Si hay una ley absoluta en el universo, es que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz.
Para los entusiastas de la ciencia ficción, eso es un poco deprimente. El espacio es grande, y aunque la velocidad de la luz es increíblemente rápida para los humanos, en escamas interestelares es glacialmente lenta. Incluso a una velocidad de fotón de aproximadamente 300,000 kilómetros por segundo, es un viaje de más de cuatro años para llegar a la estrella más cercana al sol.
Pero tenemos que tener cuidado de cómo declaramos esta ley universal. Para ser más específico, nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz a través del espacio. Eso puede parecer un nitpick, pero resulta tener una importancia literalmente cósmica.
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Para ver por qué, tenemos que mirar el comportamiento del universo en sí. Una de las cosas más importantes que hace el universo es expandirse. Se está haciendo más grande todos los días. Las observaciones fundamentales para esto, que se hicieron hace más de un siglo, mostraron que las galaxias distantes parecían estar retrocediendo de nosotros, no solo eso, sino que más lejos se movían más rápido.
Eso es lo que hace una explosión: en algún momento después de la explosión, el material de movimiento más rápido estará más lejos. De aquí es de donde proviene la idea del modelo Big Bang para el origen del universo.
La expansión cósmica se puede medir como una velocidad, lo que significa que a una distancia dada de nosotros, una galaxia se alejará de nosotros a una velocidad dada. A una distancia diferente, una galaxia se moverá a una velocidad diferente. Medimos esto como una tasa de expansión llamada constante del Hubble. Nuestras mejores medidas de esto dan un valor de aproximadamente 70 kilómetros por segundo por megaparsec. En otras palabras, un Galaxy One Megaparsec de nosotros (alrededor de 3.26 millones de años luz) retomará a 70 km/seg. Una galaxia a dos megaparsecs de distancia se moverá el doble de rápido, o a 140 km/seg, y así sucesivamente.
Sin embargo, extrapolar esto nos pone en problemas: no es difícil ver que a cierta distancia de nosotros, la velocidad de recesión sea igual a la velocidad de la luz. Si ejecuta los números, solo usando la velocidad de la luz dividida por la constante del Hubble, encuentra que la distancia es de aproximadamente 14 mil millones de años luz. Esa distancia se llama la esfera del Hubble, y cualquier cosa más lejos de lo que estaría, desde nuestra perspectiva, moviendo más rápido que la luz.
Aquí es donde las cosas se ponen raras. (“Oh, sí, aquí es donde sucede”, espero que estés pensando). El universo es bastante más grande que eso. Sabemos que el Cosmos nació hace unos 13.8 mil millones de años. Por unos pocos cientos de millones de años después, se habían formado galaxias. Cuando vemos la luz de una galaxia lejana, se toma, digamos, 12 mil millones de años llegar a nosotros, pero durante ese tiempo, el universo se ha expandido. Por lo tanto, la luz ha tenido que viajar mucho más lejos de 12 mil millones de años luz para llegar a nosotros. Para cuando la luz nos llega, esa galaxia está a más de 23 mil millones de años luz de distancia.
Eso significa que hay galaxias fuera de nuestra esfera del Hubble, ¡y se están alejando de nosotros más rápido que la velocidad de la luz! ¿Cómo es eso posible?
Y ahora volvemos a elegir nuestras palabras con cuidado. Sí, nada puede moverse por el espacio más rápido que la luz. Pero esas galaxias no se mueven por el espacio. Se están moviendo con eso.
Porque, para estrenar este punto, el espacio en sí mismo se está expandiendo, y eso lo cambia todo. El límite de velocidad final solo es importante para los objetos materiales, pero el espacio no está incluido en esa definición. Puede expandirse a la velocidad que quiera, y eso significa que a cierta distancia de nosotros se está expandiendo más rápido que la luz. Las galaxias, incrustadas en la tela del espacio, son barridas junto con ella, por lo que más allá de algún umbral, en este caso, el límite de la esfera del Hubble, se alejan de nosotros a velocidades superluminales.
Una analogía imperfecta: imagina un bote en el océano que puede moverse a través del agua a 20 km/hora. Si el bote se aleja de usted, así de que lo verá en movimiento. Pero ahora imagine que el bote se mueve a 30 km/hora de distancia de usted. Ahora mediría el bote que se mueve a 50 km/hora, a pesar de que la velocidad del bote en relación con el agua es solo 20. Para ser claros, esto es solo una analogía y no debe llevarse demasiado lejos. Pero ayuda a imaginar cómo funciona esto.
Entonces las galaxias pueden alejarse de nosotros más rápido que la luz. ¿Pero podemos verlos?
Ingenuamente, pensaría que la respuesta es no porque el espacio se está expandiendo demasiado rápido para que la luz nos alcance. Pero ese no es en realidad el caso. Imagine una galaxia a las afueras de nuestra esfera del Hubble. Lo vemos alejarse a la luz más rápido que la luz. Pero desde su punto de vista, la luz que emite puede alcanzar fácilmente el borde de nuestra esfera del Hubble después de un tiempo porque ese borde no está tan lejos de esa galaxia. Y una vez que esa luz pasa sobre esa distancia, ¡puede, por definición, comunicarse con nosotros! Esto significa que, de hecho, podemos ver galaxias fuera de esa distancia, a pesar de que esas galaxias retroceden más rápido que la luz. Por cierto, esto también significa que desde la perspectiva de las galaxias justo fuera de nuestra propia esfera del Hubble, la Vía Láctea se está alejando de ellas a velocidad superluminal. Así es: desde cierto punto de vista cósmico, estás rompiendo un límite de velocidad universal en este momento, incluso si estás sentado inmóvil en una silla.
¿Le duele la cabeza todavía? Sí, lo entiendo. Pero, de hecho, estoy siendo bastante gentil y ondulado a mano sobre esto porque todo es muy complejo. Para comprender verdaderamente, debe invocar la teoría general de la relatividad de Einstein, lo que complica enormemente las cosas. La física relativista describe todo esto muy bien, pero traducirlo a palabras es difícil. Es como tratar de describir una sinfonía solo con palabras; Puedes hablar sobre su volumen y tono, pero sin escuchar la música, esas palabras no pueden describirla realmente.
Me sorprende que muchas personas no solo entiendan las implicaciones de la relatividad general, sino que usen esa física en su vida cotidiana tratando de comprender el comportamiento del universo, un estudio llamado cosmología. Y es más maravilloso que a alguien se le ocurriera esta idea en primer lugar. Einstein fue bastante inteligente, resulta.
Pero también tomó una gran cantidad de astrónomos de todo el mundo trabajando durante el siglo pasado para llevarnos a donde estamos ahora en esa exploración cósmica. Y todavía estamos muy lejos de entenderlo todo. Todavía queda mucho que aprender y, en un universo en expansión, es posible que nunca alcancemos su límite.