Cuando el tiempo se funde con el espacio

Una de los conceptos m¨¢s relevantes para los astrof¨ªsicos que se ocupan de estudiar el origen, evoluci¨®n y destino del universo, los cosm¨®logos, es que las diferencias entre el tiempo y el espacio se difuminan o, dicho de otra manera, las distancias se ¡°transforman¡± en tiempos y viceversa. Presentamos aqu¨ª algunas consideraciones b¨¢sicas sobre lo que se conoce como espacio-tiempo y la cosmolog¨ªa.

La informaci¨®n se transmite por medio de ondas. La onda ac¨²stica creada por el despertador a las 07:00 nos informa de que hay que levantarse cuando llega a nuestros o¨ªdos unas decenas de microsegundos despu¨¦s, el sonido es r¨¢pido para los pocos cent¨ªmetros que nos separan de la mesilla. A escalas cosmol¨®gicas nos enteramos de qu¨¦ pas¨® en alg¨²n otro lugar del universo con ondas electromagn¨¦ticas, es decir, por medio de la luz, aunque ahora sabemos que tambi¨¦n podemos usar ondas gravitatorias, para las cuales lamentablemente nuestros telescopios son a¨²n bastante ¡°rudimentarios¡± (pese a estar al l¨ªmite de nuestra tecnolog¨ªa y costar cientos de millones de euros). Ambos tipos de ondas viajan a una velocidad extremadamente alta para lo que estamos acostumbrados, pero finita. Lo m¨¢s r¨¢pido construido por el hombre alcanza una velocidad de 70 km/s (?252.000 km/h!), pero la luz es m¨¢s de 4.000 veces m¨¢s r¨¢pida. Aun as¨ª, las distancias entre astros son tan grandes que incluso algo tan r¨¢pido como la luz tarda demasiado, para las escalas de tiempo humanas, en llegar de un sitio a otro.

Cuando observamos la estrella Polar estamos viendo c¨®mo era hace unos 400 a?os, ya que ese es el tiempo que tarda la luz en viajar desde dicha estrella hasta nosotros. Los fotones fueron emitidos cuando Galileo observaba por vez primera las lunas de J¨²piter y las fases de Venus

Tal es el caso que cuando observamos la estrella Polar estamos viendo c¨®mo era hace unos 400 a?os, ya que ese es el tiempo que tarda la luz en viajar desde dicha estrella hasta nosotros. Los fotones fueron emitidos cuando Galileo observaba por vez primera las lunas de J¨²piter y las fases de Venus, usando un reciente invento de la ¨¦poca, el telescopio.

Si se encuentran en el hemisferio Sur y son capaces de ver las Nubes de Magallanes estar¨¢n viendo esas galaxias, de las m¨¢s cercanas a nosotros, tal y como eran hace 160.000 a?os. Es decir, su luz fue emitida en la ¨¦poca en la que nuestros ancestros empezaban a usar ropa.

La galaxia espiral Andr¨®meda, nuestra gemela ah¨ª al lado, est¨¢ situada a 2.5 millones de a?os luz, as¨ª que lo que vemos ahora ocurriendo en ella (explosiones de supernova, estrellas moribundas,...) sucedi¨® cuando en la Tierra estaba en una ¨¦poca glaciar y no exist¨ªa la especie humana, sino los australopitecos.

Aunque las distancias sean muy grandes para las escalas de tiempo que dieron forma a la humanidad, para los astrof¨ªsicos son tan peque?as que las consideramos inexistentes

Sin embargo, aunque todas estas distancias sean muy grandes para las escalas de tiempo que dieron forma a la humanidad, para los astrof¨ªsicos son tan peque?as que las consideramos inexistentes. Andr¨®meda y galaxias cientos de veces m¨¢s lejanas viven, desde nuestro punto de vista, en el ¡°universo local¡¯¡±, el espacio-tiempo correspondiente al aqu¨ª y ahora, y su evoluci¨®n es pr¨¢cticamente nula en esas escalas de tiempo mencionadas.

Movi¨¦ndonos a los confines del universo conocido, los fotones capturados por el Hubble en 2016 de la galaxia m¨¢s lejana jam¨¢s observada, GN-z11, hab¨ªan viajado 13.3 miles de millones de a?os desde que fueron emitidos, m¨¢s o menos cuando el universo ten¨ªa 400 millones de a?os y estaba en su infancia. Por analog¨ªa, ser¨ªa como ver el pasado de una persona (en este caso, el universo) de 80 a?os cuando ten¨ªa 2.5 a?os. Pero en realidad no habr¨ªa que llamarlo pasado, deber¨ªamos decir que esa galaxia existe en el ¡°ahora espacio-temporal¡±.

Con estos ejemplos queremos demostrar la grandiosidad del cosmos y de sus propiedades f¨ªsicas. Gracias a una de esas propiedades f¨ªsicas, la velocidad limitada de la luz, distancia (espacio) y tiempo se confunden, el hablar de una implica el otro. Pero hay otra propiedad f¨ªsica del universo, menos conocida y, ?por qu¨¦ no decirlo?, nunca demostrada y sin embargo nunca invalidada por ninguna observaci¨®n, m¨¢s bien lo contrario, que tiene implicaciones sobre el comportamiento del espacio-tiempo. Es el llamado Principio Cosmol¨®gico, que es lo que se conoce como un axioma, una afirmaci¨®n b¨¢sica que no se demuestra (lo cual no significa que sea cierta, pero se da por buena hasta que algo la invalida), y de la que parte toda una teor¨ªa, en este caso la cosmolog¨ªa moderna.

Para explicar este principio consideramos qu¨¦ est¨¢ pasando en este mismo segundo en los astros mencionados antes. No podemos saberlo, se dice que no estamos en el mismo punto del espacio-tiempo o que ¡°no estamos conectados¡± porque a la luz que nos dar¨ªa informaci¨®n de qu¨¦ pasa all¨ª no le ha dado tiempo a llegar hasta nosotros. No lo sabremos, no viviremos en el mismo punto del espacio-tiempo, hasta dentro de 400 a?os en el caso de la Estrella Polar y dentro de unos 45.000 millones de a?os en el caso de GN-z11 (no, no coincide con el n¨²mero dado arriba, ya lo explicaremos en otro momento) si el universo dejara de expandirse hoy, y no tiene pinta.

Aunque lo que est¨¢ pasando en GN-z11 ahora mismo no podemos saberlo, ni ellos lo que nos est¨¢ pasando ahora mismo en la Tierra, las leyes y propiedades f¨ªsicas en esa zona/tiempo del universo, totalmente aislada (no conectada) de nosotros, son exactamente iguales que en nuestra regi¨®n/¨¦poca. All¨¢ donde miremos, hacia cualquier lado, en cualquier lugar-momento del espacio-tiempo, el universo evoluciona de igual manera (estad¨ªsticamente hablando): alrededor de lo que en este instante sea GN-z11 hay aproximadamente el mismo n¨²mero de galaxias por unidad de volumen, la misma densidad media de materia, la misma composici¨®n qu¨ªmica, el mismo n¨²mero de planetas terrestres a una distancia adecuada de su estrella tipo solar para tener agua l¨ªquida,... (y no ir¨¦ m¨¢s all¨¢ en esta lista) que lo que vemos a nuestro alrededor. Y nuestro entorno hace 13.3 miles de millones de a?os era muy parecido al de GN-z11. Quiz¨¢s esta noche alguien que viva en lo que se haya convertido GN-z11, una galaxia el¨ªptica seguramente, estar¨¢ viendo directamente c¨®mo era lo que existiera de la V¨ªa L¨¢ctea hace 13.3 mil millones de a?os. Es lo que nos dice el Principio Cosmol¨®gico.

Pero si una zona del universo no sabe de otra en el mismo instante, si no hay intercambio instant¨¢neo de informaci¨®n, ?c¨®mo puede ser que sean iguales, que compartan propiedades?, ?por qu¨¦ las leyes de la f¨ªsica son universales?, ?c¨®mo ¡°sabe¡± una parte del universo que no est¨¢ conectada con nosotros qu¨¦ propiedades ¡°debe¡± tener (las mismas que nosotros)? La cosmolog¨ªa nos responde a esta pregunta, y en la respuesta aparecen otras muchas preguntas y teor¨ªas que comprobar, incluso axiomas como el Principio Antr¨®pico, pero ya es mucho para un solo post.

Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA).

Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre "vac¨ªo c¨®smico" hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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