enero 27, 2021

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¿Puede el universo expandirse más rápido que la velocidad de la luz? | Los científicos responden

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Hace unas semanas publicamos la respuesta a la pregunta sobre el tamaño del universo. Y luego de esta publicación, varios lectores nos enviaron una nueva pregunta que parece estar implícita en mi explicación: ¿Puede el cosmos expandirse a un ritmo más rápido que la luz? La respuesta es que es posible porque la cuestión es que cuando hablamos de la velocidad de la luz como la velocidad máxima que se puede alcanzar en el universo, nos estamos refiriendo a la relatividad especial. Para que lo entiendas, debo decir que Albert Einstein formuló, en 1905, su teoría de la relatividad especial, que trata del movimiento de los cuerpos en ausencia de gravedad. Según esta teoría, ninguna partícula, es decir, ningún objeto con masa, puede moverse más rápido que la luz. Diez años después, en 1915, Einstein completó su teoría de la relatividad con la relatividad general, que explica la gravedad como una deformación del espacio-tiempo y las cosas son diferentes al respecto.

El concepto de espacio-tiempo no apareció en la relatividad especial. Pero cuando se pasa a la relatividad general, no existe ninguna ley que diga que el espacio-tiempo no puede moverse más rápido que la luz.

Si hablamos de la velocidad con la que se expande el cosmos, estamos haciendo una extrapolación errónea en dos direcciones.

De hecho, la medida no es la velocidad con la que se mueve el espacio-tiempo. De hecho, la medida de expansión está en unidades que son la inversa del tiempo. Generalmente, se da un valor promedio entre 68 y 72 kilómetros por segundo por megaparsec. Parsec es una medida que usamos en astronomía y equivale a 3,26 años luz (o lo que sería lo mismo: casi 40.000 billones de metros). Y un megaparsec es un millón de parsecs (3,26 millones de años luz). Esto significa que si miras una estrella que está a un megaparsec de distancia, se alejará de nosotros a esa velocidad. Si mira uno que está a dos megaparsecs de distancia, la velocidad de la recesión se duplicará y, por lo tanto, la velocidad de la recesión aumentará. Pero estas galaxias en el espacio-tiempo en sí no se mueven, prácticamente se mueven a velocidades locales que son un 2% de la velocidad de la luz. Lo que pasa es que todo el espacio-tiempo se expande. Para tratar de aclarar mejor, puedo hacer una analogía, es como cuando un niño o una niña crece. La distancia entre la rodilla y el ombligo aumenta, pero ni la rodilla ni el ombligo se alejan repentinamente de todo. El ombligo no llega a la nuca, sigue en la misma posición que estaba. ¿Qué se ha expandido? Todo el cuerpo se expandió. Lo mismo ocurre con el espacio-tiempo, que sería como el cuerpo en el caso de la criatura.

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Si hablamos de la velocidad con la que se expande el cosmos, estamos haciendo una extrapolación errónea de dos maneras. Tenemos una imagen del universo ahora y una imagen del universo en otro momento, así que tomo las dos fotos, comparo las dos escalas y si divido la longitud por la longitud en diferentes momentos, lo que me queda es una cantidad de tiempo inversa. Otra cosa es que cuando utilizo esto y lo vuelvo a multiplicar por la distancia, me parece que he alcanzado una velocidad, pero en realidad solo medimos la inversa del tiempo. Medimos una variación de escala en el tiempo. Pero sobre todo, interpretamos el espacio-tiempo como si fuera una partícula y eso es un error. Las partículas son materia y el espacio-tiempo es geometría. Y en la relatividad general, no tenemos ninguna ley que impida que la geometría se expanda a una velocidad que, cuando la interpretamos como velocidad, es mayor que la de la luz.

En resumen, diría que estamos aplicando una restricción de relatividad especial a algo que parece velocidad, pero en realidad no lo es. Es simplemente una forma de cuantificar cómo crece el espacio-tiempo y cómo aparece en el contexto más amplio, el de la relatividad general.

Ruth Lazkoz Es profesora e investigadora de la Universidad del País Vasco, sus líneas de trabajo son la cosmología teórica y observacional, la energía oscura y la gravedad modificada.

Pregunta enviada por correo electrónico por Petar Hristov y Juan José Mangas Lavería

Nosotros respondimos es una clínica científica semanal, patrocinada por La Fundación Dr. Antoni Esteve y el programa L’Oréal-Unesco ‘For Women in Science’, que responde a las preguntas de los lectores sobre ciencia y tecnología. Se trata de científicos y tecnólogos, miembros de AMIT (Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnológicas), que responden a estas preguntas. Envíe sus preguntas a [email protected] o en Twitter #nosotrasrespondemos.

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Coordinación y redacción: Victoria Toro

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