Quién descubrió que el universo se expande
Al igual que las leyes de Kepler, la ley de Hubble es una ley empírica. Hubble descubrió una relación entre dos propiedades medibles de las galaxias: sus velocidades y sus distancias. Sin embargo, esta relación conduce naturalmente a varias preguntas. Estas preguntas son:
En la página anterior, atribuimos las velocidades de las galaxias y la relación entre sus velocidades y distancias a una explosión. Como todos los restos de una explosión se originan en el mismo lugar, los más lejanos deben moverse más rápido para haber viajado más lejos en el mismo tiempo. Esta es una analogía aceptable, pero no es perfecta. Sin embargo, nos ayuda a entender que el universo debe estar en expansión. Nuestra mejor interpretación de la relación descubierta por Hubble es que implica que el espacio entre las galaxias se está expandiendo.
Analogía de la banda elástica/punto del universo en expansión. En un ejemplo de estado inicial, las galaxias aparecen como puntos a lo largo de una banda elástica. Los puntos azul y amarillo son equidistantes del punto de origen, al igual que los puntos blanco y rosa, aunque en direcciones opuestas. El punto naranja está entre el blanco y el azul, y más cerca del punto de origen. El punto verde está entre el punto amarillo y el rosa, y más alejado del punto de origen.
El universo se expande más rápido que la luz
Los cosmólogos basan sus expectativas sobre el ritmo de expansión -un ritmo conocido como la constante de Hubble- en las mediciones de la radiación emitida poco después del Big Bang. Esta radiación revela los ingredientes precisos del universo primitivo. Los cosmólogos introducen los ingredientes en su modelo de evolución cósmica y lo hacen avanzar para ver a qué velocidad debería expandirse el espacio en la actualidad.
Sin embargo, la predicción se queda corta: cuando los cosmólogos observan objetos astronómicos como estrellas pulsantes y supernovas en explosión, ven un universo que se expande más rápido, con una constante de Hubble mayor.
La discrepancia, conocida como la tensión de Hubble, ha persistido incluso cuando todas las mediciones se han hecho más precisas. Algunos astrofísicos siguen debatiendo si la tensión podría no ser más que un error de medición. Pero si la discrepancia es real, significa que algo falta en el modelo de universo de los cosmólogos.
«Descubrir anomalías es la forma fundamental en que la ciencia progresa», dijo Avi Loeb, cosmólogo de la Universidad de Harvard y uno de las docenas de investigadores que han propuesto soluciones a la tensión del Hubble.
Teoría de la expansión del universo
Hace casi 100 años que la humanidad llegó a una conclusión revolucionaria sobre nuestro Universo: el espacio mismo no permanece estático, sino que evoluciona con el tiempo. Una de las predicciones más inquietantes de la Relatividad General de Einstein es que cualquier Universo -siempre que esté uniformemente lleno de uno o más tipos de energía- no puede permanecer invariable a lo largo del tiempo. Por el contrario, debe expandirse o contraerse, algo que inicialmente dedujeron de forma independiente tres personas distintas: Alexander Friedmann (1922), Georges Lemaitre (1927), Howard Robertson (1929), y luego generalizado por Arthur Walker (1936).
Al mismo tiempo, las observaciones comenzaron a mostrar que las espirales y elípticas de nuestro cielo eran galaxias. Con estas nuevas y más potentes mediciones, pudimos determinar que cuanto más lejos estaba una galaxia de nosotros, mayor era la cantidad de su luz que llegaba a nuestros ojos desplazada al rojo, o con longitudes de onda más largas, en comparación con el momento en que se emitió esa luz.
Pero, ¿qué ocurre exactamente con el tejido del espacio mientras ocurre este proceso? ¿Se estira el propio espacio, como si fuera cada vez más delgado? ¿Se crea constantemente más espacio, como si «rellenara los huecos» que crea la expansión? Esta es una de las cosas más difíciles de entender en la astrofísica moderna, pero si lo pensamos bien, podemos entenderlo. Exploremos lo que está sucediendo.
¿Cree usted que el universo se está expandiendo
Una analogía mejor es considerar la superficie de un globo que se infla, donde la superficie es un equivalente bidimensional de nuestro universo tridimensional. El tejido del globo es el espacio; los puntos marcados en esta superficie (equivalentes a las galaxias) se separarán a medida que el globo se expanda, pero sólo porque el tejido (el espacio mismo) se está expandiendo, y sin ningún punto central para la expansión.
Si el universo es todo lo que hay, y no forma parte de un multiverso mayor, entonces no hay nada fuera de él (ni siquiera el vacío, que sigue siendo espacio), así que probablemente no tenga sentido preguntarse en qué se está expandiendo.
Nosotros, criaturas tridimensionales, vemos que todas las distancias entre las galaxias se expanden, lo que indica una inflación del espacio, pero no podemos percibir dimensiones espaciales adicionales más allá de nuestras tres, en las que se está produciendo la expansión.
En primer lugar, cuando los matemáticos y los físicos quieren describir el espacio -cualquier espacio-, las herramientas y técnicas matemáticas que utilizan no dependen en absoluto de que el espacio forme parte de un espacio dimensional superior. Así, por ejemplo, pueden hacer geometría sobre la superficie de una esfera sin tener en cuenta que la esfera está incrustada en nuestro espacio tridimensional cotidiano.