¿Qué hay en el borde del universo?
Es una emoción rutinaria en 2019 desear urgentemente, cuatro o cinco veces en un día, ser lanzado no simplemente al espacio, sino al borde mismo del universo, lo más lejos posible del sueño febril de mal tiempo, trenes reventados y lesiones potencialmente cancerosas en los muslos que constituye la vida en la Tierra. Pero, ¿qué le espera en la frontera cosmológica? ¿Es siquiera una frontera, o se trata más bien de una especie de techo inconcebiblemente vasto? ¿Hay siquiera una frontera/techo allí arriba? Para el Giz Asks de esta semana, hablamos con una serie de físicos orientados a la cosmología para averiguarlo.
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Sean Carroll
Profesor de Investigación, Física, Caltech, cuya investigación se centra en la mecánica cuántica, la gravitación, la cosmología, la mecánica estadística y los fundamentos de la física, entre otras cosas
No hay un borde en el universo, por lo que sabemos. Hay un borde en el universo observable: sólo podemos ver hasta cierto punto. Esto se debe a que la luz viaja a una velocidad finita (un año luz por año), por lo que al mirar cosas lejanas también estamos mirando hacia atrás en el tiempo. Al final vemos lo que ocurría hace casi 14.000 millones de años, la radiación remanente del Big Bang. Es el Fondo Cósmico de Microondas, que nos rodea por todas partes. Pero no es realmente un «borde» físico en ningún sentido útil.
Debido a que sólo podemos ver hasta cierto punto, no estamos seguros de cómo son las cosas más allá de nuestro universo observable. El universo que vemos es bastante uniforme a grandes escalas, y tal vez eso continúe literalmente para siempre. Otra posibilidad es que el universo se enrolle como una esfera o un toroide (versión tridimensional). Si eso fuera cierto, el universo sería finito en tamaño total, pero seguiría sin tener un borde, al igual que un círculo no tiene principio ni final.
También es posible que el universo no sea uniforme más allá de lo que podemos ver, y las condiciones sean muy diferentes de un lugar a otro. Esa posibilidad es el multiverso cosmológico. No sabemos si existe un multiverso en este sentido, pero ya que no podemos ver de una manera u otra, es prudente mantener una mente abierta.
Jo Dunkley
Profesor de Física y Ciencias Astrofísicas de la Universidad de Princeton, cuyas investigaciones se centran en la cosmología y en el estudio de los orígenes y la evolución del Universo
¡Más de lo mismo!
De acuerdo, así que en realidad no creemos que haya un borde en el universo. Pensamos que, o bien continúa infinitamente en todas las direcciones, o tal vez está envuelto en sí mismo para que no sea infinitamente grande, pero sigue sin tener bordes. La superficie de un donut es así: no tiene bordes. Es posible que todo el universo sea así también (pero en tres dimensiones; la superficie de un donut es sólo bidimensional). Eso significa que podrías partir en cualquier dirección hacia el espacio en un cohete, y si viajaras el tiempo suficiente volverías al punto de partida. No hay bordes.
Pero también hay una cosa que llamamos universo observable, que es la parte del espacio que realmente podemos ver. El borde de eso es el lugar más allá del cual la luz no ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros desde el principio del universo. Ese es sólo el borde de lo que podemos ver, y más allá probablemente hay más de lo mismo que podemos ver a nuestro alrededor: supercúmulos de galaxias, cada una de las cuales contiene miles de millones de estrellas y planetas.
Jessie Shelton
Profesor Adjunto de Física y Astronomía de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, cuya investigación se centra en la astrofísica y la cosmología
Eso depende de lo que se entienda por el borde del universo. Debido a que la velocidad de la luz es finita, a medida que miramos más y más lejos en el espacio, miramos más y más atrás en el tiempo -incluso cuando miramos la galaxia de al lado, Andrómeda, no vemos lo que está sucediendo ahora, sino lo que estaba sucediendo hace dos millones y medio de años cuando las estrellas de Andrómeda emitieron la luz que nuestros telescopios sólo están detectando ahora. La luz más antigua que podemos ver procede de lo más lejano, así que, en cierto sentido, el borde del universo es lo que podemos ver en la luz más antigua que nos llega. En nuestro universo, se trata del fondo cósmico de microondas, un tenue y persistente resplandor del Big Bang, que marca el momento en que el universo se enfrió lo suficiente como para permitir la formación de átomos. Se trata de la superficie de la última dispersión, ya que marca el lugar en el que los fotones dejaron de ping-pong entre los electrones de un plasma caliente e ionizado y empezaron a fluir a través del espacio transparente, hasta llegar a nosotros en la Tierra, a miles de millones de años luz. Así que se podría decir que el borde del universo es la superficie de la última dispersión.
¿Qué hay en el borde del universo ahora mismo? Bueno, no lo sabemos -no podemos, tendríamos que esperar a que la luz que se emite allí ahora llegue aquí dentro de muchos, muchos miles de millones de años, y como el universo se expande cada vez más rápido, probablemente no podrá llegar hasta aquí-, pero podemos hacer una conjetura. En las escalas más grandes, nuestro universo se ve prácticamente igual en cualquier dirección que miremos. Así que lo más probable es que, si estuvieras en el borde de nuestro universo observable hoy, verías un universo más o menos igual que el nuestro: galaxias, grandes y pequeñas, en todas las direcciones. Por lo tanto, una muy buena conjetura para lo que está en el borde del universo ahora es simplemente, más universo: más galaxias, más planetas, tal vez incluso más seres vivos haciendo la misma pregunta.
Michael Troxel
Profesor Adjunto de Física, Universidad de Duke cuyas investigaciones se centran en la cosmología observacional y teórica
A pesar de que el Universo probablemente tenga un tamaño infinito, en realidad hay más de un «borde» práctico.
Creemos que el Universo es en realidad infinito: no tiene bordes. Si el Universo es «plano» (como una hoja de papel), como hemos comprobado que es con una precisión superior al 1%, o «abierto» (como una silla de montar), entonces es realmente infinito. Si está «cerrado», que es como una pelota de baloncesto, entonces no es infinito. Sin embargo, si te alejas lo suficiente en una dirección, acabarás volviendo al punto de partida: piensa en moverte a lo largo de la superficie de la pelota. Como dijo una vez un hobbit llamado Bilbo, «El camino sigue y sigue/Sale de la puerta donde empezó» (una y otra vez…).
El Universo todavía tiene un «borde» para nosotros, aunque-dos, realmente. Esto se debe a una parte de la Relatividad General que dice que todas las cosas (incluyendo la luz) en el Universo tienen un límite de velocidad -alrededor de 670 millones de millas por hora- y ese límite de velocidad es el mismo en todas partes. Nuestras mediciones también nos dicen que el Universo se expande en todas las direcciones, y no sólo se expande, sino que lo hace cada vez más rápido con el tiempo. Lo que esto significa es que cuando observamos un objeto muy alejado de nosotros, la luz de ese objeto tarda algún tiempo en llegar a nosotros (la distancia dividida por la velocidad de la luz). Lo complicado es que como el espacio se expande mientras esa luz viaja hacia nosotros, la distancia que la luz tiene que recorrer también aumenta con el tiempo en su camino hacia nosotros.
Así que lo primero que se podría preguntar es cuál es la distancia más lejana a la que podríamos observar la luz de un objeto si se emitiera al principio del Universo (que tiene unos 13.700 millones de años). Esta distancia resulta ser de unos 47.000 millones de años luz (un año luz es unas 63.241 veces la distancia entre la Tierra y el Sol), y se denomina «horizonte de movimiento». También se puede plantear la pregunta de forma ligeramente diferente. Si enviamos un mensaje a la velocidad de la luz, ¿cuál es la distancia más lejana a la que alguien de otro planeta podría recibirlo? Esto es aún más interesante, porque la velocidad de expansión del Universo se acelera en el futuro (en lugar de ralentizarse en el pasado).
Resulta que aunque el mensaje viajara eternamente, sólo podría llegar a alguien que estuviera a 16.000 millones de años luz de nosotros ahora. A esto se le llama «horizonte de eventos cósmicos». Sin embargo, el planeta más lejano que hemos podido observar está sólo a unos 25.000 años luz, por lo que aún podríamos saludar a todos los que sabemos que existen en el Universo hasta ahora. Sin embargo, la distancia más lejana a la que nuestros telescopios actuales pueden haber identificado una galaxia desde nosotros es de sólo unos 13.300 millones de años luz, por lo que ahora mismo no podemos ver qué hay en ninguno de estos «bordes». Así que ¡nadie sabe qué hay en ninguno de los dos bordes!
Abigail Vieregg
Profesora asistente en el Instituto Kavil de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago
Usando telescopios en la Tierra, miramos la luz que viene de lugares distantes en el universo. Cuanto más lejos está la fuente de la luz, más tiempo tarda esa luz en llegar aquí. Por lo tanto, cuando miras a lugares lejanos, estás viendo cómo eran esos lugares cuando se creó la luz que viste, no cómo son esos lugares hoy en día. Se puede seguir mirando cada vez más lejos, lo que corresponde a un tiempo cada vez más lejano, hasta llegar a un lugar que corresponde a unos cientos de miles de años después del Big Bang. Antes de eso, el universo era tan caliente y denso (¡mucho antes de que existieran las estrellas y las galaxias!) que cualquier luz en el universo simplemente traqueteaba, y no podemos verla con nuestros telescopios hoy en día. Este lugar es el límite del «universo observable» -a veces llamado horizonte- porque no podemos ver más allá. A medida que pasa el tiempo, este horizonte cambia. Si pudiéramos mirar desde otro planeta en algún lugar del universo, presumiblemente veríamos algo muy parecido a lo que vemos aquí desde la Tierra: nuestro propio horizonte, limitado por el tiempo transcurrido desde el Big Bang, la velocidad de la luz y la forma en que se ha expandido el universo.
¿Cómo es hoy el lugar que corresponde al horizonte de la Tierra? No podemos saberlo, ya que sólo podemos ver ese lugar como era justo después del Big Bang, no como es hoy. Sin embargo, todas las mediciones indican que todo el universo que podemos ver, incluido el borde del universo observable, se parece aproximadamente a nuestro universo local actual: con estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias y mucho espacio vacío.
También pensamos que el universo es mucho más grande que la parte del universo que casualmente podemos ver aquí desde la Tierra hoy en día, y que no hay ningún «borde» del propio universo. Es sólo espacio-tiempo, en expansión.
Arthur B. Kosowsky
Profesor de Física de la Universidad de Pittsburgh, cuya investigación se centra en la cosmología y en cuestiones relacionadas con la física teórica
Una de las propiedades más fundamentales del universo es su edad, que a partir de diversas mediciones determinamos ahora que es de 13.700 millones de años. Como también sabemos que la luz se propaga a una velocidad constante, esto significa que un rayo de luz que comenzó en una época muy temprana ha recorrido una distancia determinada en la actualidad (denominada «distancia del horizonte» o «distancia de Hubble»). Dado que nada se propaga más rápido que la velocidad de la luz, la distancia de Hubble es la más lejana que podemos observar en principio (¡a menos que descubramos alguna forma de evitar la teoría de la relatividad!).
Tenemos una fuente de luz que nos llega desde casi la distancia de Hubble: la radiación cósmica de fondo de microondas. Sabemos que no hay ningún «borde» del universo hasta la distancia del origen del fondo de microondas, que es casi toda la distancia de Hubble de nosotros. Así que solemos suponer que el universo es mucho más grande que nuestro propio volumen observable de Hubble, y que cualquier borde real que pueda existir está mucho más lejos de lo que podemos observar. Es posible que esto no sea correcto: tal vez el universo tenga un borde justo más allá de la distancia de Hubble a nosotros, y más allá haya monstruos marinos. Pero dado que todo el universo que podemos observar tiene un aspecto relativamente similar y uniforme, este sería un estado de cosas extremadamente extraño.
Así que me temo que nunca tendremos una buena respuesta a la pregunta: puede que el universo no tenga un borde en absoluto, y si lo tiene, ese borde está lo suficientemente lejos como para que la luz del borde no haya tenido aún tiempo suficiente para llegar hasta nosotros en toda la historia del universo. Tenemos que conformarnos con entender la parte del universo que realmente podemos observar.
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