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¿Qué es el universo?

Hermoso fondo abstracto de nebulosa. Crédito de la imagen: Xuanyu Han a través de Getty Images

El universo es literalmente todo, la suma de toda la existencia. Incluye toda la materia, como estrellas y galaxias. El universo también incluye toda la radiación y todas las demás formas de energía. No importa dónde o cuándo existas, eres parte deel universo, como lo es todo lo que experimentas. No hay nada fuera del universo, porque todo lo que existe se incluye automáticamente en la definición del universo.

¿Qué edad tiene el universo y se está expandiendo?

Nuestra mejor comprensión de la historia del universo proviene de la teoría del Big Bang. Las observaciones de galaxias distantes revelan que, en promedio, todas las galaxias se están alejando de todas las demás galaxias. Los astrónomos interpretan este movimiento en el sentido de que el universo mismo se está expandiendo; en las escalas más grandes, las distancias entre las galaxias crecen con el tiempo.Esto significa que en el pasado, el universo era más pequeño, más caliente y más denso de lo que es hoy.

Einstein teoría general de relatividadpermite a los cosmólogos conectar los contenidos del universo con su historia de expansión y, a partir de ahí, calcular su edad. De acuerdo con las estimaciones actuales, basadas en una amplia variedad de observaciones, como la distanciasupernovas, el fondo cósmico de microondas y la abundancia de elementos ligeros: el universo tiene aproximadamente 13 787 millones de años. En sus primeros momentos, todo el universo estaba comprimido en un punto infinitamente diminuto conocido como singularidad. A partir de esa singularidad, el espacio se expandió, dando origen al universo que vemos hoy, según la NASA.

¿Cómo se creó el universo?

Diagrama que muestra los diferentes pasos del Big Bang.Crédito de la imagen: Shutterstock

Los científicos no saben qué ocurrió antes del Big Bang. Sin embargo, saben que la singularidad no es real; en cambio, es un artefacto de la relatividad general que ocurre cuando las ecuaciones se descomponen y pierden su capacidad para describir una situación física.Una verdadera explicación para la singularidad debe residir en una teoría de la gravedad cuántica, que es una teoría física de la gravedad fuerte en escalas extremadamente pequeñas. Los físicos no tienen actualmente tal teoría, pero tienen varios candidatos, comoteoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles.

Los científicos ni siquiera saben si la pregunta "Lo que vino antes del Big Bang?" tiene sentido. Nuestra comprensión del paso del tiempo proviene de la misma teoría de la relatividad que falla al describir el universo primitivo. Es muy posible que nuestras concepciones de "antes" y "después" sean inadecuadas para describirlo que sucede a escalas tan extremas, según el astrofísico Ethan Siegel.

En última instancia, la razón por la que existe el universo es quizás la mayor de todas las preguntas filosóficas.

¿Qué es el universo observable?

Los astrónomos actualmente no lo sabencuán grande es el universo, pero hay un límite de lo que podemos ver. Este volumen se conoce como el universo observable.

Debido a que el universo tiene una edad finita y debido a que la propagación de la luz está limitada a una velocidad máxima, solo una cierta porción del universo ha sido iluminada desde nuestro punto de vista. El universo observable es una esfera de aproximadamente 42 mil millones de años luzde ancho para la escala, el Vía Láctea tiene solo 100 000 años luz de diámetro y es la estrella más cercana a el sol está a menos de 4 años luz de distancia.

El galaxias que los astrónomos observaron en el mismo borde de esta esfera emitieron su luz hace hasta 13 mil millones de años. Sin embargo, el universo se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz, lo cual no es un problema, porque la relatividad especial dicta que la restricción de que los objetosno puede viajar más rápido que la velocidad de la luz se aplica solo a las mediciones realizadas cerca de un observador, no a objetos en el universo distante.

Si el universo fuera estático, a medida que pasara el tiempo, seríamos capaces de observar galaxias aún más distantes a medida que su luz finalmente nos alcanzara. Sin embargo, la expansión del universo está arrastrando esas galaxias más distantes más rápido que la luz de ellaspueden viajar de regreso a nosotros, y nunca podremos observarlos, informó Nova de PBS.

¿Es infinito el universo?

Los cosmólogos creen que más allá del borde del universo observable se encuentra... más universo: más estrellas, más galaxias, más planetas, más de todo. Debido a que es inobservable, sin embargo, los astrónomos no saben qué tan grande es el universo entero. Es posible que elel universo es verdaderamente infinito, sin límite en el espacio en absoluto, según la NASA.

Sin embargo, la estimación de tamaño único proviene de la teoría de la inflación, un evento que muchos cosmólogos creen que ocurrió durante los primeros momentos del Big Bang. Durante la inflación, el universo se hinchó rápidamente a muchos órdenes de magnitud en una pequeña fracción de segundo.La teoría de la inflación sitúa el tamaño mínimo del universo en alrededor de 10^62 veces más ancho en diámetro que el universo observable.

¿De qué está hecho el universo?

Materia oscura en un universo simulado.Crédito de la imagen: Crédito de la ilustración y derechos de autor Tom Abel y Ralf Kaehler KIPAC, SLAC, AMNH

La mayoría de los contenidos del universo son de una forma actualmente desconocida para la física moderna. Alrededor del 68% de la energía total del universo está compuesta porenergía oscura, una forma hipotética de energía que parece residir en el vacío de espacio-tiempo sí mismo. Sin embargo, los físicos no saben de dónde se origina esta energía o por qué tiene la fuerza que tiene, según el Foro del Universo de la Universidad de Harvard.

Alrededor del 27% de la materia y energía del universo está compuesto por materia oscura, que se cree que es una forma invisible de materia que no interactúa con la luz. Si bien la gran mayoría de los físicos piensan que la materia oscura es un nuevo tipo de partícula o partículas fundamental, aún no la han detectado directamente.

El 5% restante del universo consiste en materia normal y familiar, como estrellas, planetas y vastas nubes de gas.

¿Cómo terminará el universo?

Para comprender cómo terminará el universo, primero debemos medir con precisión su contenido. Dado que el componente principal del universo es la energía oscura, eso dictará su evolución futura. El efecto principal de la energía oscura es que está acelerando la expansión deel universo. Entonces, el universo no solo se hace más grande cada día, sino que se hace más y más grande cada día. Suponiendo que la energía oscura permanecerá sin cambios lo cual es una gran suposición, porque actualmente no entendemos la naturaleza de la energía oscura, entoncesesta expansión acelerada eventualmente expulsará a casi todas las galaxias de nuestra esfera observable, escribió el astrofísico Kevin Pimbblet en La conversación.

Dentro de cientos de miles de millones de años, casi todas las galaxias se volverán invisibles para nosotros. Eventualmente, la Vía Láctea se quedará sin gas fresco para crear nuevas estrellas. Dentro de billones de años, las últimas estrellas se extinguirán, dejando atrás unsopa fina de partículas fundamentales que se enfriarán lentamente hasta una temperatura de cero absoluto.

Recursos adicionales

Bibliografía

Brennan, P. 3 de diciembre de 2020. ¿Qué es el universo? NASA. http://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/what-is-the-universe/

Halpern, P. 10 de octubre de 2012. ¿Qué tan grande es el universo observable? PBS NOVA. http://www.pbs.org/wgbh/nova/article/how-large-is-the-observable-universe/

NASA. 2010, 16 de abril. ¿Qué es la teoría de la inflación? http://wmap.gsfc.nasa.gov/universe/bb_cosmo_infl.html#:~:text=The%20Inflation%20Theory%20proposes%20a,relatively%20gradually%20throughout%20its%20history

Pimbblet, K. 3 de septiembre de 2015. ¿El destino del universo: muerte por calor, Big Rip o conciencia cósmica? La conversación. http://theconversation.com/the-fate-of-the-universe-heat-death-big-rip-or-cosmic-consciousness-46157

Siegel, E. 4 de marzo de 2022. Pregúntale a Ethan: ¿Nuestro universo realmente surgió de la nada? Gran pensamiento.http://bigthink.com/starts-with-a-bang/universe-nothing/

Paul M. Sutter es profesor de investigación en astrofísica en la Universidad SUNY Stony Brook y el Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York. Aparece regularmente en programas de televisión y podcasts, incluido "Ask a Spaceman". Es autor de dos libros, "Your Place in the Universe" y "How to Die in Space", y es colaborador habitual de Space.com, Rhythm89 y más. Paul recibió su doctorado en Física de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign en 2011 y pasótres años en el Instituto de Astrofísica de París, seguidos de una beca de investigación en Trieste, Italia.