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El universo observable tiene unos 93 mil millones de años luz de diámetro. Es casi seguro que todo el universo es mucho más grande que eso. Pero aún no sabemos si es infinito o no.

Se necesita un poco de gimnasia mental para comprender cuán grande es el universo y ni siquiera estar seguro de su tamaño real (bueno, llegaremos a eso un poco más tarde). Piénselo de esta manera: en un solo segundo, la luz viaja alrededor de 300 000 kilómetros (186 000 millas). La distancia que recorre la luz que viaja a esta velocidad en un año se llama año luz. El universo observable tiene 93 mil millones de años luz de diámetro. Lo que hay más allá de eso, no lo sabemos, no podemos observarlo de ninguna manera posible y no estábamos realmente seguros. Así que sospechamos que todavía hay mucho universo más allá de eso, aunque no estamos seguros de cuánto.

Aunque los astrónomos han buscado frenéticamente una respuesta, tampoco sabemos si el universo es infinito o no y, para complicar aún más las cosas, infinito también puede significar más de una cosa.

Veamos lo que sabemos hasta ahora, cuáles son las posibilidades plausibles y qué podemos adivinar a partir de eso.

El universo observable

Para empezar, el hecho de que sepamos que el universo observable tiene 93 mil millones de años luz de diámetro es asombroso, es una gran historia en sí misma, y ​​puedes leer sobre ella extensamente aquí, pero ¿cómo lo sabemos? Bueno, la historia comienza con un matemático y físico austriaco llamado Christian Doppler.

En el siglo XIX, Doppler trató de explicar un fenómeno inusual sobre las ondas electromagnéticas: si un observador se acerca o se aleja de la fuente de una onda, la longitud de esa onda disminuye o aumenta, respectivamente. Esto ahora se llama efecto Doppler y se confirmó para prácticamente todos los tipos de ondas.

Para los astrónomos, esto es extremadamente importante. Si tiene algunas estrellas que puede usar como referencia (una especie de vela cósmica), puede buscar todo tipo de anomalías en las longitudes de onda que está viendo. Si está viendo longitudes de onda aumentadas, el objeto se está alejando de usted (desplazamiento al rojo), y si las longitudes de onda se reducen, se está moviendo hacia usted (desplazamiento al azul).

En la década de 1920, Edwin Hubble descubrió algo inusual. Claro, algunas cosas se están acercando y otras se están alejando, pero en un sentido general, todo parece alejarse de todo lo demás. En pocas palabras, el universo parece estar expandiéndose. Este fue realmente un momento innovador, un cambio de paradigma del universo que alguna vez se pensó que era fijo y estable. No solo eso, sino que esta expansión universal también parece estar acelerándose. Todavía no sabemos exactamente por qué o cómo sucede esto, pero las mediciones posteriores han confirmado y refinado esta idea.

Estudiar el corrimiento al rojo es fundamental para estudiar las distancias cósmicas, especialmente para las cosas que se encuentran muy lejos. Pero aquí es donde las cosas empiezan a ponerse un poco complicadas.

Si estás mirando algo que está, digamos, a 1 año luz de distancia, lo ves como era hace 1 año. Pero en ese año, el universo se expandió, por lo que la distancia entre tú y ese objeto ahora es mayor a 1 año luz.

Las observaciones astronómicas han encontrado que la edad del universo es de alrededor de 13.700 millones de años, y uno de los objetos más lejanos que hemos descubierto es una galaxia llamada GN-z11. Esta galaxia tiene 13.400 millones de años, lo cual es increíblemente antiguo. Sin embargo, aunque le tomó 13.400 millones de luz para llegar a nosotros, la galaxia se encuentra mucho más lejos que 13.400 millones de años luz de distancia; de hecho, los astrónomos creen que está a 32.000 millones de años luz de la Tierra. Entonces, es engañoso pensar que la edad del universo (en años) también representa su tamaño (en años luz). Pero podemos ir incluso más lejos que eso.

Podemos detectar algunos fotones que se formaron antes que cualquier otra estrella o galaxia. Estos primeros fotones provienen del llamado fondo cósmico de microondas (CMBR), una débil radiación de fondo cósmico que llena todo el espacio. Esta es la radiación electromagnética más antigua conocida y, por lo que sabemos, es lo más antiguo que podemos detectar.

Algunas de nuestras estimaciones más precisas del CMBR provienen de la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP), que, junto con otras estimaciones, descubrió que los fotones observables más lejanos provienen de 46.500 millones de años luz de distancia. Esto significaría que nuestro universo observable tiene, como mínimo, 93 mil millones de años luz de diámetro (46,5 en ambas direcciones).

No tenemos idea de dónde estamos en relación con el universo en general, pero no hay razón para creer que ocupamos una posición especial. En cualquier caso, se estima que el universo observable tiene unos 93.000 millones de años luz. Pero, ¿qué hay fuera de nuestro universo observable?

Envuelve tu cabeza alrededor de esto

La respuesta contundente es que realmente no lo sabemos. No podemos observar nada fuera del universo observable (¡doh!), por lo que no podemos estar seguros, pero eso no significa que no podamos hacer suposiciones.

Existen diferentes estudios que intentan calcular el tamaño real del universo. Por ejemplo, una estimación estadística realizada por investigadores de Oxford encontró que el universo podría ser 251 veces más grande que el universo observable, lo que lo ubicaría en 23,343 años luz de diámetro. Aun así, eso está en el lado conservador, un estudio informa que el universo es megaparsecs de ancho, siendo un megaparsec 3,26 millones de años luz. Ese es un número tan grande que la unidad de medida ni siquiera cuenta. Ya sea que lo expreses en metros, años luz o megaparsecs, lo diferente se pierde en los dígitos finales.

La estructura del Universo no parece repetirse de manera significativa. Por lo que sabemos, podría muy bien ser infinito.

Si el universo fuera a ser así de grande, incluso si no es técnicamente infinito, aún podría ser prácticamente infinito, nada desde nuestra ubicación podría alcanzar su borde o viceversa. ¡Pero se vuelve aún más extraño!

Recuerde, vivimos en un universo en expansión, lo sabemos por Hubble. Pero el Hubble estaba equivocado en sus mediciones iniciales: estudios recientes han convergido en una tasa de expansión de alrededor de 70/km/megapársec. Entonces, si algo está a un megaparsec de distancia, se está alejando a una velocidad de 70 km/s. Si son 2 megaparsecs, retrocede a 140 km/s, a 3 megaparsecs son 210 km/s, y así sucesivamente.

Hagamos una gran simplificación: el universo observable está a 93 mil millones de años luz a lo largo de 28.500 megaparsecs. Esto significaría que los puntos que están más alejados se están alejando a una velocidad de unos 2.000.000 km/s, ¡casi 10 veces más que la velocidad de la luz! Pero la teoría de la relatividad especial nos dice que nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz, entonces, ¿qué da?

Bueno, técnicamente, el universo no se mueve . No es como si algo se moviera a 2 millones de km/s, el espacio mismo se expande a esa velocidad. La relatividad general hace un mejor trabajo al lidiar con este tipo de enigmas, pero incluso la relatividad general es, en cierto sentido, una ley local que se limita a nuestro universo. No tenemos idea de lo que está pasando fuera del universo, si tal exterior existe, o si tiene sentido.

Además, observe que la tasa de expansión no es una velocidad: es una velocidad por distancia. Entonces, mientras los objetos cósmicos se alejan unos de otros, no se alejan unos de otros. Pero si intentaras llegar a estos lugares lejanos, tendrías que viajar más rápido que la velocidad de la luz, lo cual es imposible (según nuestro conocimiento). Incluso se puede calcular que los objetos a más de 4.740 megaparsecs se alejan a una velocidad superior a la de la luz y, por lo tanto, nunca podrían alcanzarse entre sí. Las galaxias más cercanas aún emiten luz que puede alcanzarnos. Por supuesto, todo esto se basa en la suposición de que el universo continuará expandiéndose, lo que puede ser cierto o no. El universo podría dejar de expandirse y comenzar a colapsar sobre sí mismo por lo que sabemos, o podría expandirse cada vez más rápido para siempre.

Entonces, incluso si el universo no es teóricamente infinito, desde un punto práctico es muy probable que lo sea. Pero eso todavía no responde realmente a la pregunta, ¿verdad?

¡Al infinito y más allá!

El universo puede ser infinito, pero solo podemos analizar una parte finita de él (la parte en la que la luz ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros). Por lo que podemos ver, hay galaxias en todas las direcciones sin signos de desaceleración. En pocas palabras, no hemos visto ninguna señal de un borde del universo.

La paradoja de Olber dice que si el universo se extiende infinitamente, no importa hacia dónde mires, eventualmente caerás en la dirección de una estrella, por lo que el cielo nocturno se iluminará por completo. Como esto no sucede, entonces el universo no puede ser infinito. Sin embargo, la paradoja de Olber podría explicarse por el hecho de que algunos objetos están simplemente demasiado lejos para que su luz nos alcance, o simplemente hay demasiado polvo en el universo que oscurece nuestra vista. También podría ser que las estrellas no se distribuyan en direcciones aleatorias, sino que adopten una distribución fractal, por lo que la paradoja de Olber no hace tanto en última instancia para refutar un universo infinito.

Otro argumento que intenta desacreditar un universo infinito es que durante el Big Bang, el universo se condensó en un punto infinitesimal, entonces, ¿cómo puede algo infinito derivar de algo finito?

Esto, sin embargo, se basa en una suposición incorrecta: el Big Bang no fue una erupción en el espacio, fue una erupción del espacio. Antes no existía el espacio, por lo que algo no podía ser grande o pequeño. Era un punto de energía infinita, que de nuevo, no aclara mucho si el universo puede ser infinito o no.

Abordemos las cosas de otra manera: si el universo se está expandiendo, ¿ en qué se está expandiendo? Bueno, por lo que podemos decir, no es que el universo se esté expandiendo hacia algo que el espacio mismo se esté expandiendo. En otras palabras, no es como si el borde del universo siempre se moviera hacia adelante, sino más bien como si todos los puntos del universo se estuvieran separando. Piense en ello como pasas en una masa: lo pone en el horno, y todas las pasas se separan por la expansión de la masa. Pero aún así, si el universo es finito, entonces probablemente tenga un borde y un exterior de cómo serían esas cosas, sin embargo, realmente no lo sabemos.

Aquí hay otra pregunta intrigante: si el universo es realmente infinito, ¿eso significa que hay un número infinito de ustedes por ahí? ¿Hay diferentes variaciones de ti, como una en la que tienes orejas de gato y otra en la que eres inmortal? Eso muy bien puede suceder, sorprendentemente, pero no es tan simple.

Las probabilidades de que alguien sea exactamente igual a ti son infinitesimales desde un punto de vista cósmico, las probabilidades son tan pequeñas que son esencialmente 0. Si el universo es infinito, entonces las probabilidades de un nuevo tú son básicamente infinitas veces cero, un tipo de problema que ha obsesionado a los matemáticos. por siglos.

0 = ?

Para los menos matemáticos, este es un tipo de problema indeterminado: por un lado, la respuesta debería ser 0, porque todo multiplicado por cero es cero. Pero por otro lado, la respuesta debería ser infinito, porque todo multiplicado por infinito es infinito. La respuesta se basa en cuán cero es realmente ese cero y cuán infinito es realmente ese infinito. En nuestro caso práctico, no sabemos cuán infinitesimales son las probabilidades de evolucionar una forma de vida específica, por lo que el problema permanece indeterminado. Podrías ser el único tú, o podría haber un número infinito de variaciones, también es posible que haya un número finito de ti, lo que lo hace aún más extraño.

dibujando la línea

Probablemente te hayas dado cuenta de que hay muchos si , tal vez , y no sabemos en esta conversación. Así es como están las cosas en este momento, todavía estaban empezando a arañar la superficie de las verdades cósmicas.

No hay una respuesta clara sobre si el universo es infinito o no, pero en este caso, la recompensa está en el viaje, no en el destino.

Lo único que sabemos es que el universo es grande . Es un lugar grande y misterioso, igualmente maravilloso y aterrador. El hecho de que nosotros, los resultados del polvo de estrellas y las fuerzas físicas, estemos tratando de comprender su naturaleza es igualmente maravilloso e igualmente aterrador.

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