«Al ampliar el campo del conocimiento no hacemos sino aumentar el horizonte de la ignorancia». -Henry Miller
Es la ley más fundamental de la relatividad especial, y la constatación que llevó a Einstein a algunos de los mayores avances de la física de todos los tiempos: la idea de que nada puede viajar más rápido que la luz. Eso es cierto incluso hoy, ya que todas las partículas sin masa en el vacío se mueven exactamente a la velocidad de la luz, mientras que cualquier otra cosa -una partícula masiva en cualquier lugar o una sin masa en un medio- está condenada a moverse más despacio que la velocidad de la luz. Pero cuando se trata del Universo en expansión, parece que esto podría no seguir siendo válido. Kevin Forward quiere saberlo, ya que pregunta:
En las primeras millonésimas de segundo del Big Bang, ¿no se expandió el universo más rápido que la velocidad de la luz?
Como spoiler: no, no se expandió más rápido que la luz entonces, ni en ningún otro momento, ni lo hará nunca. Pero hay una buena razón para pensar que alguna vez lo hizo.
Nuestro Universo, tal y como lo vemos hoy, ha existido durante 13.800 millones de años desde el Big Bang caliente. Pero si te preguntas hasta dónde podemos ver en cualquier dirección, la respuesta no es 13.800 millones de años luz; es mucho más lejos que eso. Si lo pensamos bien, podemos imaginar que el doble de esa distancia es posible: si un objeto emisor de luz estaba a 13.800 millones de años luz hace 13.800 millones de años, tal vez emitió luz mientras se alejaba de nosotros, tal vez incluso a una velocidad cercana a la de la luz. Si un objeto brillante existiera entonces y se alejara constantemente de nosotros a 299.792 km/s, su luz estaría llegando ahora, mientras que el propio objeto estaría a 27.600 millones de años luz. Todo eso es un razonamiento sólido, pero hace una suposición que no es necesariamente buena: que el espacio mismo es estático.
El espacio que habitamos no es estático; se está expandiendo. De hecho, podemos medir cuál es la tasa de expansión hoy, cómo era en el pasado lejano y en cada época intermedia. Resulta que un objeto que estuviera a sólo 168 metros de distancia en el Big Bang (vale, a los 10-33 segundos después del Big Bang) sólo llegaría con su luz hasta hoy, 13.800 millones de años después, tras un increíble viaje, y una increíble cantidad de estiramiento, y estaría actualmente a 46.100 millones de años luz.
«A-ha», proclamas, «¡eso significa que el espacio se expandió más rápido que la luz!»
¿Pero fue así? Porque para que algo vaya más rápido que la luz, tiene que tener una velocidad inherente: algo que se pueda medir, por ejemplo, en kilómetros por segundo. Pero no es así como se expande el Universo en absoluto.
En cambio, el Universo se expande como una velocidad por unidad de distancia: normalmente la medimos en kilómetros por segundo por megaparsec, donde un megaparsec son unos 3,26 millones de años luz. Si la tasa de expansión es de 70 km/s/Mpc, eso significa que, en promedio, un objeto que está a 10 Mpc debería expandirse a 700 km/s; uno que está a 200 Mpc debería retroceder a 14.000 km/s; y uno que está a 5.000 Mpc debería parecer que se aleja a 350.000 km/s.
¿Sin embargo, eso significa que algo se mueve más rápido que la luz? Volvamos a la teoría especial de la relatividad de Einstein y preguntemos qué significa que nada puede moverse más rápido que la luz. Significa que, si tienes dos objetos en el mismo evento espaciotemporal -ocupando el mismo espacio al mismo tiempo-, entonces no pueden moverse uno respecto del otro a una velocidad mayor que la de la luz. Incluso si uno se mueve hacia el norte a un 99% de la velocidad de la luz y el otro se mueve hacia el sur a un 99% de la velocidad de la luz, no se moverán a un 198% de la velocidad de la luz en relación con el otro, sino a un 99,995% de la velocidad de la luz. No importa lo rápido que se mueva cada uno, nunca superarán la velocidad de la luz uno respecto al otro.
Por eso se llama relatividad en primer lugar, porque mide el movimiento relativo entre dos objetos en el mismo lugar del espacio y el tiempo. Pero ese tipo de relatividad -la relatividad especial- sólo establece las reglas en su espacio local, que no se expande. La relatividad general añade otra capa encima: el hecho de que el propio espacio se expande. Midiendo la cantidad de materia normal, materia oscura, energía oscura, neutrinos, radiación y otras cosas presentes en el Universo hoy en día, y cómo la luz que nos llega desde todas las diferentes distancias del Universo se desplaza hacia el rojo con esa expansión, podemos reconstruir exactamente lo grande que era el Universo en cualquier momento del pasado.
Cuando tenía aproximadamente 10.000 años, el Universo observable ya tenía un tamaño de 10 millones de años luz. Cuando tenía sólo un año, el Universo observable tenía un tamaño de casi 100.000 años luz. Cuando tenía un segundo, ya tenía más de 10 años luz de tamaño. Eso sí que suena a expansión más rápida que la luz, ¿no? Pero en ningún momento ninguna partícula se movió más rápido que la luz en relación con cualquier otra partícula con la que interactuara.
En cambio, todo lo que sucedió fue que el espacio entre las partículas se expandió, y al hacerlo, aumentó la distancia entre ellas y estiró la longitud de onda de la radiación presente dentro de ese espacio. Esto ha continuado durante los miles de millones de años de historia cósmica que tuvieron lugar desde entonces, y sigue teniendo lugar hoy en día. Aunque es posible que nunca lleguemos a ningún objeto que esté más lejos que 15.600 millones de años luz hoy en día, incluso si fuéramos a la velocidad de la luz, eso no se debe a que se alejen más rápido que la luz, sino a que el espacio entre los diferentes lugares sigue expandiéndose.
La clave es que el espacio no se expande a una velocidad determinada, sino a una tasa determinada: una velocidad por unidad de distancia. Como resultado, cuanto más lejos mires, más afecta la expansión del espacio a la distancia entre tú y el objeto que estás viendo. Mientras se esté expandiendo, se puede calcular una distancia que, si se sobrepasa, todo parece alejarse de ti a una velocidad superior a 299.792 m/s. Cuanto más lejos esté un objeto, puedes estar seguro de que su luz será más roja, su distancia será mayor y parecerá que se aleja de ti cada vez más rápido. ¿Pero más rápido que la velocidad de la luz? Hay que estar en el mismo lugar para poder medirla. En relación con nuestra ubicación, nada se mueve más rápido que la luz, y eso es cierto en todos los lugares del Universo en todo momento. El espacio se expande, pero no sólo no se expande más rápido que la luz, sino que no se expande a ninguna velocidad.
0 comentarios