El tamaño del universo

El tamaño del universo Edición del siglo XV de “De Rerum Natura”

De la Naturaleza de las Cosas (De Rerum Natura) es un extenso poema filosófico del pensador romano Lucrecio escrito en el primer siglo antes de nuestra era. El poema es la fuente más completa y representativa que se conserva sobre el pensamiento de Epicuro de Samos, el filósofo griego del siglo IV a.C.

Lucrecio resume en los seis libros de su poema la cosmología y la historia natural tal y como la concebía el epicureísmo: un sistema con leyes y procesos naturales, basados en el movimiento de los átomos y que no requería de la intervención de los dioses para explicar su funcionamiento. En la parte final del libro primero, Lucrecio rechaza la idea aristotélica de un universo finito en el espacio e infinito en el tiempo. Supongamos, propone el poeta, que el universo tiene un límite y que alguien se aproxima velozmente a su borde y arroja una jabalina o dispara una flecha, ¿Seguirá el proyectil su curso o se estrellará contra una pared infranqueable? Lucrecio argumenta que el segundo escenario es absurdo y defiende la idea de un universo infinitamente grande. En la traducción de D. José Marchena [1]:

Si además el espacio es limitado
Y alguno se coloca en el extremo
Y tira alguna flecha voladora,
¿Deseas que tirada con gran fuerza
Vuele ligera por llegar al blanco,
O piensas que la impide algún estorbo
Su vuelo y no la deja ir adelante?

La visión moderna del cosmos nos describe un universo finito en el que además la aparente paradoja de Lucrecio queda resuelta. Más propiamente, el llamado universo observable es una enorme esfera que contiene cualquier objeto cuya luz (u otro tipo de señal) haya tenido tiempo para alcanzarnos desde el big bang, el evento que dio origen al universo como lo conocemos hace 13 mil 700 millones de años.

NASA

Aunque este universo es finito, no tiene en realidad bordes. Para entender esta aparente contradicción, pensemos en un ejemplo más conocido: nuestro propio planeta. En la Tierra, si un avión vuela continuamente en una dirección definida (digamos, hacia el este) tarde o temprano volverá al punto de partida, después de completar un circuito al planeta y podría repetir el ciclo un número indefinido de veces.

No es que la Tierra sea infinita, simplemente que su curvatura en tres dimensiones dicta la ausencia de bordes en dos dimensiones. De manera similar, nuestro universo es curvo en una forma tal que si viajáramos dentro de él en una ruta aparentemente recta, tarde o temprano regresaríamos al punto de partida. El hipotético arquero de Lucrecio no tendría problema en enviar su flecha en la dirección de un aparente borde del universo; la flecha podría seguir moviéndose por tiempo indefinido sin encontrar jamás el final del universo.

NASA

Según algunos modelos recientes [2], el universo observable tiene un radio de unos 46 mil 600 millones de años luz. La luz emitida por un objeto localizado actualmente a esa distancia de la Tierra estaría llegando a nosotros después de viajar por 13 mil 700 millones de años, es decir, desde el big bang. En ese tiempo, debido a la expansión del universo, tal objeto se habría alejado de nosotros, de tal forma que actualmente estaría localizado a 46.6 mil millones de años luz de distancia.

En 2010 la revista Nature anunció el descubrimiento de una galaxia que rompió el récord del objeto espacial más lejano que se conoce [3]. La galaxia, conocida con el nada atractivo nombre de UDFy-38135539, se formó apenas unos cuantos cientos de millones de años después del big bang, y lo que los astrónomos pueden ver ahora es un retrato de cómo era hace 13.1 miles de millones de años. Seguramente la galaxia ya no existe como tal, pero podemos calcular que la materia que la formó se encuentra actualmente a cerca de 40 mil millones de años de luz de distancia, de acuerdo con el modelo de expansión del universo.

Un año luz se define como la distancia que recorre un haz de luz en un año. Considerando que la luz se mueve en el vacío a una velocidad de 300 mil kilómetros por segundo, nos damos cuenta que un año luz debe ser una distancia realmente asombrosa. Pero, ¿Realmente qué tan grande es una distancia de 40 mil millones de años luz?

Calculado con Wolfram Alpha

Para darnos una idea, empecemos con algo literalmente terrenal, una distancia que en nuestra experiencia cotidiana consideraríamos grande. Por ejemplo, la distancia a vuelo de pájaro entre la ciudad de México y Santiago de Chile es de 6,590 kilómetros. Un avión comercial necesita unas siete y media horas para recorrer esa ruta. Esta distancia es muy cercana al radio promedio de la Tierra, es decir a la distancia desde el centro del planeta a su superficie (6,367.5 km). Llamemos a esta distancia R.

Multiplicando R por 60.4 obtenemos la distancia de la Tierra a la Luna (cerca de 400,000 kilómetros). Nuestro avión comercial tardaría poco menos de 19 días en llegar a la Luna, aunque un haz de luz completaría la distancia en 1.3 segundos, por lo que podemos decir que la distancia a la Luna es de 1.3 segundos luz.

Ahora multipliquemos la distancia de la Tierra a la Luna por un factor de 374 y obtendremos la distancia al Sol (149 millones de kilómetros). La luz solar que entra por la ventana de mi estudio en este momento fue en realidad emitida hace 8.3 minutos, de manera que puede decirse que la distancia al Sol es de 8.3 minutos luz. Por cierto, la distancia de la Tierra al Sol se define arbitrariamente como la unidad astronómica (UA).

Moviéndonos al ámbito de las distancias realmente astronómicas, multipliquemos la distancia al Sol por un factor de 543,000 y obtendremos la distancia a Sirio, la estrella más brillante del firmamento. Podemos entonces decir que Sirio se encuentra a una distancia de 543,000 unidades astronómicas, que equivalen a 8.6 años luz.

Pero Sirio es sólo una de los cientos de miles de millones de estrellas en nuestra galaxia (la Vía Láctea). Multiplicando la distancia a Sirio por un factor de 11,628 obtenemos el diámetro promedio de la galaxia (100,000 años luz). Si esta distancia la multiplicamos por un factor de 25.7 obtendremos la distancia a una de las galaxias más cercanas, la M31 en la constelación de Andrómeda (2.57 millones de años luz).

Gran Muralla Sloan (NASA)

En 2003 se anunció el descubrimiento de una enorme congregación de galaxias ordenadas en forma más o menos lineal. Esta llamada gran muralla Sloan mide mil trescientos millones de años luz de largo y se encuentra aproximadamente a mil millones de años luz de la Tierra, es decir 389 veces más lejos que M31. Finalmente, multiplicando esta distancia por un factor de 46 llegamos la límite del universo observable, la distancia máxima a la que se podría encontrar un objeto cuya luz podemos detectar en este momento desde la Tierra.

Es importante notar que en cada paso hemos multiplicado por un factor. Para resumir nuestros cálculos y tratar de entender lo que una distancia de 46 mil 600 millones de años luz representa, necesitamos multiplicar sucesivamente todos esos factores:

60.4 x 374 x 543,000 x 11,628 x 25.7 x 389 x 46 = 6.56 x 1019

Tenemos entonces que el objeto más lejano en el universo se encontraría a una distancia 6.56 x 1019 veces R, recordando que R es el radio de la Tierra y aproximadamente la distancia entre la ciudad de México y Santiago de Chile. Esto representa una distancia de poco menos de medio cuatrillón de kilómetros (4.18 x 1023 km), o sea

418 000 000 000 000 000 000 000 kilómetros.

La próxima vez que nos quejemos por las más de siete horas de vuelo que requiere un viaje México-Santiago, pensemos que un viaje a las galaxias más lejanas nos tomaría 65 600 000 000 000 000 000 veces ese tiempo, suponiendo que encontráramos un vuelo sin escalas.

{Nota añadida el 27 de enero 2011. Un artículo en Nature reporta el hallazgo de una galaxia aún más lejana (y antigua) que UDFy-38135539. Observada a una distancia de más de 13.2 miles de millones de años, la galaxia se formó apenas 500 millones de años después del big-bang}

[1] http://www.cervantesvirtual.com/FichaObra.html?Ref=2618

[2] Gott III, J. et al. 2005. Astrophysical Journal 624:463-484.

[3] Lehnert, M. D. et al. 2010. Nature 467:940-942.

Copyright © Héctor T. Arita. Reservados todos los derechos.

Publicado originalmente en Mitología Natural. Este artículo está bajo una licencia CC.

Héctor T. Arita

Héctor Arita es biólogo por la Facultad de Ciencias de la UNAM (1985) y doctor en ecología por la Universidad de Florida, Gainesville (1992). Desde 1992 es investigador en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), primero en el Instituto de Ecología y luego en el Centro de Investigaciones en Ecosistemas (CIEco).

En el Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y Sustentabilidad (IIES), realiza proyectos de investigación que se enfocan a la comprensión de los patrones de composición, estructura y diversidad de los conjuntos de especies a nivel local (ecología de comunidades) y regional y continental (macroecología). Realiza también investigaciones sobre las aplicaciones de estos estudios a la conservación de la diversidad biológica.

Ha sido representante académico en diferentes cuerpos colegiados de la UNAM, además de haber sido el primer jefe del Departamento de Ecología de los Recursos Naturales y director del Instituto de Ecología. También fue presidente de la Asociación Mexicana de Mastozoología (AMMAC) y coordinador de la sección de biología de la Academia Mexicana de Ciencias.

A nivel internacional, ha participado en comisiones y mesas directivas de asociaciones como la American Society of Mammalogists, la North American Society for Bat Research y la International Biogeography Society. Ha participado también en el consejo científico asesor del National Center for Ecological Analysis and Synthesis (NCEAS) de los Estados Unidos y actualmente es miembro del consejo de editores de Ecology Letters.

En 2016, ganó el III Premio Internacional de Divulgación de la Ciencia Ruy Pérez Tamayo por su obra Crónicas de la extinción. La vida y la muerte de las especies animales.

Fotografía de Héctor T. Arita publicada por cortesía del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.

Sitio Web: hectorarita.com/

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