Acerca de conceptos del Universo #4: Expansión Local

En nuestras anteriores entradas hablamos del espacio-tiempo, del centro del Universo y del famoso Red Shift. En esta entrada vamos a tratar sobre mitos de la expansión local. ¿Cómo es esto? Ok, el Universo se expande por lo que usted querido lector tranquilamente puede preguntar ¿si todo se expande, nosotros también?

El Fondo Cósmico de Microondas. Fuente: wikipedia

Vamos al grano, cortito y al pie les digo:
Nuestros átomos no se expanden
No nos expandimos (permiso para pensar en una broma aquí)
El sol, la tierra, y el sistema solar no se expanden
La Vía Láctea no se expande
Nuestro grupo local de galaxias (entre ellas la Vía Láctea, Andrómeda, y otras cerca de 30 más o menos) no se expanden

Pensando en los puntos que puse arriba, todo lo que alcanzamos a ver en una noche bien clara, no se expande, eso queda claro. En otras palabras, todo lo que tiene una densidad suficientemente alta como para estar atrapado por su propio campo gravitatorio (o en las escalas más pequeñas, el campo electromagnético) no es parte de la expansión del universo.

Eso es un hecho, pero todavía puede preguntarse por qué esto es así. Para aclarar un poco, vamos a escribir una ecuación, dar una cita, y mostrar una imagen que espero sirva para aclarar las aguas.

Primero lo primero, la ecuación, claro:

G_{\mu\nu} = {8 \pi G \over c^4} T_{\mu\nu}

¿Qué tenemos aquí? pues ni más ni menos que la ecuación de campo de Einstein. Parece bastante inocuo no? Pero en realidad, son 16 ecuaciones, y el término de la izquierda, en particular, tiene mucha matemática intrínseca. Para explicar esto necesitaríamos dar toda una clase de tensores, geometría diferencial y análisis tensorial, etc. Claro que este sencillo post no abarca esos temas, pero pueden ser un disparador de otras entradas respecto a esto.

¿Qué significa? Aquí es donde la llega cita, del gran relativista, John Archibald Wheeler:

El espacio le dice a la materia cómo moverse, y la materia le dice cómo se curva.

El lado derecho de las ecuaciones de campo se conoce como el tensor de energía-impulso, y contienen la descripción de todas las cosas en una región particular del espacio y cómo éstas se están moviendo. El lado izquierdo describe la curvatura del tiempo y el espacio. Como una imagen vale más que mil palabras, acá la imagen para completar nuestra descripción.

Interacción de la fuerza de gravedad. Fuente: wikipedia

Veamos una analogía, esta vez con las fuerzas electromagnética y nuclear. Supongamos que estiramos una banda de goma. Como sabemos, la banda está hecha de moléculas, que en promedio, reciben más separación una de otra mientras se estira la banda. Pero hagamos una mirada más profunda y veremos que las moléculas están hechas de átomos y la gran mayoría, concentra casi toda la masa (aproximadamente 99,95% o más) en los núcleos. A los núcleos no les importa que estiremos la goma elástica. Así dupliquemos y tripliquemos, la longitud de la banda, y los protones y neutrones en los núcleos no se separan ni un poco a causa de este estiramiento.

El punto (que se remonta a las escalas cosmológicas) es que las soluciones a la expansión del universo se basan en escalas relativamente grandes de espacio. En escalas de unos cientos de millones de años luz, el universo parece ser relativamente homogéneo, por lo que la expansión cósmica se comporta como hemos explicado. En escalas más pequeñas, la gravedad controla las perturbaciones locales, lo que significa que no hay expansión. Ni siquiera un poco.

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4 respuestas a Acerca de conceptos del Universo #4: Expansión Local

  1. Guillote dijo:

    Que no nos expandimos? Y vos cuando vas a la montaña? ahhh te agarré jaja. Muy buen post, ya tengo la ec. para el tatuaje!

    • ye olde fox dijo:

      ah… va toda la ec. pensé que era solo el tensor de campo..jaja en la espalda tiene que ir las soluciones..jaja

  2. Gabinni dijo:

    O sea, no nos expandimos a menos q aumente nuestra masa corporal (como en mi caso)??

  3. El dibujo muestra claramente que el espaciotiempo no es la nada, que contradice el principio de relatividad igual que el éter (y el espacio absoluto, el espacio de Zenón y el campo de Higgs). Nadie se da cuenta que el principio de relatividad implica la nada detrás de los sistemas, que los cuerpos se mueven en la nada y los campos que estos sustentan se diluyen en la nada con el inverso del cuadrado de la distancia.
    ¿Cuánto se habrá adelantado Galileo y su principio de relatividad? ¿mil ochocientos años como Aristarco de Samos y su heliocentrismo? ¿nos quedan todavía mil cuatrocientos años de “horror vacui”, o sea, de atraso? ¡qué desgracia!

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