Toda nuestra vida hemos estado acostumbrados a que todo tenga principio y fin: las películas, las canciones, los libros, la redacción de la tesis de titulación y hasta la vida misma. Pero ¿qué pasa con el universo? ¿Cómo se comporta en el proceso? ¿Tuvo un principio? ¿Tendrá un final? Y de ser así, ¿cómo será ese final? Exploremos un poco esas interrogantes.

La ambulancia y el dibujo en el globo

¿Alguna vez han hecho un dibujo en un globo desinflado con plumones? ¿Qué pasa cuando lo inflan? ¡Sí, el dibujo crece! Pero ¿cuál es el punto de esto? El universo funciona de forma similar.

Astrónomos de  principios del siglo XX descubrieron que casi todas las que en ese entonces llamaban nebulosas espirales, hoy bien conocidas como galaxias, tenían un corrimiento al rojo en la luz que emitían. Pero vamos más despacio, ¿qué es eso del corrimiento al rojo?

Lo que sucede es que la luz es una forma de energía que se comporta de manera un tanto complicada, pero para nuestro fin bastará decir que su comportamiento es como si se tratara de algo hecho de muchas partículas (llamados fotones) y a la vez como una onda, similar a las ondas generadas en una alberca al momento que alguien entra al agua. Para explicar lo que es el corrimiento al rojo nos centraremos en su comportamiento como onda, la cual tiene el apellido de “electromagnética”. Con los conocimientos básicos de matemáticas y física de bachillerato bastará para recordar que una onda está conformada de valles y crestas, que son los puntos más bajos y más altos, respectivamente, de la onda. La separación de valle a valle, o de cresta a cresta, se conoce como longitud de onda y es la longitud de onda la que define de qué color es la luz que percibimos. Cuando la longitud de onda tiene tendencia a ser pequeña, la luz presenta una tendencia a ser azul-violeta, y cuando tiene una tendencia a ser grande, la luz tiende a ser rojiza.

universo globo

Fuente: Nature

Finalmente hagamos otra analogía que consiste poner atención en la sirena de una ambulancia; cuando escuchamos que una ambulancia se acerca a nosotros, el sonido nos parece muy agudo e intenso, y esa agudeza e intensidad aumenta a medida que se acerca a nosotros; pasa a nuestro lado y comienza a alejarse, es en este momento cuando el sonido comienza a ser más grave y menos intenso conforme se aleja. Esto sucede porque el sonido se comporta como una onda, la cual se desplaza en el aire, y la ambulancia al acercarse a nosotros comprime el aire que hay entre nosotros y ella, y con ello comprime las ondas que hay en él; lo contrario sucede cuando la ambulancia se aleja: el aire entre nosotros y ella se “estira” y con él las ondas de sonido también. Esto es conocido como Efecto Doppler.

El Efecto Doppler es propio de cualquier tipo de ondas y es aplicable también a ondas electromagnéticas; por lo tanto, si un objeto que emite luz se aleja de nosotros, las ondas entre él y nuestros ojos se “estirarán” más y más a medida que se aleja, y como las longitudes de onda al hacerse grandes tienen una tendencia a ser rojas, se dice que se tiene un corrimiento al rojo; el caso contrario es cuando el objeto se acerca: las ondas se comprimen y la longitud de onda disminuye progresivamente, lo que se conoce como corrimiento al azul.

Con esto podemos concluir que lo que los astrónomos encontraron fue que las galaxias se alejan de nosotros, es decir, que el universo se expande de manera similar a un globo inflándose y las galaxias se alejan unas de otras como se alejarían unos de otros los trazos del dibujo hecho en la superficie del globo.

Ya sabemos que se expande, ¿y luego?

De lo que no hemos hablado es del por qué. Hasta ahora existe muy poca certeza de qué es lo que mueve esa inmensa expansión y lo que sí se sabe es que requiere una cantidad de energía realmente colosal.

Partiendo de que el universo se encuentra en expansión y ligando unas cuantas ideas para encontrar ese por qué, llegamos a una conclusión que podría ser la más adecuada: la expansión se inició por una explosión, el Big Bang.

La teoría del Big Bang propone que entre hace 12 y 14 mil millones de años toda la masa del universo visible estaba comprimida en un volumen más pequeño que el que ocupa un átomo y de repente, aún por razones desconocidas y en menos de una pequeña fracción de segundo, paso de ese tamaño al tamaño aproximado de una toronja, comenzando así la expansión masiva de todo lo que ahora podemos ver a nuestro alrededor. Esta teoría tiene muchos argumentos a favor, entre los que destacan el descubrimiento de la radiación de fondo a mediados de los años 60 y el corrimiento al rojo de la luz emitida por las galaxias que nos rodean; pero aún así, todavía quedan muchas cuestiones por resolver y consecuencias de este modelo que aún no han sido observadas.

Aquí vienen los problemas

Existen 3 problemas principales que van en contra de los modelos predichos por la Teoría del Big Bang:

  • Problema de la Planitud del Universo. Existe algo llamado Masa Total del Universo. Este concepto es importante a la hora de hablar del comportamiento de la expansión posterior al Big Bang y la razón es la siguiente: existen tres posibilidades para un final del “todo”; el primero de ellos consiste en un universo expandiéndose infinitamente, consecuencia de una masa total muy alta que haría que la curvatura del universo fuera positiva; el segundo es un universo que reduciría progresivamente la velocidad de su expansión sin detenerse nunca, y para esto requeriría una masa total cercana a un valor conocido como Masa Crítica, lo cual produciría un universo plano; y el tercero es una contracción consecuencia de una desaceleración del universo en la que sí se llegaría a un punto de inflexión, a partir del cual todo empezaría a concentrarse de nuevo en un punto gracias a la atracción gravitatoria entre los cuerpos, conocido como Big Crunch, lo que daría un universo con curvatura negativa.El problema con todo esto radica en que las mediciones hechas hasta ahora del universo observable indican que, en primer lugar, la expansión es cada vez más rápida, lo que implica que algo la está acelerando, una energía inmensamente grande, por cierto; en segundo lugar, que al parecer la geometría del universo es plana y en tercer lugar, que toda la masa del universo medida hasta ahora es solo el 15% de la Masa Crítica requerida para un universo plano. La respuesta más fiable a esto hasta ahora es que existe un tipo de materia exótica indetectable denominada Materia Oscura, que produce energía gravitatoria repulsiva (Energía Oscura) la cual vence a la gravedad como la conocemos y genera que el universo se expanda de forma acelerada, pero hasta ahora este tipo de materia no ha podido ser observado.
  • Problema del Horizonte. La radiación de fondo es un elemento que ayuda a concluir que toda la materia del universo estuvo alguna vez contenida en un solo punto, es decir, que estuvo en contacto. Esto es contradicho por las distancias que hay en el universo observable, ya que aún viajando a la velocidad de la luz en el vacío (la velocidad más alta que se puede alcanzar en el universo: 299 792,458 kilómetros cada segundo), el tiempo que tomaría llegar de un extremo a otro es superior a la edad del universo, por lo que hay regiones del universo que aún no “han visto” a otras, lo que es imposible si en algún momento estuvieron en contacto.
  • Problema del Monopolo. Según las predicciones hechas por la Teoría del Big Bang, debería existir monopolos magnéticos estables de forma natural y común en el universo, lo cual no ha sido comprobado observacionalmente hasta ahora.

expansion-universo

Y al final…

La teoría más aceptada de cómo comenzó, cómo funciona y cómo terminará nuestro universo aún tiene muchas interrogantes en camino a ser resueltas, donde el talento y arduo trabajo de todos aquellos dedicados a las ciencias es la luz que nos guía hacia la verdad de cómo empezó todo, cómo se comporta y cómo terminará, o a revelarnos si, para empezar, hubo un inicio y habrá un final.

 

Por Francisco Moisés García Hernández.

 

 

Fuentes

Griswold, B. (2012, Marzo 1). Big Bang Cosmology [página web]. Recuperado de: http://map.gsfc.nasa.gov/universe/bb_theory.html

Griswold, B. (2010, Abril 16). What is the Inflation Theory? [página web]. Recuperado de: http://map.gsfc.nasa.gov/universe/bb_cosmo_infl.html

Nave, C. R. (n.d.) Doppler Effect [página web]. Recuperado de: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/dopp.html

Ruíz-Funes, S de R. (2003). El lado oscuro del Universo. ¿cómo ves?, 58. Recuperado de: http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/58/el-lado-oscuro-del-universo