Ciencia y Tecnología

¿Cómo funciona la expansión del universo?

Antonio Junco de Haas

19 de Abril 2021

Comprender cómo actúa nuestro universo no es tan abrumador como inicialmente parece. Sí, existen fórmulas complicadas, y un sinfín de teorías que pueden resultar certeras, pero por lo general los modelos que se utilizan actualmente son fáciles de comprender con un poco de ayuda.

Herramientas que nos ayudarán a comprender la expansión:

Gravedad: Fuerza que atrae la materia a otra materia.

Radiación: Energía que emiten todos los objetos, puede generar una fuerza.

Masa-energía (La famosa E=mc²): El principio que indica que la masa y energía se transforman entre sí. Lo único que tenemos que entender es que una masa muy pequeña, puede generar cantidades astronómicas de energía.

Energía oscura (dark energy): Energía que genera fuerzas en el universo. Está presente en los espacios del universo donde está “vacío” u “obscuro”

¿Cómo empieza la expansión?

La expansión comienza con la explosión llamada Big Bang, toda la materia estaba concentrado en un solo punto en el universo, algo ocasionó que estalle y el universo empieza a expandirse.

La primera gran pregunta es… si la explosión genera la expansión del universo, ¿por qué la gravedad no volvió a contraer al universo? La respuesta es simple, la explosión generó radiación, dominada por fotones (partícula de la luz) y neutrinos (subpartícula del átomo). La radiación expandió al universo muy rápido, tanto, que a la gravedad le estaba costando mucho trabajo contraer al mismo. Sin embargo, hay un problema. Las explosiones se dispersan en un volumen, es decir, entre más grande se expandía el universo, menos fuerza tenía para expandirse.

Mientras más se dispersaba la radiación, otra fuerza se volvió la más prevalente en la expansión del universo, la densidad masa energía, la famosa ecuación de E=mc². Durante esta etapa la materia era el factor que contribuía más a la expansión del universo. El universo empezó a desacelerar su expansión. Además, es la misma historia que la radiación; entre más incrementa el volumen del universo, menos densidad masa energía, si estas fueran las únicas dos maneras de expansión, el universo se hubiera contraído.

Durante la próxima etapa de expansión, la energía de masa competía con la energía potencial de la gravedad. La expansión tenía dos ventajas, una, la gravedad es más fuerte entre más cerca están los objetos, sin embargo, el universo ya se estaba expandiendo, entonces la gravedad no tenía tanta fuerza como antes. La segunda, es que el universo actual es muy poco denso, puedes meter aproximadamente 1 protón, en un metro cúbico de volumen. El único otro objeto conocido que se aproxima a esta densidad es una bolsa de Sabritas :). Entonces, la energía potencial de gravedad no alentó suficiente la expansión del universo.

Desafortunadamente la gravedad tiene una última ventaja, tiene un rango ilimitado, es decir no importa que tan grande sea el universo, la gravedad va a generar una fuerza de atracción, la contracción parecía inevitable.

La energía oscura

Sin embargo, hoy en día el universo no se está contrayendo, es más, la expansión está acelerando. Esto se debe a la famosa energía oscura.

Aún no se comprende exactamente qué es y cómo funciona. Este tipo de energía no interactúa con nuestros sensores, y nuestra misma materia. Sin embargo, se le atribuye a la expansión de nuestro universo. Se cree que entre más se expanda el universo, mayor la aceleración debido a la energía oscura.

Esta energía se conoce desde 1998, menos de 25 años atrás. Solo porque hoy comprendemos una parte del universo no significa que pronto existe un nuevo descubrimiento que cambie toda la manera en la que pensamos.