El espacio no es infinito, y el universo tiene 13.800 millones de años. De hecho, la historia del Universo se da muy bien aquí:
Una pregunta justa es cuán seguros estamos y cómo sabemos esto. Bueno, comencemos así.
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- ¿Qué hay al final del universo?
- Si nos moviéramos la mitad de la distancia al sol, ¿se vería el doble de grande?
Primero, si el Universo tiene una edad finita, no puede tener una extensión infinita. Solo puede ser tan grande como puede crecer en esta edad (13.8 mil millones de años, lo que hace que el Universo observable tenga aproximadamente 93 mil millones de años luz de diámetro; todo el Universo puede ser más grande). De hecho, hasta donde sabemos, no existe el infinito en el universo físico . “Infinito” es una abstracción matemática; pero todas las cantidades físicas son finitas. (Cuando ocurre “infinito” en una teoría física, debe leer esto como físico para: “Aquí es donde se rompe la teoría”).
Segundo, ¿cómo sabemos que el universo tiene 13.800 millones de años? Hay tres relojes que podemos usar: la temperatura del fondo cósmico de microondas, la edad de las estrellas más antiguas que podemos ver en la Vía Láctea y la edad de los objetos más distantes del Universo. Tomemos esos tres en orden.
- La temperatura del fondo cósmico de microondas. El Universo comenzó con el Big Bang, y de una combinación de cosmología y física de partículas sabemos mucho sobre cómo era eso. En particular, sabemos la temperatura, porque sabemos en qué punto los elementos dejaron de cocinarse en el Big Bang. El CMB es el calor sobrante del Big Bang, y podemos medir su temperatura [matemática] 2.7 ^ \ circ [/ matemática] K. A partir de la temperatura observada y la temperatura conocida en el Big Bang, podemos calcular cuánto tiempo lleva enfriándose. Y sale a 13.8 mil millones de años.
- La edad de las estrellas más antiguas. La Vía Láctea, como todas las galaxias, comenzó a formarse unos 400 millones de años después del Big Bang, y algunas de las primeras estrellas en formarse (de hecho, la mayoría de las primeras estrellas en formarse) todavía están con nosotros; son cualquier estrella formada al comienzo de los tiempos, solo un poco más tenue y fría que el Sol. Si echamos un vistazo a un cúmulo globular como este:
Todas las estrellas se formaron aproximadamente al mismo tiempo, al comienzo del Universo. Luego podemos ver el espectro de las estrellas y sus brillos, y obtendremos un diagrama que se ve así, llamado diagrama de Hertzsprung-Russell:
Si observa la línea de secuencia principal en el centro del gráfico, las estrellas en la esquina inferior derecha tienen vidas muy largas, de cientos de miles de millones a billones de años. Las estrellas en la esquina superior izquierda tienen vidas muy cortas. El diagrama HR para un clúster se verá así
Observe que la secuencia principal está cortada: todas las estrellas con vidas cortas han muerto. Dado que todas las estrellas en el cúmulo nacieron al mismo tiempo, entonces obtenemos una edad del cúmulo: es exactamente igual a la vida útil de las estrellas en la parte superior izquierda de la secuencia principal restante. Cuando observamos los cúmulos globulares alrededor de la Vía Láctea, vemos que el más antiguo tiene aproximadamente 13.8 mil millones de años.
También podemos encontrar la edad de una estrella individual, observando su espectro: la luz de una estrella cambia a medida que envejece. La estrella más antigua que podemos ver es esta, y su antigüedad es de 13.200 millones de años.
- Edad del objeto más distante que podemos ver. El Universo se ha expandido desde el Big Bang; por lo tanto, cuanto más lejos esté un objeto de nosotros, más rápido se alejará de nosotros. Al medir qué tan rápido se está alejando de nosotros, podemos saber qué tan lejos estaba cuando la luz que vemos dejó el objeto. Si el objeto más alejado que podemos ver está [matemático] x [/ matemático] a años luz de nosotros, el Universo tiene [matemático] x [/ matemático] años (si fuera más viejo, podríamos ver más). El campeón actual es la galaxia GN-z11, que se mueve al 99% de la velocidad de la luz lejos de nosotros, lo que significa que su luz la dejó hace 13.400 millones de años.
Ahí lo tienes: tres relojes, y todos están de acuerdo.
Ahora, como de costumbre cuando explicamos la ciencia, dejamos la impresión de que todo está resuelto. ¡Lejos de ahi! Hay muchos descubrimientos por hacer, y una sola observación puede hacernos mirar en direcciones completamente nuevas. Hasta la década de 1960, pensamos que podíamos ver la mayor parte del asunto en el Universo; entonces Vera Rubin descubrió que el 80% de la materia en el Universo estaba oscuro. Hasta la década de 1990, creíamos que la expansión del Universo se estaba desacelerando: luego descubrimos que se estaba acelerando. Puede ser que el Universo que vemos sea parte de un multiverso más grandioso; Puede ser que los universos se reproduzcan a través de agujeros negros. Apenas hemos arañado la superficie de las maravillas que veremos. Dicho esto, la historia de la historia del descubrimiento de nuestro cosmos es una fantástica historia de gran detective, con las contribuciones de miles de brillantes astrónomos, físicos y cosmólogos.