Desde que el destacado astrofísico Edwin Hubble descubrió a mediados de los años 20 que el universo no es estático, sino que está en constante expansión, y que los objetos cuya luz nos llega se alejan constantemente de nosotros, éste ha sido uno de los temas centrales de la ciencia moderna.
En 1998, dos proyectos independientes, el Supernova Cosmology Project y el High-Z Supernova Search Team, descubrieron que el Universo se expande a un ritmo acelerado. Para ello, observaron el mismo objeto durante mucho tiempo. Los resultados de las observaciones de galaxias lejanas confirmaron que se están alejando. Se midió la velocidad de su movimiento. Al cabo de un tiempo, los astrofísicos volvieron a observar estos objetos y registraron que empezaban a alejarse aún más deprisa.
Pero, ¿cómo se produce exactamente esta expansión? Los astrofísicos afirman a menudo que las regiones del Universo que están lejos de nosotros siguen alejándose a una velocidad superlumínica. Pero ¿significa esto que algunos objetos del espacio son capaces de violar uno de los principios clave de la Teoría Especial de la Relatividad formulada por Albert Einstein, según el cual ningún objeto del Universo puede superar la velocidad de la luz.
Así, las partículas sin masa pueden viajar a la velocidad de la luz en el vacío. Mientras que el resto de objetos con una masa determinada en otro lugar, o las mismas partículas sin masa, pero en un entorno determinado, se moverán siempre a una velocidad inferior a la de la luz.
Según los astrofísicos, la edad del Universo es de unos 13.800 millones de años. Hoy en día, los científicos pueden medir no sólo el ritmo actual de expansión del Universo, sino también cuál fue en un pasado lejano y en todos los periodos intermedios. Por ejemplo, la luz de un objeto que estuviera a 100 metros en el momento del Big Bang habría tardado 13.800 millones de años en llegar hasta nosotros, mientras que el objeto en sí habría estado a más de 46.000 millones de años luz.
Pero, ¿significa esto que el espacio se ha expandido a velocidad FTL? En realidad, no, porque la expansión del Universo no se produce a una velocidad determinada, sino a un cierto ritmo, medido en términos de velocidad por unidad de distancia. Habitualmente, esta expansión se mide en kilómetros por segundo por megaparsec (km/(s-Mpc)), donde megaparsec — equivale a unos 3,26 millones de años luz. En este caso, si la tasa de expansión es de 70 km/s/Mpc, entonces un objeto situado a una distancia de 5 Mpc se aleja de nosotros a una velocidad de 350 km/s, a 100 Mpc — a una velocidad de 7 mil km/s, y en el caso de un objeto situado a una distancia de 10 mil Mpc, nos parecerá que se aleja a una velocidad de 700 mil km/s.
Esto no implica que ningún objeto pueda moverse a velocidades FTL. La teoría especial de la relatividad postula que dos objetos en el mismo espaciotiempo, es decir, ocupando el mismo espacio al mismo tiempo, no pueden moverse uno respecto al otro a FTL. Incluso si uno de ellos se mueve hacia el norte al 99% de la velocidad de la luz, y el otro — hacia el sur a la misma velocidad, su velocidad no será igual al 198% de la velocidad de la luz uno respecto al otro, sino que será igual al 99,995% de la velocidad de la luz. No importa la velocidad a la que se mueva cada uno de ellos, nunca podrán superar la velocidad de la luz uno respecto al otro.
Esto es lo que se llama relatividad. Mide el movimiento relativo entre dos objetos en el mismo punto del espacio-tiempo. Sin embargo, la Relatividad Especial describe reglas para el espacio estático, no en expansión, y sólo para casos de movimiento rectilíneo y uniforme.
Al mismo tiempo, la Relatividad General ya contiene el hecho de la expansión del espacio y todos los casos no lineales de movimiento. Midiendo la cantidad de materia ordinaria (bariónica), materia oscura, energía oscura, neutrinos, radiación y luz que nos llega de diferentes partes del Universo visible, desplazándose hacia el espectro rojo a medida que el espacio se expande, los científicos pueden reconstruir el tamaño del Universo en cualquier momento del pasado.
Un segundo después del Big Bang, el Universo tenía 10 años luz de diámetro, y un año más tarde tenía —100 mil años luz. Sin embargo, en ningún momento una partícula se movió a velocidad superlumínica con respecto a otra.
El espacio entre las partículas se expandió, la distancia entre ellas aumentó y la longitud de onda en el espacio se estiró. Y todo esto ha ocurrido durante miles de millones de años y sigue ocurriendo, incluso con la aceleración. Aunque nos movamos a la velocidad de la luz, nunca alcanzaremos objetos situados a más de 15.600 millones de años luz, porque el espacio entre los objetos sigue expandiéndose. Según muchos físicos, la fuerza motriz de esta expansión es la energía del vacío, que parece empujar el espacio y acelerar las galaxias que se alejan de nosotros.
Si la humanidad comenzara a explorar el espacio ahora mismo, viajando a la velocidad de la luz, podría llegar a todas las galaxias dentro de estos límites. Sin embargo, esto no supone más del 4-5% del Universo visible actual. Cada año, unos 160.000 millones de estrellas, suficientes para formar una pequeña galaxia, se alejan de la Tierra a una distancia inalcanzable.
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