¿Hacia dónde se expande el universo?

La evidencia que hemos recopilado durante el último siglo denota que el universo comenzó como una expansión del espacio y el tiempo que denominamos el Big Bang. Los cosmólogos afirman que desde entonces, el universo se expande; que se hace cada día más grande. Para muchos de nosotros, no es difícil hacernos una imagen de este asunto. Sin embargo, existe una pregunta recurrente. Si el universo es todo lo que hay ¿Hacia dónde se expande? O dicho de otro modo ¿En qué se está expandiendo el universo? Vamos a ver que la respuesta que ofrece la cosmología moderna es simple.

Estas preguntas parten de la experiencia cotidiana que nos dice que los objetos se expanden hacia donde hay más espacio. Así, una burbuja de jabón que parte de nuestro pitillo, se expande hacia el espacio restante en la habitación en la cual nos encontramos. Sin embargo, esa imagen es inadecuada para representar lo que los cosmólogos llaman la “expansión del universo”.

Entendiendo la expansión

Para entenderlo hay que considerar dos elementos. Primero, el descubrimiento de la expansión del universo se realizó en la década de 1920 por Edwin Hubble, quien midiendo los espectros lumínicos de distintas galaxias se dio cuenta que la mayoría de ellas (exceptuando las del cúmulo local) se estaban alejando de la nuestra. Entre más lejos se encuentra una galaxia, más rápido se aleja, o técnicamente, posee una mayor velocidad de recesión.

En este marco, las galaxias no se alejan de nosotros precisamente porque se estén movimiento en el espacio, como lo hace la Tierra alrededor del Sol, sino porque constantemente se crea espacio entre las galaxias. Aunque cada galaxia en el universo se mueve a través de espacio, la principal causa de su separación es la creación de espacio entre ellas. Cualquier observador, en cualquier galaxia del universo, vería exactamente lo mismo.

Así que el concepto de expansión del universo no se representa bien por una burbuja que nosotros vemos inflarse desde afuera, sino más bien como si estuviéramos en una habitación y vemos que las paredes y todos los objetos que en ella se encuentran, están cada vez más lejos de nosotros. Es decir, con el paso del tiempo hay cada vez más baldosas que nos separan de la pared, de la cama, de la mesita de noche.

Fig 1. La expansión del universo puede conceptualizarse mejor si consideramos que el espacio se crea entre dos puntos desde nuestra posición como observadores. Dibujo: Julián Restrepo / Publicado en Fundamentos de la Cosmología, la ciencia del universo.

El Horizonte de Hubble 

Ahora bien, la relatividad general, que es la teoría y las ecuaciones con las que describimos el universo a gran escala, nos dice que el espacio-tiempo es un tejido de cuatro dimensiones (tres dimensiones espaciales y una temporal) que existe solamente en el universo. En este contexto ¿Qué es el universo? Lo que nosotros, parados desde la Tierra, en la Vía Láctea, podemos ver; es decir, una esfera observacional que comprende 13.7000 millones de años en el pasado, que equivalen a unos 46.000 millones de años luz en cada dirección que miremos. Esa esfera, llamada técnicamente horizonte de Hubble, se hace más grande, se expande. Dentro de 5000 millones de años, el horizonte para los pobladores de cualquier galaxia será de 18.700 millones de años en el pasado, y su correspondiente distancia.

Así que la respuesta a las preguntas que nos hicimos al inicio, primero, debe matizarse. Cuando los cosmólogos hablan de la expansión del universo, hablan de la creación de espacio entre las galaxias y la ampliación del horizonte de Hubble. En segundo lugar, si existe algo que se encuentre “afuera del universo” o algo en lo que el universo esté “conteniendo”, es algo que simplemente no sabemos, ni podremos saber con las herramientas de la ciencia. Lo único que pueden decirnos los cosmólogos es que el universo se expande en sí mismo, porque no contamos con evidencia física o matemática que nos indique que hay algo que existe más allá del universo, más allá del espacio-tiempo. No podemos salir el universo y ver cómo se expande dentro de un recipiente mayor, si eso sucediese.

Algunos modelos inflacionarios nos sugieren que la expansión del universo puede interpretarse solamente como un efecto, producto del alejamiento de las galaxias, dentro de un espacio-tiempo infinito. Sin embargo, no tenemos pruebas de este hecho, más allá de modelos matemáticos. También, otros modelos inflacionarios nos dicen que nuestro universo es solo una burbuja en medio de un multiverso o un hiperespacio lleno de infinitos universos; tampoco podemos saberlo. Por otra parte, la teoría de cuerdas nos sugiere que nuestro universo es una brana que puede interactuar con otros universos a través de la gravedad. No hemos recopilado pruebas de ello.

En resumen, cuando los cosmólogos hablan de la expansión del universo se refieren a la creación de más espacio entre las galaxias y a la ampliación del horizonte de Hubble. Por otro parte, si el universo se encuentra contenido y expandiéndose en un hiperespacio, es algo por fuera de los límites de la ciencia. Es algo que la ciencia no puede responder.