Sobre cómo imaginamos la expansión del espacio
Son las cuatro de la madrugada y llevo un buen rato mirando una fotografía del cielo.
En la pantalla hay estrellas. Muchas estrellas. Algunas pertenecen a nuestra galaxia; otras están a distancias que cuesta incluso imaginar.
La fotografía parece inmóvil.
Un instante detenido.
Y, sin embargo, nada de aquello está realmente quieto.
El universo se expande.
Es una frase que hemos escuchado tantas veces que quizá hemos dejado de preguntarnos qué significa. Y cuando intentamos explicarla aparecen las imágenes conocidas: un globo que se hincha, una superficie elástica que se estira, un bizcocho con pasas que aumenta de tamaño mientras las pasas se separan.
La del bizcocho resulta especialmente intuitiva.
Las pasas representan las galaxias. La masa representa el espacio. Al crecer el bizcocho, las pasas se separan.
Funciona.
Hasta que empezamos a hacer preguntas.
Porque una buena metáfora puede ayudarnos a imaginar algo difícil.
Y también puede hacernos creer que ya lo hemos entendido.
---
El problema aparece cuando intentamos imaginar qué es exactamente lo que se está expandiendo.
En nuestra experiencia cotidiana, cuando algo aumenta de tamaño siempre parece hacerlo dentro de algo.
Un globo crece dentro de una habitación.
Un bizcocho ocupa cada vez más espacio dentro de un horno.
Pero el universo no necesita un recipiente.
No tenemos que imaginarlo como una esfera que crece dentro de un espacio exterior. No hay un «afuera» cosmológico hacia el que el universo esté avanzando.
Y aquí nuestra intuición empieza a quedarse sin herramientas.
Estamos acostumbrados a que las cosas estén en el espacio.
En cosmología, en cambio, el propio espacio forma parte de aquello que estamos describiendo.
La relatividad general nos dice que el espacio y el tiempo no son un escenario inmóvil. Pueden cambiar. Y la cosmología tiene una forma de medir cómo cambia el universo a gran escala: el factor de escala.
No necesitamos imaginar una goma que se estira.
Necesitamos describir cómo evoluciona la geometría y cómo cambian, con el tiempo, las distancias entre objetos que no están ligados gravitacionalmente o por otras fuerzas.
Y podemos hacerlo con una precisión extraordinaria.
---
Hay otra dificultad.
Cuando observamos una galaxia lejana y encontramos en su luz un corrimiento hacia el rojo, podemos medir que las longitudes de onda que recibimos son mayores que cuando fueron emitidas.
En un universo en expansión, la longitud de onda de esa luz aumenta a medida que viaja hacia nosotros.
Decimos entonces, de manera abreviada, que «el espacio se ha estirado».
Es una expresión útil.
Pero no deberíamos convertirla en una imagen demasiado literal.
Porque el espacio no es una sábana de goma.
Tampoco es una sustancia que podamos ver estirándose entre las galaxias.
Lo que cambia es la geometría del espacio-tiempo y, con ella, la manera en que evolucionan las distancias a gran escala.
Parece una diferencia pequeña.
No lo es.
La primera descripción nos invita a imaginar una cosa dentro de otra.
La segunda nos obliga a aceptar algo bastante más extraño: que aquello que utilizamos para medir las distancias también forma parte de lo que está cambiando.
---
Y entonces aparece una pregunta que me parece todavía más difícil.
Si el universo se expande, ¿qué está apareciendo?
A veces escuchamos que «se está creando espacio nuevo».
La expresión resulta sugerente.
Pero conviene no imaginar una fábrica cósmica produciendo metros cúbicos de espacio entre las galaxias.
«Crear espacio» es una manera intuitiva de hablar, pero no describe un proceso físico en el que el universo fabrique espacio como nosotros fabricamos objetos.
Lo que describimos es la evolución de la geometría del universo.
Podemos medir esa evolución.
Podemos observar sus efectos sobre la luz.
Podemos construir modelos de cómo ha cambiado el universo a lo largo de su historia y compararlos con las observaciones.
Pero todo eso deja abierta una pregunta más profunda:
¿qué es, en última instancia, el espacio?
Y aquí aparece una cuestión que va más allá de la cosmología.
Podemos describir con enorme precisión cómo se comporta algo sin haber resuelto todas las preguntas sobre su naturaleza última.
A veces la ciencia no empieza preguntando «¿qué es esto en último término?».
Empieza con una pregunta más humilde.
Más incómoda.
Más fértil:
¿qué podemos medir?
---
Esto me recuerda a lo que ocurre cuando hago astrofotografía.
Apunto el telescopio hacia una región del cielo y la pantalla me devuelve un campo de estrellas.
Puedo localizar una nebulosa.
Identificar una galaxia.
Medir su posición.
Registrar su luz.
La fotografía parece un mapa.
Pero no es el cielo.
Es una representación construida a partir de la luz que ha conseguido llegar hasta nosotros después de recorrer distancias enormes.
Y esa luz tiene otra particularidad: no me muestra el universo como es ahora, sino como era cuando aquella luz fue emitida.
Estoy viendo el cielo.
Pero también estoy viendo el pasado.
Mientras la cámara recoge fotones, el universo no se detiene.
La fotografía puede congelar una escena.
No puede congelar el universo.
---
Quizá por eso me interesa tanto la imagen del bizcocho con pasas.
No porque sea verdadera.
Precisamente porque no lo es.
Es una puerta de entrada.
Una manera de dar el primer paso hacia una realidad que no se parece a ninguna de las cosas que tenemos alrededor.
El problema llega cuando olvidamos que estamos atravesando una puerta y empezamos a confundirla con el lugar al que conduce.
El globo ayuda.
El bizcocho ayuda.
La goma ayuda.
Pero ninguno de ellos es el universo.
Son imágenes provisionales que nos permiten acercarnos a una idea.
Y quizá una parte importante de comprender la ciencia consista precisamente en eso:
aprender a utilizar una metáfora sin quedar atrapados dentro de ella.
Esta noche, cuando vuelva a mirar mis fotografías, las estrellas seguirán pareciendo inmóviles.
La pantalla no me mostrará el movimiento de la expansión.
Ni me enseñará cómo cambia la geometría del espacio-tiempo.
Solo me mostrará la luz que ha conseguido llegar hasta aquí.
Pero ahora sé que esa aparente quietud es engañosa.
Detrás de la imagen hay un universo que cambia.
Y quizá eso sea lo verdaderamente extraordinario.
Que nuestra imaginación tenga límites.
Que nuestras metáforas se queden cortas.
Y que, aun así, podamos mirar hacia la oscuridad, recoger la luz y encontrar en ella una manera de medir lo que nuestra mente apenas sabe imaginar.
Para mirar un poco más lejos
NASA — What Is Cosmological Redshift? Una explicación muy visual del corrimiento al rojo cosmológico y de cómo la expansión modifica la longitud de onda de la luz.
NASA/JPL — Model the Expanding Universe. Presenta modelos sencillos de la expansión y explica qué representa —y qué no— la analogía del globo.
Dragan Huterer — A Course in Cosmology. Para quien quiera ir más allá: factor de escala, corrimiento al rojo, distancia comóvil, geometría espacial y ecuación de Friedmann.
Ethan Siegel — Is the Universe expanding by stretching, or by creating new space?. Una reflexión sobre los límites de las metáforas que utilizamos para explicar la expansión cósmica.
Comentarios