¿Hacia dónde se expande el universo?

El astrofísico Alexander Kashlinsky del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA aborda esta cuestión.

La evolución del universo queda descrita por la física de la relatividad general, que fue postulada por Albert Einstein a principios del siglo XX. Cuando se la compara con la física newtoniana, esta teoría aporta un marco de trabajo radicalmente distinto para la descripción de la fuerza gravitatoria.

En la interpretación newtoniana (donde los cuerpos celestes se mueven de acuerdo a las leyes de Newton) el espacio y el tiempo son absolutos, siendo el tiempo simplemente un parámetro en las ecuaciones del movimiento. Mientras tanto, la gravedad juega el papel de la misteriosa fuerza de atracción entre cuerpos masivos.

La física de la relatividad general es conceptualmente distinta – incluso aunque sus ecuaciones del movimiento puedan reducirse a ecuaciones de Newton en muchos casos prácticos, tales como al respecto del movimiento lunar, o, como veremos enseguida, la evolución completa del universo.

En la relatividad general, el espacio y el tiempo se mezclan en una red tetradimensional, cuyas propiedades están especificadas de forma única (vía gravedad) por los cuerpos que lo habitan. La gravedad curva la red del espaciotiempo, de modo que la relatividad general describe las interacciones gravitatorias como manifestaciones de la curvatura del espaciotiempo. Los objetos “caen bajo la gravedad” desde partes menos curvadas del espaciotiempo a otras partes más curvadas. Cuando el espaciotiempo se hace infinitivamente curvo, tal y como sucede en los agujeros negros, la fuerza gravitatoria se hace tan fuerte que el espaciotiempo se cierra sobre si mismo, creando lo que se conoce como una singularidad del tejido continuo y subyacente al espaciotiempo. Nada puede escapar de este tipo de objetos.

Según las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, el espaciotiempo que contiene materia no puede permanecer estacionario y debe, o bien expandirse, o contraerse. Las galaxias y otras fuentes, entonces, no están estrictamente expandiéndose y alejándose las unas de las otras, sino que más bien están pegadas a la red fija del tejido en expansión del espaciotiempo. Por ello, las galaxias dan la impresión de estar alejándose entre si. Imagina la superficie de un globo en el que dibujas puntos. Luego comienza a inflar el globo. La distancia entre los puntos aumenta, de modo que si vives en uno de esos puntos, lo interpretas como que los puntos (que en este ejemplo representan a las galaxias) se alejan las unas de las otras. En realidad, por supuesto, permanecen en la misma posición con respecto a las latitudes y longitudes del globo, y es el tejido del globo el que verdaderamente se expande.

En la física newtoniana, se puede construir una analogía matemática de la expansión del universo definiendo un sistema que se expande o contrae bajo su propia gravedad, como una galaxia compuesta de estrellas, o el sistema solar. En este marco de trabajo, sin embargo, esta expansión no está ligada al estiramiento del tejido de ningún espaciotiempo. En lugar de eso, el espacio es una entidad absoluta, abstracta y fija por la que todos los objetos se mueven sin afectarlo. Por ello, en el marco de trabajo newtoniano uno no solo puede preguntarse “¿hacia dónde se expande el universo?” sino también, “¿qué sucedió antes del empujón inicial?”. Sin embargo, en el marco de trabajo de la relatividad general, ambas cuestiones carecen de sentido. Contestar a la pregunta “¿hacia dónde se expande el universo?” implica la necesidad de otra red de coordenadas exterior al espaciotiempo. Pero como el espaciotiempo está ligado a la materia, no existe nada externo a la superficie del globo. Más bien, el espaciotiempo es todo de lo que disponemos.

Respuesta publicada el 5 de febrero de 2007.

Traducido de Where is the universe expanding to?

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