En qué se está expandiendo el universo cerebralmente
La expansión del universo es el aumento de la distancia entre dos partes dadas del universo observable no ligadas gravitacionalmente con el tiempo[1] Es una expansión intrínseca por la que cambia la escala del propio espacio. El universo no se expande “hacia” nada y no requiere que el espacio exista “fuera” de él. Esta expansión no implica que el espacio ni los objetos en el espacio se “muevan” en un sentido tradicional, sino que es la métrica (que gobierna el tamaño y la geometría del propio espaciotiempo) la que cambia de escala. A medida que la parte espacial de la métrica del espaciotiempo del universo aumenta de escala, los objetos se alejan unos de otros a velocidades cada vez mayores. Para cualquier observador del universo, parece que todo el espacio se está expandiendo, y que todas las galaxias, excepto las más cercanas (que están limitadas por la gravedad), se alejan a velocidades proporcionales a su distancia del observador. Mientras que los objetos dentro del espacio no pueden viajar más rápido que la luz, esta limitación no se aplica a los efectos de los cambios en la propia métrica[nota 1] Los objetos que retroceden más allá del horizonte de sucesos cósmico acabarán siendo inobservables, ya que ninguna luz nueva procedente de ellos será capaz de superar la expansión del universo, limitando el tamaño de nuestro universo observable.
Historia del universo
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.
El tamaño del universo
La historia de la ciencia registrará que la búsqueda de la tasa de expansión del universo fue el gran Santo Grial de la cosmología del siglo XX. Sin ninguna prueba observacional de que el espacio se expande, se contrae o se queda quieto, no tendríamos ninguna pista sobre si el universo se acerca o se aleja. Es más, tampoco tendríamos una pista sobre su edad – o, de hecho, si el universo era eterno.
El primer acto de esta revelación se produjo cuando, hace un siglo, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió una miríada de galaxias fuera de nuestra galaxia natal, la Vía Láctea. Y, las galaxias no estaban quietas. Hubble descubrió que cuanto más lejos está una galaxia, más rápido parece alejarse de nosotros. Esto podría interpretarse como la expansión uniforme del espacio. Hubble llegó a decir que estudiaba las galaxias simplemente como “marcadores del espacio”. Sin embargo, nunca estuvo totalmente convencido de la idea de un universo en expansión uniforme. Sospechaba que sus mediciones podían ser la prueba de que algo más extraño estaba ocurriendo en el universo.
El futuro del universo
Cuando observamos las galaxias que están muy, muy lejos, vemos que todas se alejan de nosotros. Y cuanto más lejos está la galaxia, más rápido se mueve. Esto sucede porque el espacio entre las galaxias se está estirando.
No importa en qué lugar del Universo te encuentres, todo parece alejarse de ti. Puedes hacer un experimento con un globo para ayudarte a entender por qué ocurre esto. Esto significa que todo el Universo se está expandiendo. Esta es una prueba clave para la teoría del Big Bang.
En 1929, Edwin Hubble midió la velocidad a la que las galaxias se alejan de nosotros. Observó la luz de muchas galaxias y midió el desplazamiento hacia el rojo de la luz. Hubble utilizó sus resultados para hacer un descubrimiento. La velocidad de las galaxias era mayor cuanto más lejos estaban. Esta relación entre la velocidad y la distancia se llama ahora Ley de Hubble.
La velocidad a la que se expande el Universo se denomina constante de Hubble. Es muy difícil obtener un número exacto y preciso para la constante de Hubble. Los científicos han utilizado diferentes formas de calcularla, pero no todas las respuestas coinciden. Las respuestas más recientes sugieren que el Universo se está expandiendo a un ritmo más rápido de lo que los científicos esperaban. Los astrónomos aún no saben por qué ocurre esto. Una de las ideas es que podría haber algún tipo de fuerza que esté separando las galaxias. Los astrónomos han llamado a esta fuerza, energía oscura.