Origen de la materia
La materia se originó en los primeros instantes del Big Bang y los elementos químicos se completaron después en el interior de las estrellas.
Según la cosmología actual, la materia que forma estrellas, planetas y seres vivos se originó en las fases más tempranas del universo, hace unos 13 800 millones de años, y fue completándose en el interior de las estrellas. Los quarks aparecieron primero, los núcleos de hidrógeno y helio, minutos después, y los demás elementos químicos se fabricaron mucho más tarde.
¿Cómo se originó la materia?
El modelo cosmológico aceptado es la teoría del Big Bang: el universo observable surgió de un estado extremadamente denso y caliente y se ha ido expandiendo y enfriando desde entonces. La expresión «Big Bang» la acuñó con cierto sarcasmo el astrofísico Fred Hoyle en 1949. Las bases de la teoría las pusieron el sacerdote y físico belga Georges Lemaître (1927-1931), que propuso un «átomo primitivo», y Edwin Hubble, que en 1929 demostró que las galaxias se alejan de nosotros con una velocidad proporcional a su distancia.
Dos pruebas observacionales respaldan el modelo: la radiación cósmica de fondo de microondas (descubierta por Penzias y Wilson en 1965, con una temperatura actual de 2,725 K) y la abundancia de elementos ligeros predicha por el modelo.
Cronología del origen de la materia
| Tiempo tras el Big Bang | Acontecimiento |
|---|---|
| ≈ 10⁻³⁶ – 10⁻³² s | Inflación cósmica: expansión extremadamente rápida (hipótesis, con apoyo indirecto) |
| ≈ 10⁻¹² s | Las partículas adquieren masa al activarse el campo de Higgs (transición electrodébil) |
| ≈ 10⁻⁶ s | Los quarks y gluones se confinan y forman protones y neutrones |
| ≈ 3 – 20 minutos | Nucleosíntesis primordial: se forman núcleos de helio y trazas de litio y deuterio |
| ≈ 380 000 años | Recombinación: electrones y núcleos forman átomos neutros; el universo se vuelve transparente y se libera la radiación de fondo |
| ≈ 100 – 200 millones de años | Se encienden las primeras estrellas |
| Después | Las estrellas fabrican elementos más pesados y los dispersan al morir |
De las partículas a los átomos
En los primeros instantes la temperatura era tan alta que la materia existía como un plasma de partículas elementales: quarks, gluones, electrones y neutrinos. Al enfriarse por debajo de unos billones de kelvin, los quarks se agruparon en protones y neutrones. Durante unos minutos el universo tuvo la temperatura y la densidad adecuadas para la fusión nuclear: los neutrones se combinaron con protones para formar núcleos de helio-4. El resultado fue una composición de aproximadamente 75 % de hidrógeno y 25 % de helio en masa, con trazas de deuterio, helio-3 y litio-7.
Los átomos neutros no pudieron formarse hasta cerca de los 380 000 años, cuando la temperatura descendió a unos 3000 K y los electrones quedaron ligados a los núcleos. Consulta también partículas subatómicas.
El enigma de la antimateria
Las leyes conocidas crean materia y antimateria en cantidades iguales, y sin embargo el universo está hecho casi exclusivamente de materia. Se estima que por cada mil millones de pares que se aniquilaron sobró una partícula de materia. Explicar esta asimetría (la bariogénesis) es uno de los problemas abiertos de la física; en 1967 Andréi Sájarov enunció las condiciones que debería cumplir cualquier mecanismo que la produjera.
El origen de los elementos químicos
- Hidrógeno y helio: casi todos, del Big Bang.
- Carbono, oxígeno y elementos hasta el hierro: fusión nuclear en el interior de las estrellas.
- Elementos más pesados que el hierro: captura de neutrones en supernovas y, como se confirmó en 2017 con la fusión de dos estrellas de neutrones (evento GW170817), en esas colisiones.
Por ello, el calcio de los huesos o el hierro de la sangre se forjaron en estrellas que murieron antes de que existiera el Sol, y se suele decir que somos «polvo de estrellas».
¿Y la masa de la materia?
El bosón de Higgs, confirmado en el LHC del CERN en 2012, está asociado a un campo que da masa a partículas elementales como el electrón. Sin embargo, la mayor parte de la masa de la materia ordinaria procede de la energía de la interacción fuerte que confina los quarks dentro de protones y neutrones (véase masa).
Materia ordinaria y materia oscura
La materia que conocemos, hecha de átomos, supone solo un 5 % del contenido total del universo. Cerca del 27 % sería materia oscura, que se detecta por su gravedad pero no emite luz, y el 68 % restante, energía oscura que acelera la expansión. Para ver cómo se organiza hoy la materia, consulta niveles de organización de la materia.
Ejercicios resueltos
1. La temperatura de la radiación de fondo escala como T = 2,725 · (1 + z) K. ¿Cuál era en la recombinación, con un corrimiento al rojo z ≈ 1100?
T = 2,725 · (1 + 1100) = 2,725 · 1101 ≈ 3000 K
2. Según la ley de Hubble, v = H₀ · d. Con H₀ ≈ 70 km/s/Mpc, ¿a qué velocidad se aleja una galaxia a 100 Mpc?
v = 70 · 100 = 7000 km/s
3. Si la materia bariónica primordial tenía un 75 % de hidrógeno y un 25 % de helio en masa, ¿cuántos gramos de cada uno hay en 2 kg?
Hidrógeno: 0,75 · 2000 = 1500 g. Helio: 0,25 · 2000 = 500 g.
Preguntas frecuentes
¿Cuándo se formó la materia?
Los quarks y las partículas elementales existieron desde las primeras fracciones de segundo; protones y neutrones se formaron hacia 10⁻⁶ s; los primeros núcleos ligeros, en los primeros minutos; y los átomos neutros, unos 380 000 años después del Big Bang.
¿La materia se creó de la nada?
La física no tiene hoy una respuesta definitiva sobre el instante inicial. La teoría describe la evolución desde un estado muy denso y caliente, pero no explica qué había antes ni por qué existe el universo.
¿De dónde vienen los elementos más pesados?
Los más ligeros proceden del Big Bang; hasta el hierro, de las estrellas; y los más pesados, de supernovas y colisiones de estrellas de neutrones.
¿Por qué hay más materia que antimateria?
No se sabe con certeza. Se estudia una pequeña asimetría en las leyes físicas que favoreció a la materia en los primeros instantes del universo.
¿Qué porcentaje del universo es materia ordinaria?
Aproximadamente el 5 %. El resto sería materia oscura (en torno al 27 %) y energía oscura (en torno al 68 %).
Referencias
- Weinberg, S. Los tres primeros minutos del universo. Alianza Editorial.
- Carroll, B. W. y Ostlie, D. A. An Introduction to Modern Astrophysics. Cambridge University Press.
- Planck Collaboration. Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Origen de la materia». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/origen-de-la-materia/
