Cuando el tiempo se funde con el espacio

Fondo cósmico de microondas (CMB).
Fondo cósmico de microondas (CMB).Planck

Una de los conceptos más relevantes para los astrofísicos que se ocupan de estudiar el origen, evolución y destino del universo, los cosmólogos, 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 aquí algunas consideraciones básicas sobre lo que se conoce como espacio-tiempo y la cosmología.

La información se transmite por medio de ondas. La onda acústica creada por el despertador a las 07:00 nos informa de que hay que levantarse cuando llega a nuestros oídos unas decenas de microsegundos después, el sonido es rápido para los pocos centímetros que nos separan de la mesilla. A escalas cosmológicas nos enteramos de qué pasó en algún otro lugar del universo con ondas electromagnéticas, es decir, por medio de la luz, aunque ahora sabemos que también podemos usar ondas gravitatorias, para las cuales lamentablemente nuestros telescopios son aún bastante “rudimentarios” (pese a estar al límite de nuestra tecnología 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 más rápido construido por el hombre alcanza una velocidad de 70 km/s (¡252.000 km/h!), pero la luz es más de 4.000 veces más rápida. Aun así, las distancias entre astros son tan grandes que incluso algo tan rápido 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 cómo era hace unos 400 años, 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 Júpiter y las fases de Venus

Tal es el caso que cuando observamos la estrella Polar estamos viendo cómo era hace unos 400 años, 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 Júpiter y las fases de Venus, usando un reciente invento de la época, el telescopio.

Si se encuentran en el hemisferio Sur y son capaces de ver las Nubes de Magallanes estarán viendo esas galaxias, de las más cercanas a nosotros, tal y como eran hace 160.000 años. Es decir, su luz fue emitida en la época en la que nuestros ancestros empezaban a usar ropa.

La galaxia espiral Andrómeda, nuestra gemela ahí al lado, está situada a 2.5 millones de años luz, así que lo que vemos ahora ocurriendo en ella (explosiones de supernova, estrellas moribundas,…) sucedió cuando en la Tierra estaba en una época glaciar y no existía 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 astrofísicos son tan pequeñas 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 astrofísicos son tan pequeñas que las consideramos inexistentes. Andrómeda y galaxias cientos de veces más lejanas viven, desde nuestro punto de vista, en el “universo local”, el espacio-tiempo correspondiente al aquí y ahora, y su evolución es prácticamente nula en esas escalas de tiempo mencionadas.

Moviéndonos a los confines del universo conocido, los fotones capturados por el Hubble en 2016 de la galaxia más lejana jamás observada, GN-z11, habían viajado 13.3 miles de millones de años desde que fueron emitidos, más o menos cuando el universo tenía 400 millones de años y estaba en su infancia. Por analogía, sería como ver el pasado de una persona (en este caso, el universo) de 80 años cuando tenía 2.5 años. Pero en realidad no habría que llamarlo pasado, deberíamos decir que esa galaxia existe en el “ahora espacio-temporal”.

Con estos ejemplos queremos demostrar la grandiosidad del cosmos y de sus propiedades físicas. Gracias a una de esas propiedades físicas, la velocidad limitada de la luz, distancia (espacio) y tiempo se confunden, el hablar de una implica el otro. Pero hay otra propiedad física del universo, menos conocida y, ¿por qué no decirlo?, nunca demostrada y sin embargo nunca invalidada por ninguna observación, más bien lo contrario, que tiene implicaciones sobre el comportamiento del espacio-tiempo. Es el llamado Principio Cosmológico, que es lo que se conoce como un axioma, una afirmación básica 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 teoría, en este caso la cosmología moderna.

Para explicar este principio consideramos qué está 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 daría información de qué pasa allí 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 años en el caso de la Estrella Polar y dentro de unos 45.000 millones de años en el caso de GN-z11 (no, no coincide con el número dado arriba, ya lo explicaremos en otro momento) si el universo dejara de expandirse hoy, y no tiene pinta.

Aunque lo que está pasando en GN-z11 ahora mismo no podemos saberlo, ni ellos lo que nos está pasando ahora mismo en la Tierra, las leyes y propiedades físicas en esa zona/tiempo del universo, totalmente aislada (no conectada) de nosotros, son exactamente iguales que en nuestra región/época. Allá donde miremos, hacia cualquier lado, en cualquier lugar-momento del espacio-tiempo, el universo evoluciona de igual manera (estadísticamente hablando): alrededor de lo que en este instante sea GN-z11 hay aproximadamente el mismo número de galaxias por unidad de volumen, la misma densidad media de materia, la misma composición química, el mismo número de planetas terrestres a una distancia adecuada de su estrella tipo solar para tener agua líquida,… (y no iré más allá en esta lista) que lo que vemos a nuestro alrededor. Y nuestro entorno hace 13.3 miles de millones de años era muy parecido al de GN-z11. Quizás esta noche alguien que viva en lo que se haya convertido GN-z11, una galaxia elíptica seguramente, estará viendo directamente cómo era lo que existiera de la Vía Láctea hace 13.3 mil millones de años. Es lo que nos dice el Principio Cosmológico.

Pero si una zona del universo no sabe de otra en el mismo instante, si no hay intercambio instantáneo de información, ¿cómo puede ser que sean iguales, que compartan propiedades?, ¿por qué las leyes de la física son universales?, ¿cómo “sabe” una parte del universo que no está conectada con nosotros qué propiedades “debe” tener (las mismas que nosotros)? La cosmología nos responde a esta pregunta, y en la respuesta aparecen otras muchas preguntas y teorías que comprobar, incluso axiomas como el Principio Antrópico, pero ya es mucho para un solo post.

Pablo G. Pérez González es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA).

Patricia Sánchez Blázquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

Vacío Cósmico es una sección 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 científico sino también filosófico, social y económico. El nombre «vacío cósmico» hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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