CLIC AQUI PARA MOSTRAR/OCULTAR EL CHAT|
Desde Hubble, sabemos que el universo está en expansión, y que todas las galaxias parecen estar alejándose de nosotros, como si nosotros estuviéramos en el centro, y que las más lejanas se alejan más deprisa. La explicación típica a este fenómeno consiste en imaginar nuestro universo como una hiperesfera de cuatro dimensiones, cuya "superficie" tridimensional sería el universo visible, y que se está "hinchando" en la cuarta dimensión. Suele ponerse la analogía de un globo que se hincha. En la superficie del globo pintamos las galaxias y a medida que hinchamos el globo vemos cómo éstas se alejan unas de otras. Cualquiera de ellas vería alejarse a las otras, por lo que cualquiera podría considerarse "el centro" de la expansión. También cuadra el que las más lejanas lo hagan más deprisa. Hasta aquí bien. Pero entonces, según esta analogía, lo que se estaría expandiendo sería el propio espacio. Es decir, no sólo las galaxias se alejan unas de otras, sino que cada galaxia también iría aumentando de tamaño. Y ya puestos, cada planeta, cadaa objeto material, también lo haría. Esto incluye los instrumento de medida, por lo que al final la expansión sería indetectable, pues nuestro "metro" se expandiría con el resto del Universo. Nunca había entendido esto del todo bien. Ayer, leyendo "The Grand Design" (Stephen Hawking), encontré una frase que intenta aclararlo: "Es importante darse cuenta de que la expansión del espacio no afecta al tamaño de los objetos materiales, como galaxias, estrellas, manzanas, átomos u otros objetos que se mantienen juntos por algún tipo de fuerza". Esto me intrigó aún más... ¿de qué manera el espacio se está expandiendo, pero los objetos que hay en él no lo hacen? Una respuesta en cientifi que encontré hoy al ir a plantear la mía parece aclarar perfectamente el tema, pero aún me quedan dudas. Tratando de llevar esa respuesta a la analogía del globo que se hincha ¿cómo sería? Algo así como que las galaxias no están dibujadas en el globo, sino que son gotas de agua encima de él. Al hinchar el globo, las gotas se separan unas de otras, pero cada una no aumenta su tamaño, al menos en principio. Las fuerzas internas dentro de la gota de agua son más fuertes que la expansión del "espacio" sobre el que se apoyan. Entiendo esto, pero aún me quedan otras dudas terribles. ¿Hasta qué nivel se puede "bajar" y mantener que la materia no se expande junto con el espacio? Hawking menciona un átomo. ¿Y un protón, se expande? ¿Un quark? Y ¿qué pasa con lo no material? Por ejemplo, un campo de fuerzas. ¿Se expande con el universo el campo gravitatorio que genere un objeto masivo? ¿O por el contrario, si la expansión es más rápida que la luz, "deja atrás" al campo gravitatorio? Imagino que quien dice campo gravitatorio dice luz. La luz que emite una estrella, al avanzar en un universo en expansión ¿va encontrando cada vez más espacio a medida que avanza, y por tanto tarda más en llegar a la tierra de lo que tardaría si el universo no se expandiera, o bien "avanza" con esa expansión, como los dibujos sobre el globo, y es inmune a ella? Supongo que lo primero, pero me cuesta verlo. Editado: ¡Ah! Y se me olvidaba lo más importante. Imagino que todo lo que dije arriba sobre la expansión del espacio debería ser en realidad sobre el espacio-tiempo ¿no? Y ahi si que me pierdo... ¿cómo afecta al tiempo la expansión del universo? |
|
Como ya dije aquí que el Universo se expanda significa que se crea continuamente espacio: Tomemos en un instante dado una porción del espacio, pues el volumen de esta porción no es constante en el tiempo sino que va aumentando. Esto se modeliza mediante la métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker: Con Un universo en expansión significa que el factor de escala aumenta con el tiempo, No obstante podemos considerar tiempos muy grandes y preguntarnos cómo se puede comportar una partícula respecto a la expansión. En el modelo estándar las partículas son puntuales, así que ellas mismas no se van a expandir pues no tienen volumen. Sin embargo es preciso entender las partículas elementales como excitaciones de campos (existe el campo del electrón, que da cuenta de todos los electrones y positrones del universo, el campo del fotón, el campo del quark up...) y estos campos sí que se ven afectados por la expansión del Universo, en general se puede dar la creación o aniquilación de partículas, lo cual dependerá de la naturaleza de cada tipo de partícula. Respecto a si la luz de una estrella va encontrando cada vez más espacio a medida que avanza, así es, todo lo que existe en el Universo está sujeto a la expansión de éste. Y por último cuando se habla de expansión de algo uno se refiere a que el tamaño de ese algo aumenta con el tiempo. Por tanto no tiene sentido la expansión del espacio-tiempo, pues habría que definir otro tiempo distinto tal que el tamaño del espacio-tiempo aumentara conforme avanzamos en el nuevo tiempo. Gracias por la detallada respuesta. Has confirmado lo que yo intuía, excepto en lo del espacio-tiempo, donde había metido la pata de forma flagrante. No sé en qué estaba pensando. Yo eso de que se crea más espacio no lo tengo claro. Lo que está claro es que la métrica, el bicho con el que calculamos distancias, tiene un factor que nos dice que la distancia entre dos puntos fíjos en el espacio aumenta con el tiempo. Pero no dice que se creen puntos, de hecho, siempre hay el mismo número de puntos entre dos dados. ¿Tiene sentido hablar del número de puntos en una variedad continua? Se puede entender de dos formas, creo yo; o bien que se crea más espacio o bien que se estira, pero matemáticamente ambas interpretaciones son equivalentes. ¿Qué la métrica dependa del tiempo implica que se crea más espacio o que se estirá? ¿Y si el universo es infinito también se estira? Vamos que ya te digo que es cuestión de interpretación, a mi me gusta más explicarlo partiendo de la métrica, pero para gustos los colores. Exactamente, cuestión de interpretación. Lo relevante son las ecuaciones, que nos dicen que la distancia entre dos puntos o el volumen del espacio aumenta con el tiempo. Da igual si se crea espacio o si se estira/dilata (este término es más apropiado en caso de que el universo sea infinito), lo importante es da(t)/dt>0. |
Un aplauso a la pregunta. Muy bien explicada.
En realidad no desde Edwin Hubble, sino desde unos 7 años antes, cuando Alexander Friedman encuentra la expansión del Universo; Hubble, lo comprobé observacionalmente (No se le quita mérito, claro), el mismo Hubble menciona a Friedman en su libro (aunque lamentablemente sólo una línea), pero fue Friedman quien demostró, al corregir las ecuaciones de Einstein que el Universo está en expansión y no estático. Es también cuando Einstein reconoce su "mayor error"; por alguna razón se conoce esta anecdota muy bien y se conoce a Hubble muy bien, poco se habla de Friedman.