Con el objetivo de reconstruir el evento o los eventos que dieron origen a la vida se emplean diversos enfoques basados en estudios tanto de campo como de laboratorio. Por una parte el ensayo químico en el laboratorio o la observación de procesos geoquímicos o astroquímicos que produzcan los constituyentes de la vida en las condiciones en las que se piensa que pudieron suceder en su entorno natural. En la tarea de determinar estas condiciones se toman datos de la geología de la edad oscura de la tierra a partir de análisis radiométricos de rocas antiguas, meteoritos, asteroides y materiales considerados prístinos, así como la observación astronómica de procesos de formación estelar. Por otra parte, se intentan hallar las huellas presentes en los actuales seres vivos de aquellos procesos mediante la genómica comparativa y la búsqueda del genoma mínimo. Y, por último, se trata de verificar las huellas de la presencia de la vida en las rocas, como microfósiles, desviaciones en la proporción de isótopos de origen biogénico y el análisis de entornos, muchas veces extremófilos semejantes a los paleoecosistemas iniciales.

Existe una serie de observaciones que intentan describir las condiciones fisicoquímicas en las cuales pudo emerger la vida, pero todavía no se tiene un cuadro razonablemente completo dentro del estudio de la complejidad biológica, acerca de cómo pudo ser este origen. Se han propuesto varias teorías, siendo la hipótesis del mundo de ARN y la teoría del mundo de hierro-sulfuro⁷​ las más aceptadas por la comunidad científica.

El Big Bang, literalmente gran estallido, constituye el momento en que de la "nada" emerge toda la materia, es decir, el origen del Universo.

La materia, en el Big Bang, era un punto de densidad infinita que, en un momento dado, "explota" generando su expansión en todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo.

Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un globo éste va ocupando más espacio expandiendo su superficie.

Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día.

En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos.

Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo, la teoría de Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble.

Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 K (-270 °C). Estos vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por los radioastrónomos en 1965, proporcionando así lo que la mayoría de los astrónomos consideran la confirmación de la teoría del Big Bang.

Uno de los grandes problemas científicos sin resolver en el modelo del Universo en expansión es si el Universo es abierto o cerrado (esto es, si se expandirá indefinidamente o se volverá a contraer).

Un intento de resolver este problema es determinar si la densidad media de la materia en el Universo es mayor que el valor crítico en el modelo de Friedmann. La masa de una galaxia se puede medir observando el movimiento de sus estrellas; multiplicando la masa de cada galaxia por el número de galaxias se ve que la densidad es sólo del 5 al 10% del valor crítico. La masa de un cúmulo de galaxias se puede determinar de forma análoga, midiendo el movimiento de las galaxias que contiene. Al multiplicar esta masa por el número de cúmulos de galaxias se obtiene una densidad mucho mayor, que se aproxima al límite crítico que indicaría que el Universo está cerrado.

La diferencia entre estos dos métodos sugiere la presencia de materia invisible, la llamada materia oscura, dentro de cada cúmulo pero fuera de las galaxias visibles. Hasta que se comprenda el fenómeno de la masa oculta, este método de determinar el destino del Universo será poco convincente.

ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR : TEORÍA DEL BIG BANG

Fig. 15.1- Primera etapa de la formación del Universo

Hay evidencias de que hace diez mil o veinte mil millones de años el Universo se hallaba en una fase de caos original estallando en una gran explosión o “Big Bang“. La información sobre las condiciones físicas del Universo primitivo la podemos obtener de la construcción de modelos matemáticos y de la búsqueda de vestigios cosmológicos.

Bajo la acción de la gravedad, cualquier irregularidad lo suficientemente grande que exista en el Cosmos, tiende a aumentar de tamaño y a volverse más pronunciada . Esto sucede por la acción atractiva de la gravedad que aumenta al crecer la masa. Por lo tanto, cuando una región del Universo reúne materia, la fuerza de gravedad crece, lo que ocasiona que se acumule más materia, el proceso así tiende a incrementar su velocidad naturalmente.

La hipótesis actual es que nuestro Universo se inició con alteraciones de diferentes tamaños y que procesos complejos seleccionaron y favorecieron el desarrollo de las que tenían dimensiones galácticas más típicas.

Fig. 15.2 - Formación de los protoplanetas del Sistema Solar

Después del crecimiento de las irregularidades, las nubes de gas se condensaron rápidamente al actuar la fuerza de gravedad. La fuerza opuesta a la contracción estuvo dada por la tendencia de la materia a expandirse como el resto del Universo. Después la contracción cesó. Los movimientos de rotación al azar que se originaban en la turbulencia y las discontinuidades del movimiento, se incrementaron al disminuir el tamaño de las nubes de gas, del mismo modo que un patinador sobre hielo aumenta su velocidad de rotación al contraer sus brazos.

Luego se llegó a un equilibrio entre la fuerza gravitatoria y la centrífuga con una forma resultante de disco aplanado en rotación, que es la estructura que se ha detectado que poseen muchas galaxias.

Parece probable entonces que el Sol empezó como una nube de gas en lenta rotación, del tamaño aproximado del sistema solar, varias miles de veces su tamaño actual. Al contraerse, empezó a girar más rápido, como el patinador sobre hielo. Durante el proceso, la rotación se volvió tan rápida que las regiones ecuatoriales de la superficie del protosol se separaron y se expulsó un disco de materia; como las chispas que se desprenden de una rueda de fuegos artificiales .

Los elementos livianos, como el hidrógeno, se ubicaron en los bordes del disco, mientras que pequeñas cantidades de elementos más pesados, como el hierro (Fe), carbono (C), sílice (Si), níquel (Ni), incluso oro (Au) y uranio (U), quedaron cerca del centro. Los planetas se formaron a partir del disco giratorio .

Los planetas grandes y livianos como Júpiter y Saturno se formaron con los elementos livianos situados en el borde del disco, mientras que las pequeñas cantidades de elementos pesados ubicados más cerca del Sol originaron los planetas pequeños como la Tierra y Marte.