¿Cómo puede el diámetro del universo exceder su edad?
El tamaño del universo
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- ¿Cuántos planetas y soles explotan cada segundo?
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La velocidad de la luz es una de las propiedades más importantes y fundamentales de nuestro universo. Se utiliza para medir distancias, para comunicaciones interplanetarias y en varios cálculos matemáticos. Y ese es solo el comienzo.
La velocidad a la que la luz viaja a través del vacío (299,792 kilómetros (186,282 millas) por segundo) es estática e inmutable. Si elimina esa constante, la base misma de la física moderna se desmorona debido a una serie de razones, y la regla general se puede resumir con esto: nada en el universo puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.
Como puede imaginar, surge cierta confusión cuando se considera el hecho de que el universo no tiene 13.8 mil millones de años luz de diámetro, un número que corresponde con la edad del universo. Según las estimaciones actuales, en realidad es bastante más grande con un diámetro estimado de unos 93 mil millones de años luz. Y eso es justo lo que podemos ver. Lo que no podemos ver puede durar para siempre.
Entonces, ¿cómo puede el universo tener 93 mil millones de años luz de ancho si solo tiene 13.8 mil millones de años y nada puede viajar más rápido que la luz?
Entendiendo Redshift
Antes de que puedas entender por qué el tamaño del universo es mucho mayor que su edad, es importante entender cómo funciona la luz.
Sir Isaac Newton fue, sin duda, una de las mentes más grandes que jamás haya existido. Además de “inventar” el cálculo, fue el primer científico en comprender realmente la esencia de la luz y lo que sucede cuando se divide en sus partes constituyentes.
Para empezar, su investigación reveló que el negro es la ausencia de color, mientras que la luz blanca, como la que proviene del Sol y otras estrellas, es una combinación de todos los colores. Al mirar la luz de un objeto a través de un prisma, se pueden ver los elementos correspondientes que representa la luz, que luego se pueden usar para ayudar a determinar la composición, la temperatura e incluso dónde se encuentra en el proceso evolutivo del objeto.
Crédito de imagen: Lucas V. Barbosa / Wikimedia Commons
En más de un sentido, el trabajo de Newton revolucionó la física y allanó el camino para todos los grandes, incluidos Niels Bohr, Max Planck y, por supuesto, Albert Einstein. Para los propósitos de esta discusión, sin embargo, el científico más relevante para construir el trabajo de Newton se llama Christian Doppler.
Doppler llegó a la fama cientos de años después de la muerte de Newton, y si no está familiarizado con su trabajo, descubrió algo que ahora se llama el efecto Doppler. Este proceso explica por qué parte de la luz de las fuentes cósmicas tiende a aterrizar cerca del extremo rojo del espectro electromagnético, mientras que parte de la luz está más cerca del extremo azul.
En términos simples, el efecto Doppler observa cómo se desplaza la longitud de onda de la luz en función de la dirección en que se mueve la fuente, como si algo se acerca o se aleja. Específicamente, las ondas de luz se estirarán si la fuente se aleja del observador, apareciendo así en rojo (la longitud de onda más larga). Por el contrario, las ondas de luz se comprimirán si el objeto se dirige hacia el observador, apareciendo azul (la longitud de onda más corta).
Líneas de absorción en espectros de galaxias distantes. Crédito de la imagen: Chano Birkelind, Instituto Niels Bohr
En el camino, se presentó un cambio de juego. En última instancia, casi todas las galaxias parecían estar cambiando hacia una longitud de onda más larga, lo que significaba que se veían rojas, como si se estuvieran alejando de nosotros. Aún más sorprendente, no solo todo se alejaba de nosotros, sino que este desplazamiento al rojo aumentaba, lo que significa que los objetos se alejaban de nosotros cada vez más rápido.
Esto llevó al descubrimiento de que el universo no es estacionario, como algunos creían que era, ¡en realidad se está expandiendo!
La expansión del universo
Aquí es donde las cosas se ponen difíciles. Nuestras observaciones de desplazamiento al rojo revelaron que los objetos tres veces más distantes se mueven tres veces más rápido en relación con las galaxias cercanas. Cuanto más miramos hacia el espacio, más rápido se mueven las galaxias; de hecho, se mueven tan rápido a estas vastas distancias que superan fácilmente la velocidad de la luz. Sin embargo, como se indicó anteriormente, la velocidad de la luz es el límite de velocidad universal. Entonces ¿como puede ser esto?
Primero, tenga en cuenta que si bien hay un límite de lo que podemos ver, el universo real se extiende mucho más allá de lo que podemos comprender. Todo dentro de este límite se llama el “universo observable” e incluye:
- 10 millones de supercúmulos
- 25 mil millones de grupos de galaxias
- 350 mil millones de galaxias grandes
- 7 billones de galaxias enanas
- 30 billones de trillones (3 × 10²²) estrellas
Si todo esto se ocultara en 13.700 millones de años luz de espacio-tiempo, el universo parecería bastante abarrotado.
Crédito de imagen: Escala del universo
El primer problema con la suposición de que el tamaño del universo debería ser igual a su edad en años según la distancia que recorre la luz llega cuando miramos los primeros momentos que siguieron al Big Bang.
Cuando el universo apareció por primera vez hace aproximadamente 13.750 millones de años, el espacio-tiempo mismo comenzó a expandirse a velocidades más rápidas que la velocidad de la luz. Este período, llamado inflación, es integral para explicar mucho más que el tamaño del universo. También cubre cosas como la naturaleza homogénea del espacio a gran escala y las condiciones que existieron durante la primera época.
Básicamente, el universo pasó de un estado infinitamente denso y caliente a una vasta área repleta de protones y neutrones, partículas que eventualmente se unieron y forjaron los bloques de construcción de toda la materia, en unos instantes. Después de que la inflación inicial disminuyó, la expansión se desaceleró. Ahora, los objetos están siendo separados por una fuerza misteriosa llamada energía oscura.
Más rapido que la luz
A través de medios que aún no se han determinado, esta expansión parece estar ocurriendo más rápido que la velocidad de la luz, pero eso no significa lo que probablemente piensas que hace.
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Me temo que la confusión proviene de una interpretación errónea básica de la relatividad misma. Verá, la teoría establece que los objetos no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz a través del espacio-tiempo. Sin embargo, no pone ningún límite al espacio-tiempo mismo.
Entonces, para resumir, el tamaño del espacio no entra en conflicto con la física básica.
Esencialmente, las galaxias mismas (y cualquier otro objeto en el espacio) no están violando ninguna ley, porque no están viajando a través del espacio más rápido que la luz (al menos, no en el sentido tradicional). Más bien, cada porción de espacio se expande y estira. Ni siquiera es que los bordes estén volando hacia afuera, sino que el espacio-tiempo mismo (el área entre galaxias, estrellas, planetas, tú y yo) se está estirando.
En resumen, el espacio-tiempo se expande y separa la materia. La materia no está viajando realmente a través del espacio-tiempo.
Crédito de la imagen: NASA / WMAP Science Team
Como comentario interesante, desafortunadamente, la expansión tiene algunas implicaciones sombrías para el futuro del universo. Suponiendo que la expansión continúa indefinidamente (y no se ralentiza), el horizonte del universo visible se reducirá gradualmente hasta que los objetos simplemente estén demasiado separados para que la luz de una galaxia llegue a otra.
Para el caso, gran parte de lo que vemos ahora estaba originalmente mucho más cerca. Gracias a la expansión, estos objetos se han llevado, y algunas galaxias y otros objetos han sido desplazados de la existencia (o fuera de nuestra vista, de todos modos). Las galaxias más distantes se encuentran entre las cosas más antiguas del universo, se formaron cuando el universo tenía solo millones de años, y es probable que la mayoría de ellas ya no existan o se encuentren en una sección completamente diferente del cosmos hoy.
Espero que hayas entendido mi respuesta
Gracias
