Un universo sin centro…

Finalmente un poco de tiempo para escribir algo para el blog, y en esta ocasión una gran oportunidad para contestar una pregunta que a inicio de la semana Jorge Soto, si de Moenia, me envió. En verdad un acontecimiento que en sí mismo merece una entrada en el blog, pero mejor aún cuando me da la oportunidad de escribir acerca de algo interesante. ¡Gracias Jorge!
La pregunta decía algo así como “después del Big Bang, ¿en qué lugares es más posible que haya vida, cerca o lejos del centro?”.
 Al recibir la pregunta, le comenté a Jorge que la respuesta rápida sería que en principio es igualmente probable, pero que lo más interesante (para mí, al menos) en la pregunta es el hecho de que el universo no tiene centro…
 JSOTO DM
De acuerdo con las las teorías estándar de la cosmología, el universo comenzó con un “Big Bang” cerca de 14 mil millones de años y se ha ido expandiendo desde entonces. Sin embargo, no existe un centro para la expansión, ya que es la misma en todas partes. El inicio se da en una singularidad, pero es importante remarcar que una singularidad no es una cosa tangible, no es un punto. Uno no puede señalar y decir “Mira, qué cosa, una singularidad”. El Big Bang no es algo que ocurrió en un lugar determinado y como tal no no debe ser visto como una explosión ordinaria. El universo no se expande hacia fuera desde un centro hacia el espacio, sino que todo el universo está en expansión, por lo cual podemos decir que está haciendo lo mismo en todos lados. O tal vez, visto de otra manera, el centro está en todos lados.
En 1929 Edwin Hubble anunció que de acuerdo a sus mediciones de la velocidad de las galaxias a distintas distancias de nosotros, entre más lajanas se encuentran dichas galaxias, más rápido se alejan. Esto podría sugerir que nos encontramos en el centro del universo en expansión, pero de hecho, si el universo se expande uniformemente de acuerdo con la ley de Hubble, entonces aparecerá hacerlo desde cualquier punto de vista.
Si una noche de observación vemos una galaxia, llamémosla A, que se aleja de nosotros a 10,000 km/s, un alien de dicha galaxia verá a la Vía Láctea alejarse a la misma velocidad de 10,000 km/s en la dirección opuesta. Otra galaxia B, dos veces más lejos en la misma dirección que A, será vista por nosotros con un alejamiento a 20,000 km/s. El alien de la galaxia A marcará un alejamiento a 10,000 km/s para la galaxia B. En otras palabras, desde el punto de vista del alien en B, todo se expande fuera desde donde el/ella/eso se encuentra, de igual manera que sucede para nosotros aquí en la Tierra.
Una analogía que ha sido usada por científicos prominentes como Arthur Eddington o Fred Hoyle es la de un balón en expansión. En su libro de 1960 “La naturaleza del universo”, Hoyle escribe: “Mis amigos que no son matemáticos a menudo me dicen que les resulta difícil imaginar a esta expansión. Sin acudir a una gran cantidad de matemáticas, lo mejor que puedo hacer es utilizar la analogía de un globo con un gran número de puntos marcados en su superficie. Si el globo se infla, las distancias entre los puntos aumentan en la misma forma que las distancias entre las galaxias”.
Esta es una buena analogía, pero debe ser entendida apropiadamente. de lo contrario puede causar más confusión. Como el mismo Hoyle dijo: “Hay varios aspectos importantes en los que es definitivamente engañosa”. Es importante tener en cuenta el espacio tridimensional que observamos en el universo, comparado con la superficie bidimensional del globo. La superficie es homogénea, sin ningún punto pueda ser elegido como el centro. El centro del globo en sí no está en la superficie, y por tanto no debe ser considerado como el centro del universo. Si resulta de  ayuda, podemos pensar en la dirección radial en el globo como el tiempo. Sin embargo es mejor no considerar en absoluto los puntos fuera de la superficie del globo como parte del universo. Por lo tanto el espacio puede ser curvo sin haber otras dimensiones fuera de éste. Al considerar esta analogía hay varias cosas que recordar:
  1.  La superficie bidimensional del globo es análogo a las 3 dimensiones del espacio.
  2. El espacio tridimensional en la que está incrustado el globo no es análogo a ningún espacio físico con dimensiones superiores.
  3. El centro del balón no corresponde con nada físico.
  4. El universo puede ser finito en tamaño y puede estar en crecimiento como la superficie de un balón en expansión, pero también podría ser infinito.
  5. Las galaxias se alejan como puntos en globo en expansión, pero las propias galaxias no se expanden debido a que están unidas por la gravedad.

The metric expansion of space. The inflationar...

Si pensáramos en el Big Bang como una explosión como cualquier otra, con un punto central, dicho centro sería el punto más caliente, con una esfera de material expandiéndose fuera del centro. Sin embargo, hasta donde entendemos, el Big Bang no fue una explosión como tal; fue más bien una explosión del espacio mismo, mas no en el espacio. Si el Big Bang fuese una explosión ordinaria en un espacio existente, sería posible observar el borde de la expansión con espacio vacío más allá. En cambio, cuando observamos vemos hacia el Big Bang mismo y detectamos un débil resplandor de fondo de los gases calientes primordiales del universo temprano. Esta “radiación del fondo cósmico de microondas” es uniforme en todas direcciones. Esto nos indica que no es materia la que se expande hacia el exterior desde un punto, sino que es el propio espacio el que se expande de manera uniforme. Y eso es profundo en sí mismo.
Es importante destacar que otras observaciones apoyan la idea de que no hay centro del universo, al menos en la medida en que las observaciones pueden alcanzar. El hecho de que el universo se expande uniformemente no descartaría la posibilidad de que haya un lugar más denso y caliente que pueda llamarse “el centro”, sin embargo estudios cuidadosos de la distribución y el movimiento de las galaxias confirman que es homogéneo a las grandes escalas que podamos observar, y no hay indicios de un punto especial que podamos llamar centro.
La idea de que el universo debe ser uniforme (homogéneo e isotrópico) a escalas muy grandes se conoce como el “principio cosmológico“, nombre propuesto por Arthur Milne en 1933. A pesar del descubrimiento de una rica estructura en la distribución de las galaxias, la mayoría de los cosmólogos todavía apoyan el principio cosmológico, ya sea por razones filosóficas o porque es una hipótesis bastante útil que ninguna observación ha contradicho. Sin embargo, nuestra visión del universo está limitada por la velocidad de la luz y el tiempo finito desde el Big Bang. La parte que podemos observar es muy grande, pero es probablemente muy pequeña en comparación con todo el universo. No tenemos forma de saber cuál es la forma del universo más allá del horizonte visible, y no hay manera de saber si el principio cosmológico tiene alguna validez a escalas de distancia mayores.
Una vez entendido eso, es fácil ver por que la probabilidad de la existencia de vida es igual en cualquier parte del universo.