Hace 100 años, Edwin Hubble y su compinche el mulero Milton Humason, descubrieron que el universo se estaba expandiendo. Las implicaciones de este hallazgo fueron vastas y extraordinarias para la ciencia. Entre otras cosas, las ecuaciones de la Relatividad General preveían esa posibilidad, de manera que los físicos finalmente podían escribir una "ecuación de movimiento del universo", algo con lo que habían soñado durante siglos.
Como el universo se está expandiendo, entonces en el pasado era más chico. Y, en el pasado remoto, mucho más chico, muy denso y caliente. Ese estado, a partir del cual se expandió el universo, se conoce popularmente como Big Bang, aunque naturalmente no se trata de una explosión. En una época temprana, muy caliente, el universo estuvo lleno de materia en forma de plasma y radiación de cuerpo negro (como si fuera el interior de una estrella). Al expandirse y enfriarse, en algún momento la temperatura bajó lo suficiente como para permitir la formación de átomos neutros, un evento que los cosmólogos llaman “recombinación” (no sé por qué re-). La radiación que llenaba el universo en ese momento empezó a viajar libremente y sigue existiendo, y hoy la observamos como un resplandor de microondas que llega uniformemente de todas partes del cielo.
Cuando uno piensa en ese universo primigenio, naturalmente, imagina que era mucho más chiquito que el actual. Sorprendentemente, en el momento de la emisión del fondo cósmico de microondas, no era taaaan chiquito. El fondo cósmico de microondas corresponde a una temperatura de unos 3 K (kelvins, no digan "grados kelvin"). Cuando se emitió, estaba a la temperatura de la superficie de una estrella, ponele 3000 K. Las longitudes de onda correspondientes son inversamente proporcionales a la temperatura (algo que se llama ley de Wien). O sea que la longitud de onda se estiró un factor 3000 ÷ 3 = 1000. Es decir, el universo era 1000 veces más chico. Si hoy es una esfera de 46 mil millones de años luz de radio, al terminar el Big Bang caliente tenía un radio 1000 veces más chico, o sea 46 millones de años luz. Todo el universo entraba de acá al cúmulo de Virgo. Chico, pero no tan chico. Pero antes, seguro, era todavía más chico. ¡En algún momento debe haber tenido el tamaño de una pelota de fútbol!
¿En qué momento el universo tuvo el tamaño de mi globo del fondo cósmico del microondas, que es como una pelota de fútbol? El factor de escala, en este caso, es muchísimo más pequeño. Podemos calcularlo, y es:
22 cm ÷ 90 G años luz = 2 × 10-28
o sea que el universo era 500 000 000 000 000 000 000 000 000 de veces más pequeño que ahora. (Quinientos cuatrillones castellanos, por si quieren pronunciarlo, pero en palabras no dice más que el número.)
Ese sí es un universo muy chiquito, y por lo tanto muy temprano. ¿Cuándo fue? Para un tiempo tan temprano, los detalles dependen del modelo cosmológico que se use para hacer el cálculo, pero nos da más o menos unos
0.000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 1 segundos,
así que estamos en plena era de la inflación cósmica. ¿Y acaso no somos los campeones de la inflación, eh?
¡Muchaaaachos!
La última imagen es una composición que incluye las galaxias del cúmulo de Virgo con un verdadero par de galaxias que han chocado (Arp 147), y que dibujan un 10 en la constelación de la Ballena.
Hola Guillermo! Donde conseguiste esa pelota del fondo cósmico de microondas? Esta buenisima, quiero una! :) Me encantó la nota!!
ResponderEliminarHola, Alejandro. Gracias. Se lo compré a un fabricante de globos artesanales buenísimo, que descubrí en Facebook. Hace años que no publica. Su página web es Cartografía personal. Si tuviera más lugar en casa le compraría uno de cada mundo del sistema solar. Le mandé el jpg de Planck y me lo hizo.
EliminarGracias por el dato Guillermo. Están buenísimas las cosas que hace. Seguramente le pida que me haga uno. =) Saludos!
EliminarHola, en una parte dice " al terminar el Big Bang caliente tenía un radio 1000 veces más chico, o sea 46 millones de kilómetros. ", y supongo serán años luz. Gracias por el Blog. Saludos
ResponderEliminarAsí es. Gracias. Corregido.
EliminarHola Guillermo. Vos decis que el universo es "hoy es una esfera de 46 mil millones de años luz de radio" y parece razonable que se trate de una esfera. Ahora bien, en una respuesta a un comentario el 29/08/2015 pusiste "el globo se curva y se cierra sobre sí mismo, mientras que el universo es plano. Imaginate la superficie del globo extendida en una membrana plana, dilatándose". No recordaba haber leído ésto y ahora me sorprende. Podrías aclararme por favor?
ResponderEliminarLa superficie del globo se curva en una tercera dimensión, una dimensión adicional a la de la analogía con el universo. El espacio-tiempo no se curva en una quinta dimensión, o mejor dicho, no necesita hacerlo. La curvatura es un concepto local, de las propiedades métricas en el espacio mismo, y que dice esencialmente que no vale el teorema de Pitágoras localmente, en cada punto. Por eso la imagen polular de curvatura del espacio de una sábana con una bola de bowling que la curva hacia abajo no es una analogía del todo buena. Hay mejores representaciones, que cuando las ves se entiende mejor que la curvatura no necesita una dimensión adicional. En Wikipedia hay una mejor representación: https://en.wikipedia.org/wiki/File:General_relativity_time_and_space_distortion_extract.gif
EliminarOtra pregunta Guillermo: Aquí decís "radio" del universo y en otro post (20/08/2022) leo "diámetro"...De paso, me parece que alguna vez explicaste el cálculo que lleva a ese número pero no lo encuentro. Lo podrías recordar? Gracias
ResponderEliminarHola, Martín. Es radio, voy a corregir el otro post. Es la "distancia comóvil" de las partículas que emitieron los fotones del fondo cósmico de microondas a la Tierra. Así que el "universo visible" es una esfera de ese radio.
EliminarLa distancia comóvil sa calcula usando el factor de escala del universo, que no es constante en el tiempo, así que hay que hacer una integral en el tiempo. No es complicado, pero creo que nunca lo mostré, en general no muestro este tipo de cálculos. Pero acabo de hacerlo en una bolsa de chipás de manera aproximada, a ver si me daba, y me dio 42 mil millones de años luz, rebien. Hay que calcular la integral entre el t_emisión y t_observación de c por dt'/a(t'), donde c es la velocidad de la luz y a(t) es el factor de escala. Para hacer una aproximación razonable, podemos integrar entre 0 y 13800 millones de años (ya que la emisión del fondo cósmico fue casi al principio), y para a(t) podemos usar una de las soluciones cosmológicas clásicas de la ecuación de Friedman, en particular para un universo dominado por materia (ya que el universo dominado por radiación dura solo los primeros 50 mil años, y el universo dominado por energía oscura todavía está en el futuro). En este caso, a(t) = t^(2/3). La integral da 3 c t^(1/3), y poniendo c = 3E8 m/s, t=13.8E9 años, año ~ pi 10^7 s, da 3.9E26 m, unos 42E9 años luz. Rebien. Te mando por whatsapp foto del papelito.
OK. Muchas gracias
EliminarMi n´mero: 02901501888
EliminarHola Guillermo. Otra consulta. Releyendo el libro Cosmología, de Alejandro Gangui; me encontré con que la inversa de la constante de Hubble nos dice, aproximadamente, la edad del universo. Bueno, hice el cálculo para H=70 km/seg Mpsec y me dio 13.900 millones de años y, claro, quedé muy contento. Ahora, te pregunto, así como H representa la velocidad a la que se alejan entre sí dos galaxias separadas a un distancia de 1 Mpsc, ¿cuál sería, en palabras, el concepto físico o interpretación que tiene su inversa, tal que conduce a estimar la edad del universo?
EliminarEs el tiempo que tardaron, desde que se formaron en regiones muy próximas al comienzo del universo, hasta encontrarse a la distancia actual. Esa es la estimación más cruda, que corresponde a suponer que la velocidad de expansión es constante. La aproximación siguiente viene de resolver la ecuación de Friedmann en su modelo más sencillo (lo que se llama un universo de Einstein-de Sitter), y da 2/3 de ese tiempo, llamado "de Hubble". El valor más exacto que tenemos, 13800 millones de años, viene del modelo completo, llamado LambdaCDM. Es decir, la edad del universo no se mide: se calcula.
EliminarOK. Gracias!
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