Qué hay al borde del universo

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Ilustración: Chelsea Beck (Gizmodo)

Últimamente es habitual desear que alguien nos lance no solo al espacio sino al límite del universo, hasta donde sea posible llegar para salir de este sueño febril que es la vida en la Tierra. Pero, ¿qué nos esperaría ahí arriba, en la frontera cosmológica? ¿Es acaso una frontera, o es más bien un tipo de techo inconcebiblemente alto? ¿Existe tal borde? Esta semana hemos hablado con varios físicos especializados en cosmología para averiguarlo.


Sean Carroll

Profesor de investigación en física de Caltech cuya investigación se centra en la mecánica cuántica, la gravitación, la cosmología, la mecánica estadística y los fundamentos de la física, entre otras cosas:

No hay ningún borde en el universo, por lo que sabemos. Hay un borde en el universo observable: solo podemos ver hasta cierto punto. Esto se debe a que la luz viaja a una velocidad finita (un año luz por año), por lo que al mirar cosas distantes también estamos mirando hacia atrás en el tiempo. Con el tiempo vemos lo estaba sucediendo hace casi 14000 millones de años, la radiación remanente del Big Bang. Ese es el fondo de microondas cósmico, que nos rodea por todos lados. Pero en realidad no es un “borde” físico en ningún sentido.

Puesto que solo podemos ver hasta cierto punto, no estamos seguros de cómo son las cosas más allá de nuestro universo observable. El universo que vemos es bastante uniforme en grandes escalas, y tal vez continúe así literalmente para siempre. Una alternativa es que el universo se pliegue sobre sí mismo como una esfera o un toroide. Si eso fuera cierto, el universo sería finito en el tamaño total, pero no tendría borde, como un círculo no tiene un principio ni un final.

También es posible que el universo no sea uniforme más allá de lo que podemos ver, y las condiciones sean muy diferentes de un lugar a otro. Esa posibilidad es el multiverso cosmológico. No sabemos si hay un multiverso en este sentido, pero como no podemos verlo, es prudente mantener la mente abierta.

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Jo Dunkley

Profesora de física y ciencias astrofísicas de la Universidad de Princeton, cuya investigación se centra en cosmología y estudia los orígenes y la evolución del universo:

En realidad no creemos que haya un borde en el universo. Creemos que o bien continúa infinitamente lejos en todas las direcciones, o tal vez está envuelto en sí mismo para que no sea infinitamente grande, pero aun así no tiene bordes. Como la superficie de un donut: no tiene borde. Es posible que todo el universo sea así también (pero en tres dimensiones: la superficie de un donut es solo bidimensional). Eso significa que podrías viajar al espacio en cualquier dirección sobre un cohete y regresar donde empezaste si pasa el tiempo suficiente. No hay bordes.

Pero también hay algo que llamamos el universo observable, que es la parte del espacio que podemos ver realmente. El borde de eso es el lugar más allá del cual la luz no ha tenido tiempo de alcanzarnos desde el comienzo del universo. Ese es solo el borde de lo que podemos ver, y más allá de eso hay probablemente más de lo mismo: supercúmulos de galaxias, cada una de las cuales contiene miles de millones de estrellas y planetas.

Jessie Shelton

Profesora asistente de física y astronomía en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, cuya investigación se centra en la astrofísica y la cosmología:

Eso depende de lo que quieras decir con el borde del universo. Debido a que la velocidad de la luz es finita, a medida que miramos más y más lejos en el espacio, miramos más y más atrás en el tiempo, incluso cuando miramos a la galaxia de al lado, Andrómeda, no vemos lo que está sucediendo ahora, sino lo que estaba sucediendo hace dos millones y medio de años, cuando las estrellas de Andrómeda emitieron la luz que nuestros telescopios ahora detectan. La luz más antigua que podemos ver proviene de lo más lejos, de manera que, en cierto sentido, el borde del universo es lo que podemos ver en la luz más antigua que nos llega. En nuestro universo, este es el fondo cósmico de microondas: un resplandor tenue y persistente del Big Bang que marca cuando el universo se enfrió lo suficiente como para permitir que se formen los átomos. Esto se conoce como la superficie de la última dispersión, ya que marca el lugar donde los fotones dejaron de hacer ping pong entre los electrones en un plasma ionizado caliente y comenzaron a fluir a través del espacio transparente, a través de miles de millones de años luz en la Tierra. Entonces, podrías decir que el borde del universo es la superficie de la última dispersión.

¿Qué hay al borde del universo en este momento? Bueno, no lo sabemos, no podemos, tendríamos que esperar a que la luz llegue hasta aquí dentro de muchos, muchos miles de millones de años, y dado que el universo se está expandiendo cada vez más rápido, probablemente no podrá llegar hasta aquí, pero podemos adivinar. En las escalas más grandes, nuestro universo se ve casi igual en cualquier dirección que miremos. Entonces, si estuviéramos en el límite de nuestro universo observable hoy, veríamos un universo que se parecía más o menos a lo nuestro: galaxias, grandes y pequeñas, en todas las direcciones. Por lo tanto, una muy buena suposición de lo que está al borde del universo es, simplemente, más universo: más galaxias, más planetas, tal vez incluso más cosas vivas que se hacen la misma pregunta.

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Michael Troxel

Profesor asistente de física en Duke University, cuyas investigaciones se centran en la cosmología observacional y teórica:

A pesar de que el Universo es probablemente de tamaño infinito, en realidad hay más de un “borde” práctico.

Creemos que el universo es en realidad infinito, sin ningún borde. Si el universo es “plano” (como una hoja de papel) o “abierto” (como una silla de montar), entonces realmente es infinito. Si está “cerrado”, como una pelota de baloncesto, entonces no es infinito. Sin embargo, si fieras lo suficientemente lejos en una dirección, finalmente terminarías de nuevo donde empezaste, como si te movieras a lo largo de la superficie de la pelota. Como dijo una vez un hobbit llamado Bilbo: “El camino sigue y sigue / desde la puerta donde comenzó”.

Sin embargo, el universo tiene un “borde” para nosotros: dos, en realidad. Una parte de la relatividad general dice que todas las cosas (incluida la luz) en el universo tienen un límite de velocidad (alrededor de 1080 millones de kilómetors por hora) y que el límite de velocidad es el mismo en todas partes. Nuestras mediciones también nos dicen que el Universo se está expandiendo en todas las direcciones, y además se está expandiendo cada vez más rápido con el tiempo. Lo que esto significa es que cuando observamos un objeto muy lejos de nosotros, la luz de ese objeto tarda algún tiempo en alcanzarnos (la distancia dividida por la velocidad de la luz). Lo delicado es que, debido a que el espacio se está expandiendo mientras la luz viaja hasta nosotros, la distancia que la luz tiene que recorrer también aumenta con el tiempo en su camino hacia nosotros.

Entonces, lo primero que podrías preguntar es cuál es la distancia más lejana a la que podemos observar la luz de un objeto si se emitiera desde el principio del universo (que tiene aproximadamente 13.700 millones de años). Esto se encuentra a unos 47.000 millones de años luz de distancia (un año luz es aproximadamente 63.241 veces la distancia entre la Tierra y el Sol) y se conoce como el “horizonte de crecimiento”. También puedes hacer la pregunta de manera ligeramente diferente. Si enviamos un mensaje a la velocidad de la luz, ¿cuál es la distancia más lejana a la que alguien de otro planeta podría recibirlo? Esto es aún más interesante, porque la tasa de expansión del universo se vuelve más rápida en el futuro (en lugar de disminuir en el pasado).

Resulta que incluso si el mensaje viajara para siempre, solo podría alcanzar a alguien que ahora está a 16.000 millones de años luz de nosotros. Esto se llama el “horizonte de evento cósmico”. Sin embargo, el planeta más lejano que hemos podido observar está a solo unos 25.000 años luz de distancia, por lo que aún podemos saludar a todos los que sabemos que podrían existir en el universo por el momento. Pero la distancia más lejana a la que nuestros telescopios actuales pueden identificar una galaxia es de unos 13.300 millones de años luz, por lo que no podemos ver qué hay en cualquiera de estos “bordes” en este momento. ¡Así que nadie sabe qué hay en ninguno de los dos extremos!

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Abigail Vieregg

Profesora asistente en el Instituto Kavil de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago:

Usando telescopios en la Tierra, observamos la luz que proviene de lugares distantes en el universo. Cuanto más lejos esté la fuente de la luz, más tardará en llegar. Entonces, cuando miras lugares lejanos, miras cómo eran esos lugares cuando se creó la luz que viste, no cómo son esos lugares hoy. Puedes seguir mirando más y más lejos, lo que se corresponde con más y más atrás en el tiempo, hasta que llegas a un lugar a unos pocos cientos de miles de años después del Big Bang. Antes de eso, el universo era tan caliente y denso (¡mucho antes de que hubiera estrellas y galaxias!) que cualquier luz en el universo simplemente no se movía, y hoy no podemos verlo con nuestros telescopios. Este lugar es el borde del “universo observable”, a veces llamado horizonte, porque no podemos ver más allá de él. A medida que pasa el tiempo, este horizonte cambia. Si pudieras mirar desde otro planeta en otro lugar del universo, probablemente verías algo muy similar a lo que vemos aquí desde la Tierra: tu propio horizonte, limitado por el tiempo transcurrido desde el Big Bang, la velocidad de la luz, y la forma en que el universo se ha expandido.

¿Cómo se ve hoy el lugar que corresponde al horizonte de la Tierra hoy? No podemos saberlo, ya que solo podemos ver ese lugar tal como estaba justo después del Big Bang, no como es hoy. Sin embargo, todas las mediciones indican que todo el universo que podemos ver, incluido el borde del universo observable, se parece aproximadamente a nuestro universo local actual: con estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias y mucho espacio vacío.

También pensamos que el universo es mucho más grande que la parte del universo que podemos ver desde la Tierra hoy en día, y no hay “borde” para el universo mismo. Es solo espacio-tiempo expandiéndose.

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Arthur B. Kosowsky

Profesor de física en la Universidad de Pittsburgh, cuya investigación se centra en cosmología y temas relacionados de física teórica:

Una de las propiedades fundamentales del universo es su edad, que según una variedad de medidas determinamos que es de 13.7 mil millones de años. Como también sabemos que la luz se propaga a una velocidad constante, esto significa que un rayo de luz que comenzó en un momento muy temprano ha recorrido una distancia determinada hasta hoy (llamada “distancia del horizonte” o “distancia de Hubble”). Como nada se propaga más rápido que la velocidad de la luz, la distancia de Hubble es la distancia más lejana que podemos observar en principio (¡a menos que descubramos una alternativa a la teoría de la relatividad!).

Tenemos una fuente de luz que nos llega desde casi la distancia del Hubble: la radiación cósmica de fondo de microondas. Sabemos que no hay un “borde” para el universo a la distancia del origen del fondo de microondas, que es casi la distancia total de Hubble lejos de nosotros. Por lo tanto, generalmente asumimos que el universo es mucho más grande que nuestro propio volumen de Hubble observable, y cualquier borde real que pueda existir está mucho más lejos de lo que podemos observar. Posiblemente, esto podría no ser correcto: tal vez el universo tenga una ventaja más allá de la distancia de Hubble con respecto a nosotros, y más allá de eso estén los monstruos marinos. Pero dado que todo el universo que podemos observar parece relativamente similar y uniforme, este sería un estado de cosas extremadamente extraño.

Por lo tanto, me temo que nunca tendremos una buena respuesta a la pregunta: es posible que el universo no tenga borde en absoluto, y si tiene borde, está lo suficientemente lejos como para que la luz no haya tenido tiempo suficiente para llegar a nosotros en toda la historia del universo. Tenemos que conformarnos con entender la parte del universo que realmente podemos observar.

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