Expansión del universo: teoría y ritmo

Conceptos introductorios

Imagínese mirando las estrellas en una noche clara. ¿Alguna vez se ha preguntado qué pasará en un futuro muy lejano, dentro de miles de millones de años? ¿El cielo nocturno se verá igual? Resulta que no solo los objetos dentro del universo, como las estrellas y los planetas, cambian con el tiempo, sino también el espacio mismo. Para evitar confusiones, definimos el término ” espacio ” como la extensión tridimensional en la que existen la materia y la energía. Cuando hablamos de la expansión del universo , en realidad estamos hablando del crecimiento de la estructura del espacio en la escala de todo el universo.

Es bastante contrario a la intuición y difícil de comprender cómo se puede expandir el espacio. ¿No es ya infinito? ¿Cómo puede algo infinito volverse aún más grande? Bueno, eso es lo que veremos aquí.

Midiendo la expansión del universo

Para los propósitos de nuestra discusión, asumiremos que el espacio es plano y de tamaño infinito a escala global, como creen muchos científicos. La parte infinita significa que el universo no tiene fronteras, mientras que la parte plana significa que si despegamos en una nave espacial en alguna dirección, nunca regresaríamos. Pero, ¿cómo pueden los astrónomos inferir que el universo se está expandiendo?

Una forma es observar galaxias muy distantes y medir la velocidad a la que se alejan de nosotros, utilizando la Tierra como punto de referencia. Como veremos aquí, estas velocidades de recesión se pueden combinar con uno de los postulados de la Teoría de la Relatividad para concluir que el universo se está expandiendo.

Comprender la expansión del universo

Según la teoría de la relatividad de Einstein , nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el espacio . Manteniendo esta afirmación como cierta, no deberíamos encontrar estrellas y galaxias que se alejen de nosotros más rápido que la luz. Sin embargo, esto es incompatible con las observaciones. A finales de la década de 1920, el astrónomo Edwin Hubble observó que hay galaxias que se alejan de nosotros más rápido que la velocidad de la luz. De hecho, podríamos dibujar una esfera imaginaria muy grande con la Tierra como un pequeño punto en su centro, conocido como la Esfera de Hubble , más allá del cual los objetos se alejan de nosotros más rápido que la luz.

¿Estas observaciones contradicen la teoría de la relatividad? Resulta que en realidad es el propio espacio el que se está expandiendo entre estas galaxias. El postulado anterior solo se aplica a entidades que se mueven por el espacio. No limita la velocidad a la que se expande el espacio .

Para obtener una mejor comprensión intuitiva, imagine un globo con puntos dibujados en su superficie. A medida que soplamos aire en el globo, la distancia entre dos puntos cualesquiera en los lados opuestos del globo aumentaría, medida a lo largo de su diámetro. Es decir, a medida que aumenta el diámetro del globo, también aumenta su área de superficie y las distancias entre los objetos en sus lados opuestos.

Es importante señalar que la analogía del globo tiene sus limitaciones, ya que el espacio es tridimensional e infinito. Por tanto, se puede pensar que el espacio se expande sobre sí mismo.

Implicaciones de la expansión del universo

Como ya sabrá, la fuerza de la gravedad atrae a todos los objetos entre sí. En un universo que no se expande, la atracción gravitacional podría eventualmente colapsar todas las galaxias, estrellas y planetas entre sí. Sin embargo, la continua expansión del universo evita este escenario (que probablemente sea lo mejor, ¿no?). Además, hay ciertas estrellas y galaxias a las que nunca podremos viajar, porque siempre se alejan de nosotros a una velocidad más rápida que la luz.

Resumen de la lección

En resumen, hemos aprendido que en nuestro universo, el espacio mismo se está expandiendo. Esto ayuda a explicar cómo las estrellas y galaxias más allá de la Esfera Hubble se alejan de nosotros a una velocidad más rápida que la de la luz. También trae a colación conceptos fascinantes en los que pensar, como cómo el espacio puede expandirse en sí mismo.