansión del universo se debe a una expansión continua del espacio y no a una expansión de la materia en un espacio fijo, la idea de enfriamiento con expansión aún funciona. A medida que las partículas que formaban el universo primitivo continuaron separándose con el espacio en expansión, se enfriaron y finalmente alcanzaron la temperatura a la que podrían formarse los átomos sin ser destruidas rápidamente.
La transición de un universo similar a la niebla a uno transparente fue relativamente rápido. El alto grado de uniformidad en el CMBR respalda la idea de que esta transición tuvo lugar en todas partes del universo observable a la vez. Sin embargo, incluso a la velocidad de la luz, un evento que ocurre en un momento determinado durante un corto período de tiempo en una parte distante del universo no se puede observar durante mucho tiempo. ¿Cómo podemos observar el CMBR continuamente? También está la cuestión de cuál sería la observación para un evento que es la repentina transparencia del universo.
Considere un modelo aproximado basado en el sonido en lugar de la luz. El problema con pensar en los efectos que se mueven a la velocidad de la luz es que se despliegan demasiado rápido como para comprenderlos fácilmente.
Imagine que hay alguna sustancia en el aire que dispersa el sonido para que escuche los sonidos pero no pueda decir nada sobre la ubicación de las fuentes de los sonidos. Además, digamos que hay bocinas muy fuertes a una variedad de distancias desde su ubicación y que estas bocinas dejan de emitir sonidos en cualquier instante en que la sustancia dispersante desaparece del aire. Este último requisito es similar a lo que le sucedió a la radiación cuando el universo se volvió transparente. Una vez que la radiación ya no se dispersaba, cada fotón se movía desde donde se dispersó por última vez, y los movimientos habrían estado en líneas rectas.
Un requisito adicional es que la sustancia en el aire puede dispersarse condensándose a baja temperatura, y esta temperatura clave se alcanza en todas partes al mismo tiempo. ¿Qué oirías?
Primero escucharía los sonidos de todos los cuernos más cercanos a usted, pero estos sonidos se detendrían rápidamente. En un segundo después de que la sustancia se despejó, escucharía todos los sonidos de las bocinas que están a poco más de 300 m de distancia porque el sonido viaja a un poco más de 300 m / s en el aire. A los dos segundos no escucharía ninguno de los cuernos más cercanos, pero escucharía brevemente los cuernos que están a poco más de 600 m de distancia. De esta manera, oirías bocinas cada vez más lejanas, y los sonidos se volverían cada vez más silenciosos. Eventualmente necesitaría un equipo más sensible que el oído humano para grabar los sonidos, y podría ser difícil detectar cambios en períodos cortos de tiempo.
Al grabar y reproducir los sonidos de cualquier momento en particular, podría saber si hubo alguna dirección en la que las bocinas fueran un poco más fuertes o más silenciosas que otras. Esto permitiría mapear la energía del sonido en función de la dirección.
Si todos los cuernos fueran muy similares y estuvieran muy juntos, parecería que hay cuernos que están continuamente operando y alejándose de usted a gran velocidad. Sin embargo, cada bocina estaba en un lugar fijo.
Una diferencia con el CMBR es que las partes de la niebla levantada de electrones y núcleos que representan la fuente de hecho se alejaban de nosotros con la expansión del espacio. La expansión del espacio que ha causado este movimiento relativo también ha provocado que las longitudes de onda de la luz se expandan a medida que la luz viaja hacia nosotros y en cualquier otra dirección. La luz con longitudes de onda más largas tiene menos energía por fotón y es difícil de detectar. De lo contrario, la situación con la analogía basada en el sonido es muy similar a lo que sucedió con la luz que se liberó de la dispersión 375,000 años después de que se formó nuestro universo.
