A menudo escuchará que “el universo se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz”. Sin embargo, esta declaración es similar a declaraciones como “el verde es más grande que feliz”. Ni siquiera está mal.
Hay dos cosas importantes para recordar acerca de la expansión del universo. Primero, el universo no se expande a una velocidad particular, se expande a una velocidad por distancia . En este momento es de unos 70 kilómetros por segundo por megaparsec. Eso significa que las galaxias que están a aproximadamente 1 megaparsec (1 parsec = 3 años luz y cambio) están actualmente alejándose a una velocidad de 70 km por segundo, en promedio. Las galaxias que están a 2 megaparsecs de distancia actualmente están alejando a su padre a una velocidad de 140 km por segundo, en promedio.
Observe la frase incómoda allí: las galaxias distantes están “alejándose”, pero curiosamente no se están “alejando”.
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Inicialmente, la distancia entre Rojo y Amarillo es 1, y la distancia entre Rojo y Verde es 2. Después de duplicar el tamaño del “universo”, las distancias son 2 y 4, respectivamente. El amarillo retrocedió en 1, pero el verde retrocedió en 2. El verde parece estar “moviéndose” más rápido que el amarillo, pero de hecho, todos los puntos se quedan quietos mientras el espacio que habitan se expande.
La forma más fácil de pensar en la expansión del universo es pensar en la expansión de algo más simple, como un globo. Si por alguna razón tiene un globo cubierto de hormigas y lo infla lentamente, entonces las hormigas que están nariz a nariz (perdón, “antena a antena”) apenas notarán la expansión. Sin embargo, cuanto más separadas están dos hormigas, más aumenta la expansión la distancia entre ellas. Si una hormiga en un lado intenta correr hacia una de sus hermanas en el otro lado del globo, puede encontrar que la distancia entre las dos aumenta más rápido de lo que puede cerrar esa distancia.
La distancia a la que sucede esto (donde la velocidad a la que disminuye la distancia debido al movimiento de la hormiga y la velocidad a la que aumenta la distancia debido a la expansión del globo) es una especie de “horizonte de hormigas”. Cualquier par de hormigas que ya estén más separadas que esta distancia nunca pueden encontrarse, y cualquier par más cercano que esta distancia puede (si así lo desean). En la imagen de arriba, si una hormiga puede correr una distancia de 2 durante el tiempo de expansión, entonces una hormiga que comience en el punto amarillo podría alcanzar el punto rojo, pero una hormiga que comience en el punto verde siempre se encontrará manteniendo la misma distancia desde El punto rojo.
El “horizonte de hormigas” es un análogo lo suficientemente decente para el borde del universo visible. La velocidad a la que corre la hormiga se describe con respecto a la parte del globo en la que se encuentra actualmente y la velocidad a la que viaja la luz con respecto al espacio por el que viaja (técnicamente con respecto a los objetos que están “sentados quietos” en espacio). Los fotones más antiguos que vemos son aquellos que provienen apenas del lado cercano de la distancia a la que la luz no puede cerrar la brecha. No es que las cosas más allá de esa distancia se alejen más rápido que la luz (casi todas las galaxias y el gas y otras cosas se mueven lentamente con respecto al “globo”), es que la luz que emiten no se mueve lo suficientemente rápido como para superar el expansión. La luz más allá de eso todavía se mueve a la velocidad de la luz, e incluso puede estar tratando de moverse hacia nosotros, pero la distancia simplemente se está expandiendo demasiado rápido.
Aquí la analogía se rompe y comienza a hacer que nuestra intuición sea incorrecta. Cuando infla un globo, los lados obviamente se están separando. Puede usar una regla (tal vez una cinta métrica) y un cronómetro y puede decir “tipos y amigos del mundo de la física, la velocidad de expansión es ____”. Peor aún, cuando un globo se expande, se expande en el espacio que lo rodea, lo que plantea la pregunta “¿en qué se está expandiendo el universo?”. Pero tenga en cuenta que todo lo que la física realmente habla es la relación entre las cosas dentro del universo (en la superficie del globo). Si dibuja una imagen en la superficie de un globo, si el globo está abollado en algún lugar o incluso se da vuelta al revés, la imagen permanece igual (todas las distancias, ángulos, densidades, etc., siguen siendo las mismas).
Punto de hecho: puede ser que el globo sea una metáfora completamente falsa para el universo en su conjunto, ya que las mejores medidas modernas indican que el universo es plano. Es decir, en lugar de ser una esfera cerrada (hiperesfera) simplemente va para siempre en todas las direcciones. Esto significa que realmente no hay forma de describir la expansión del universo en términos de velocidad (no hay un “lado lejano del globo” como referencia).
Es un poco sutil (“sutil” = “matemática”), pero hay una serie de fenómenos que permiten a los astrónomos distinguir claramente entre las cosas que se “alejan” y las cosas que se “expanden” de nosotros. Por ejemplo, más allá de una cierta distancia, las galaxias ya no se hacen más pequeñas (como deberían hacerlo las cosas que se alejan), sino que se vuelven más rojas y permanecen aproximadamente del mismo tamaño independientemente de la distancia, debido a un efecto de lente de la expansión. ¿No es raro?
