Cómo de grande es el Universo y por qué podría estar hecho de píxeles
Jorge Cham y Daniel Whiteson explican en su libro «No tenemos ni idea: una guía para el Universo desconocido» muchas preguntas básicas sobre el espacio, el tiempo y los misterios que se esconden tras las estrellas.
Si la contaminación lumínica de las ciudades se lo permite, cada noche puede ver un espectáculo inigualable. Una negrura profunda situada detrás de los innumerables puntos de luz de las estrellas más cercanas a la Tierra y, con mucha suerte, un brillo lechoso y sutil procedente de las miles de millones de estrellas de la Vía Láctea. Casi toda la luz que ve ha viajado años y siglos hasta llegar a usted. Pero en esos espacios negros que observa hay un profundo vacío habitado por miles de millones de galaxias situadas mucho, mucho más allá, y que sus ojos no pueden percibir.
Pero, ¿alguna vez se ha preguntado hasta dónde llega todo?¿Por qué vivimos en un lugar tan inconmensurable, con tantos y tantos planetas, estrellas y galaxias? ¿Hay algo al otro lado de todo eso, o más bien el espacio es infinito? Jorge Cham y Daniel Whiteson reconocen que nadie lo sabe en su libro «No tenemos ni idea: una guía para el Universo desconocido» (editorial Capitán Swing). Gracias a unas explicaciones muy amenas y divertidas y un montón de ilustraciones graciosas, podrá aprender lo poco que sabemos sobre las preguntas más esenciales del Universo. Cosas como de qué están hechas las cosas, qué son en realidad el tiempo y el espacio, por qué no se puede viajar más rápido que la luz (casi nunca) o por qué existen cosas como la materia y la energía oscuras.
Una de las preguntas que cualquiera se puede hacer mirando el cielo es cómo de grande es el Universo. Hasta dónde llega, si es que tiene un límite, y que hay más allá, si es que eso tiene sentido. Y si no, ¿es que el Universo es infinito? Aceptar eso implica que cualquier cosa que tenga alguna probabilidad de ocurrir ocurrirá, y que lo hará un número infinito de veces. ¿Estará poblado el Universo por infinitos planetas de color fluorescente habitados por infinitos dragones azules?
Lo que sabemos es que «el Universo es increíblemente grande y está, básicamente, vacío», escriben Cham y Whiteson. «Si las estrellas estuvieran más próximas entre sí, el cielo nocturno sería mucho más brillante. Si las estrellas estuvieran más alejadas unas de otras, el cielo nocturno sería oscuro y deprimente». En este sentido, le recomendamos que lea este artículo sobre lo inmensamente grande que es el Sistema Solar y lo separados que están sus planetas.
¿Por qué el Universo tiene estructura?
De acuerdo, todo está vacío y separado, pero resulta que también está estructurado, fundamentalmente por la gravedad, en enormes «grumos» de estrellas, en grupos de gigantescas galaxias y en familias de grupos de galaxias. «La estructura del Universo es muy jerárquica: las lunas orbitan planetas, los planetas orbitan estrellas, las estrellas orbitan el centro de las galaxias, las galaxias se mueven alrededor del centro de sus cúmulos y los cúmulos giran alrededor de los centros de los súpercumulos», escriben los autores de «No tenemos ni idea».
Curiosamente, estos súpercumulos parecen ser, de momento, la mayor estructura existente en el Universo: forman láminas y filamentos de cientos de millones de años luz de largo y decenas de millones de años luz de ancho (recordemos que el Sol está a 8,3 minutos luz de la Tierra, que el Sistema Solar tiene un radio de aproximadamente un año luz y que la Vía Láctea mide 100.000 a 300.000 años luz). ¿Por qué no hay cosas más grandes? ¿Por qué no solo existe una súper galaxia o un súper Sistema Solar? ¿Por qué hay una estructura tan complicada y no somos solo una sopa de átomos?
De grumos a galaxias
A lo largo de varias páginas, Jorge Cham y Daniel Whiteson explican por qué. Básicamente, se cree que la causa es que en un Universo muy joven aparecieron unas fluctuaciones, fruto de la aleatoriedad de la mecánica cuántica, que hicieron que no fuera homogéneo. Estas arrugas se expandieron por doquier, durante la etapa de inflación, y después permitieron que la masa se concentrara en ciertos puntos y no en otros. Estos grumos de masa fueron creciendo y creciendo, y se convirtieron en las semillas de las galaxias, que a su vez permitieron la génesis de las estrellas y los planetas. ¡Puede parecer increíble, pero todo esto tiene base científica! La llamada radiación de fondo de microondas, por ejemplo, un eco de energía que muestra cómo era el Universo hace mucho tiempo, tiene pequeñas ondulaciones que concuerdan con estas flucutaciones cuánticas tan relevantes.
Después, la gravedad se salió con las suya. Formó planetas y en algunos de ellos logró crear núcleos fundidos por la presión. Comprimió tanto el gas de las estrellas, que permitió que estas estallaran por medio de la fusión nuclear sin acabar despedazadas. La mayor parte da gravedad, sin embargo, está asociada con la materia oscura y la atracción que mantiene unidas las galaxias, a pesar de que sus estrellas giren a velocidades de vértigo (el Sistema Solar gira a una pasmosa velocidad de 828.000 kilómetros por hora, en relación con la galaxia).
Pero, ¿qué es el espacio?
Ahora que ya entendemos que las fluctuaciones cuánticas, en un origen, y la gravedad, después, permitieron que apareciera la estructura del Universo, solo nos falta entender hasta dónde llega. Fácil, ¿no?
Para poder contestar a esta pregunta conviene tener en cuenta algo que puede resultar muy chocante: el espacio es una cosa. Si le piden que se imagine el espacio, quizás se imaginará un hueco, un cubo transparente o blanco situado entre varios puntos de referencia u objetos, o bien como una especie de escenario vacío, una ausencia de cosas, en la que, paradójicamente, ocurren cosas. «Si sigues con este razonamiento, resulta que el espacio es algo que puede existir por sí mismo, sin que haya materia que lo llene», escriben Cham y Whiteson.
Fotografía de Andrómeda, una entre cientos de miles de millones de galaxias / S. Ozime
Sin embargo, también pudiera ser que el espacio fuera algo que no pudiera existir sin materia, que no fuera otra cosa que la relación entre la materia. «Según esta perspectiva, no puedes tener “espacio vacío”, porque la idea del espacio que está más allá del último fragmento de materia no tiene sentido. Por ejemplo, no puedes medir la distancia entre dos partículas si no tienes ninguna partícula». Es decir, el concepto de espacio desaparecería si no hubiera partículas que lo definieran.
La mayoría de los físicos consideran que ninguna de estas explicaciones es cierta. El espacio no es ni un vacío que exista por sí solo ni una relación entre la materia. Es una cosa física que se deforma, se ondula y se expande, tiene propiedades y comportamientos, y reacciona a la masa y la energía que hay en el Universo, tal como poco a poco los científicos van descubriendo. Por el momento, se ha averiguado que su curvatura es casi inexistente, es prácticamente plano, porque existe la cantidad exacta de materia para que así sea, por término medio alrededor de cinco átomos de hidrógeno (el elemento más abundante y básico del Universo) por centímetro cúbico de espacio.
¿Tiene píxeles el Universo?
Además, cabría preguntarse si el espacio está hecho de trocitos individuales de espacio, como los píxeles de una pantalla de televisión, o bien si es un continuo, infinitamente uniforme hasta la mínima escala. ¿Hay un número infinito de lugares en los que una partícula pueda estar entre dos puntos del espacio? ¿O hay un número limitado de posiciones?
No tenemos ni idea. Los científicos saben que todo, la materia, la energía, las fuerzas, está cuantizado, experimenta saltos discretos. Además, se sospecha que existe una distancia mínima entre dos cosas, a partir de la cual la ubicación, por ejemplo, de una partícula, no está determinada: por debajo de esa distancia no existe información sobre su ubicación. Esta separación es la distancia de Planck (h), y equivale a 10^-35 metros. Es muy posible que este número sea un cálculo aproximado del tamaño de los píxeles que forman el espacio.
Fotograma de la película «Pixels». ¿Puede estar una persona en un número ilimitado de posiciones entre dos puntos o, solo hay un número concreto de opciones?
Si así fuera, «el espacio es una red de nodos conectados, como las estaciones de metro». Eso que llamamos espacio no será, entonces, «más que las relaciones entre los nodos, y todas las partículas del Universo serían simplemente propiedades de este espacio, más que elementos que están en él», según los autores del libro. De hecho, la teoría de partículas actual se basa en la existencia de campos cuánticos llenando el espacio. «Un campo significa, sencillamente, que hay un número o un valor asociado con cada punto de ese espacio. Según esta idea, las partículas solo son estados excitados de estos campos».
¿Qué tamaño tiene el Universo, entonces?
Ahora que sabemos un poco mejor, o quizás más bien al contrario, qué es el espacio, es cuando se puede responder a la pregunta de cuán extenso es el Universo. ¿Por qué? Porque ahora cobra sentido algo que ocurrió durante la era de la inflación, durante los instantes posteriores al Big Bang: el espacio se expandió más rápido que la velocidad de la luz.
Por eso, el tamaño del Universo es mucho más que la velocidad de la luz multiplicada por la edad de todo, 13.800 millones de años. Gracias a la expansión del espacio, podemos ver cosas que solían estar más cerca de nosotros de lo que están ahora. ¿Hasta cuándo? Hasta una distancia de 46.500 millones de años luz. Esto es todo el Universo que podemos ver hoy.
Pero lo cierto es que el Universo se está expandiendo todavía hoy a gran velocidad, de forma que, minuto a minuto, es más voluminoso. Las cosas se alejan de nosotros a la vez que el propio espacio se expande. Y, de hecho, hay objetos cuya distancia respecto a nosotros aumenta tan rápidamente que la luz que emiten jamás nos alcanzará. «En otras palabras, es posible que el Universo observable jamás alcance al resto del Universo, y nunca veremos en toda su extensión las cosas que hay ahí fuera», escriben los autores de «No tenemos ni idea».
Por tanto, lo más probable es que nunca sepamos hasta dónde se extiende el Universo.
¿Es el Universo infinito?
Pero, aparte de esto, existen varias conjeturas. Como escriben Cham y Whiteson, algunos han propuesto que «el espacio mismo –esa cosaque se dobla y retuerce– es finito: se curva sobre sí mismo de tal modo que si viajas en una dirección terminarás llegando al punto del que saliste». Si la edad del Universo fuera suficiente (de forma que la frontera de lo observable avanzase lo suficiente), en el cielo aparecerían varias veces los mismos objetos.
También podría ser que el Universo fuera infinito y tuviera cantidades infinitas de materia y de energía. ¿Por qué no? El concepto es difícil de aceptar, pero, ¿no lo es también aceptar la existencia de cientos de miles de millones de galaxias? ¿No nos costará aceptarlo porque el Universo es la única cosa infinita que podemos observar? En este escenario, ocurre que todo lo que puede suceder, con cierta probabilidad, sucederá. ¡Tanto que sucederá infinitas veces! Pero, para que un Universo infinito encaje con lo que vemos, tiene que darse una circunstancia: que el Big Bang hubiera ocurrido al mismo tiempo en todos lados… ¡Bang!
Quizás la próxima vez que mire al cielo nocturno vea las cosas de otro modo.
