La Esfera de Hubble y la Expansión del Universo
LOS VOLUMENES DE HUBBLE
En cosmología se llama volumen de Hubble o esfera de Hubble a la región del universo que rodea a un observador, más allá de la cual los objetos se alejan del mismo a una velocidad mayor que la velocidad de la luz debido a la expansión del universo.
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| ESFERA DE HUBBLE |
El radio de la esfera de Hubble es c/H_0, siendo c la velocidad de la luz y H_0 la constante de Hubble.
De forma general, el término «volumen de Hubble» puede aplicarse a cualquier región del espacio con un volumen del orden de (c/H_0)^3. Frecuentemente el término se utiliza como sinónimo del universo observable; sin embargo, los dos conceptos no son iguales, ya que el universo visible es más grande que el volumen de Hubble.
Expansión del universo
La distancia c/H_0 es conocida como la «longitud de Hubble». Es igual a 13.800 millones de años luz en el modelo cosmológico estándar, similar (aunque algo mayor) que c veces la edad del universo. Ello se debe a que 1/H_0 ofrece la edad del universo por una extrapolación hacia el pasado que supone una velocidad de recesión de las galaxias constante desde el Big Bang. Sin embargo, la velocidad de expansión del universo parece haber cambiado a lo largo del tiempo. En una primera etapa la recesión de las galaxias fue ralentizada por la gravedad, mientras que ahora, debido a la energía oscura, la expansión del universo se está acelerando —véase aceleración de la expansión del universo—. Como consecuencia de todo ello, 1/H_0 únicamente es una edad aproximada de nuestro cosmos.
Límite de Hubble
Los confines del volumen de Hubble son conocidos como «límite de Hubble». La ley de Hubble señala que los objetos en el límite de Hubble se alejan a una velocidad promedio c respecto a un observador terrestre. Esto es significativo ya que, en un universo en el cual el parámetro de Hubble hubiera sido constante, la luz emitida ahora por objetos fuera del límite de Hubble nunca podrían ser vistos por un observador terrestre. Sin embargo, la constante de Hubble no es (a pesar de su nombre) constante. En un universo de Friedmann en desaceleración, la esfera de Hubble se amplía más deprisa que el propio universo y su límite alcanza la luz emitida por galaxias anteriormente no observables. Por el contrario, en un universo cuya expansión se acelera, la esfera de Hubble se amplía más despacio que el universo, saliendo algunos objetos fuera de la esfera de Hubble.
El límite de Hubble, pues, no define el horizonte de sucesos cosmológicos (es decir, la frontera entre aquellos acontecimientos visibles en un momento dado y aquellos que no lo son nunca), porque, dependiendo del modelo adoptado, la luz emitida en tiempos remotos por objetos fuera de la esfera de Hubble podría finalmente entrar en la esfera y ser vista. Si, como comúnmente se acepta, la expansión del universo se acelera, en un futuro algunos objetos dentro del límite de Hubble ya no podrán ser observados.
La expansión acelerada del universo
La «expansión acelerada del universo» o «universo en expansión acelerada» son términos con los que se designa el hecho descubierto en los años 1990 de que el universo se expande a una velocidad cada vez mayor. Esto hecho fue un descubrimiento no esperado, ya que hasta ese descubrimiento se pensaba que, si bien el universo ciertamente está en expansión, su ritmo iba decreciendo por efecto de la atracción mútua entre galaxias distantes.
A finales de los años 1990 unas observaciones de supernovas tipo A (clase Ia) arrojaron el resultado inesperado de que la expansión del Universo parece ir acelerándose. Estas observaciones parecen más firmes a la luz de nuevos datos.
De ser correcta esta teoría, el resultado último de esta tendencia sería la imposibilidad de seguir viendo cualquier otra galaxia. Esta nueva teoría del fin del Universo ha recibido el nombre de Gran Desgarramiento o, en inglés, Big Rip.
Puesto que la energía causante de la aceleración del espacio-tiempo no ha podido ser observada en forma directa, se ha dado en llamarla energía oscura. Dos candidatos teóricos que podrían hacer las veces de esta energía son una constante cosmológica no igual a cero (que pudo haber causado la inflación cósmica) y una energía repulsiva más general llamada quintaesencia. De todas maneras una expansión acelerada no entra en contradicción frontal con la formulación original de la Teoría General de la Relatividad que ya ocasionó en su tiempo una polémica entre Albert Einstein, quien en un tiempo introdujo la constante cosmológica en su ecuación de campo retirándola después, y varios científicos: Alexander Friedman, Georges Lemaître, Howard Percy Robertson y Arthur Geoffrey Walker, quienes probaron que existían soluciones estables no estacionarias sin el término proporcional a la constante cosmológica.
La observación de un Universo en aceleración parece plantear grandes problemas para la Inteligencia eterna de Dyson. Esta teoría depende de un Universo en desaceleración, lo que durante muchos años fue el modelo dominante en la cosmología, ya que, a falta de observaciones que probaran la existencia de la energía oscura, se creía que la atracción gravitatoria de la materia del Universo sobre la misma materia actuaría para frenar la expansión.
Los Volúmenes de Hubble y los Universos
Universos paralelos es el nombre de una hipótesis física, en la que entran en juego la existencia de varios universos o realidades relativamante independientes. El desarrollo de la física cuántica, y la búsqueda de una teoría unificada (teoría cuántica de la gravedad), conjuntamente con el desarrollo de la teoría de cuerdas, han hecho entrever la posibilidad de la existencia de múltiples dimensiones y universos paralelos conformando un multiverso.
Multiverso es un término usado para definir los múltiples universos posibles, incluido nuestro propio universo. Comprende todo lo que existe físicamente: la totalidad del espacio y del tiempo, todas las formas de materia, energía y cantidad de movimiento, y las leyes físicas y constantes que las gobiernan.
Una predicción genérica de la inflación cósmica es un universo ergódico infinito, el cual, por su infinitud, debe contener volúmenes de Hubble que contemplen todas las condiciones iniciales.
Un universo infinito debería englobar un número infinito de volúmenes de Hubble, todos ellos con leyes y constantes físicas iguales a las nuestras. Sin embargo, casi todos ellos serán diferentes de nuestro volumen de Hubble en cuanto a configuraciones tales como la distribución de la materia en el volumen. Según las teorías actuales, algunos procesos ocurridos tras el Big Bang repartieron la materia con cierto grado de aleatoriedad, dando lugar a todas las distintas configuraciones cuya probabilidad es distinta de cero. Nuestro universo, con una distribución casi uniforme de materia y fluctuaciones iniciales de densidad de 1/100.000, podría ser un representante típico (al menos entre los que contienen observadores).
Siendo infinito el número de tales volúmenes, algunos de ellos son muy similares e incluso iguales al nuestro. Así, más allá de nuestro horizonte cosmológico, existirá un volumen de Hubble idéntico al nuestro.
Max Tegmark estima que un volumen exactamente igual al nuestro estaría situado aproximadamente a una distancia de 10 a la(10115) m (un número más grande que un gúgolplex).
Brian Greene denominó a este megauniverso infinito o semi-infinito constituido por innumerables universos o burbujas-Hubble como Multiverso mosaico.
NOTA
El nuevo paradigma científico, producto de las teorías de la última década, hace referencia a la existencia de Universos Paralelos, el Multiverso y los Universos Multidimensionales.
A estas teorías adhieren científicos mundialmente reconocidos y destacados exponentes de la Física Teórica y la Cosmología, como son:
Brian Greene, Max Tegmark, Stephen Hawking, Lee Smolin, Andrei Linde, Leonard Susskind, Aurélien Barreau, David Deutsch, Michio Kaku, Hugh Everett y Edward Witten.
Estas teorías son estudiadas en instituciones académicas de prestigio internacional como son:
CERN, University of Oxford, University of Cambridge, Princeton University, Stanford University, Berkeley University, New York University, Caltech y MIT.
Todas las teorías están expuestas en el Blog:
"FRONTERAS DEL UNIVERSO"
Ingresando a:
www.fronterasdeluniverso.blogspot.com.ar
