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Como la piel de un globo
El diario secreto de Henrietta S. Leavitt - Mié, 06/02/2013

El universo en expansión

En 1929, Edwin Hubble demostró que las galaxias se alejan unas de otras, lo que solo se explica si el universo se está expandiendo en todas direcciones Los distintos modelos que, a lo largo de la historia, se han construido para describir el universo eran un reflejo de las teorías físicas más avanzadas de cada momento. Sin embargo, y a diferencia de otras disciplinas científicas, la cosmología cuenta con un único sujeto de estudio, el universo, de modo que algunas nociones científicas habituales como repetibilidad o predictibilidad no pueden aplicarse con ingenuidad a su estudio. Por esta razón, en el desarrollo histórico de esta disciplina se han reflejado de forma especial los prejuicios vigentes en cada periodo.

 

Los modelos teóricos

En este sentido, la idea de un universo estático ha estado profundamente enraizada en la comunidad científica desde el comienzo de la física moderna. Así, Newton aplicaba su teoría de la gravitación a un modelo de universo estático, a pesar de que él mismo mostraba la extraordinaria inestabilidad de esta situación física. A pesar de tales intuiciones tempranas sobre el carácter dinámico del universo, la idea de un universo estático sobrevivió a la aparición de una nueva y revolucionaria teoría de la gravedad, la Relatividad General. En el primer modelo cosmológico relativista, y con la intención de preservar el carácter estático del universo, Einstein (1917) introdujo una fuerza repulsiva mediante un término adicional en sus ecuaciones, conocido como constante cosmológica. Sin embargo, el trabajo de otros científicos exploró las posibilidades de un universo dinámico, como el modelo de De Sitter que, a través de las investigaciones de Friedmann (1922) y de Lemaître (1927), dio lugar a escenarios donde el universo se expande o se contrae.

La expansión

Fueron, no obstante, los resultados observacionales de Hubble (1929) los que finalmente implantaron la idea de que el universo se expande: la observación del desplazamiento hacia el rojo de los espectros de galaxias, que indicaba su distanciamiento progresivo, y la medición de las distancias a las mismas, permitieron a Hubble concluir que las galaxias se alejan a una velocidad proporcional a la distancia que las separa. A partir de ese momento se consolidó el nuevo paradigma de universo en expansión. Si rebobinamos la "película" de dicha expansión, en la que las galaxias son puntos que se separan unos de otros, dichos puntos terminarán por converger en un instante inicial, lo que permite calcular la edad del universo. Curiosamente, los primeros cálculos conducían a un universo demasiado joven (¡más joven que la edad medida de la Tierra!), lo que obligó a reintroducir la escurridiza constante cosmológica, una fuerza repulsiva que acelera la expansión. De hecho, dicha constante representa uno de los aspectos más intrigantes de la cosmología moderna, apareciendo y desapareciendo repetidamente en los sucesivos modelos. En los años cincuenta, la combinación de estos modelos cosmológicos con la física de partículas se concreta en la teoría del Big Bang (o Gran Explosión) introducida por Gamow (1948). Las progresivas mejoras al modelo de Big Bang configuran lo que hoy se conoce como modelo cosmológico estándar.

El final

Respecto al destino último de la expansión, el carácter atractivo de la gravedad actúa como un freno, de manera que la evolución final del universo depende de la cantidad de materia que contenga: en principio, si se supera un cierto límite, la gravedad acabará por detener completamente el proceso de expansión dando lugar a una fase de contracción y eventual derrumbamiento final, mientras que si la cantidad de materia es insuficiente la expansión proseguirá indefinidamente. Sin embargo, los estudios de supernovas realizados en 1998 permiten concluir que el universo está, de hecho, en un proceso de expansión acelerada. Dichos estudios sugieren que cerca del 70% de la energía del universo está asociada a una componente que ejerce una presión negativa (una especie de "antigravedad"). Nuevamente, la constante cosmológica aparece como una posible explicación, si bien su justificación física, como energía del vacío, presenta profundos problemas conceptuales. Finalmente, conviene señalar que la idea de un universo en expansión no obliga a admitir una creación inicial. Frente al modelo del Big Bang, los científicos Bondi, Gold y Hoyle desarrollaron la denominada teoría del estado estacionario, en la que el universo presenta siempre el mismo aspecto. La expansión es alimentada por una creación continua de materia, sin una creación del universo como tal. En la actualidad esta teoría ha sido abandonada frente al éxito del modelo estándar, confirmando al Big Bang como paradigma dominante. Sin embargo, las posibles sorpresas que aún nos reserva la cosmología observacional, junto con la reaparición en la física de altas energías de alguna de las objeciones conceptuales por las que la teoría del estado estacionario fue abandonada, nos sugieren, como indicábamos al comienzo, la necesidad de una actitud abierta y crítica respecto a nuestras ideas preconcebidas sobre el universo.

José Luis Jaramillo


 




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