El Universo

La teoría de la relatividad de Albert Einstein nos da el marco teórico para conocer la estructura del Universo a gran escala.

  • Segundo Ciclo
  • Última actualización: 16/06/2010
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Índice de Temas:

  1. Las dimensiones del Universo
  2. El nacimiento del Universo

Las dimensiones del Universo

Einstein recibió el Premio Nobel de Física en 1921,por sus descubrimientos sobre la naturaleza de la luz y su explicación del efecto fotoeléctrico.

Einstein recibió el Premio Nobel de Física en 1921,por sus descubrimientos sobre la naturaleza de la luz y su explicación del efecto fotoeléctrico.

La teoría de la relatividad general postulada por el físico Albert Einstein (1879-1955), nacido en Alemania y naturalizado estadounidense, proporciona el marco teórico para conocer la estructura del Universo a gran escala. La relatividad es, en esencia, una nueva teoría de la gravedad, la primera que se enunció después de la del científico y matemático inglés Isaac Newton(1642-1727).

La relatividad convierte a la teoría de la gravitación de Newton en el estudio de la geometría del espacio o, mejor dicho, del espacio-tiempo (ver recuadro).

Para estudiar los movimientos se necesita conocer la posición de los cuerpos en el espacio y en el tiempo. Especificando ambas cosas se está dando la ubicación en el espacio-tiempo.

No es esta una materia fácil de digerir, y por eso se hace necesario buscar una analogía para entenderla. Representemos, pues, el espacio tridimensional en una superficie elástica de sólo dos dimensiones. Las masas del espacio se representan mediante bolitas de acero de distinto tamaño puestas sobre esa superficie. Las más grandes deformarán más la superficie elástica en torno a ella. Una bolita rodando sobre la superficie avanzará en línea recta siempre que no haya otra bolita en su cercanía; pero si en la vecindad se encuentra con otra masa (otra bolita) será desviada de su trayectoria.

Los científicos Herbert Friedman, astrónomo nacido en Estados Unidos en 1916, y Georges Lemaître, astrónomo belga (1894-1966), se encargaron de buscar las soluciones a las ecuaciones de Einstein y probar así la “teoría del Universo en expansión”. Sus estudios los llevaron a formular dos tipos de soluciones:

- Las que predicen que la actual etapa de expansión terminará cuando el Universo se detenga, y que luego vendrá una fase de contracción, para terminar en un mismo punto, tal como empezó. Después, el Universo, como el ave fénix, renacería de sus cenizas en otra gran explosión inicial.

- Las que dicen que el Universo no sería capaz de detenerse en su expansión y, al seguir creciendo eternamente, iría muriendo de frío.

Hay una posibilidad intermedia, crítica: el Universo tendría la capacidad de frenar la expansión, pero en el infinito. Sólo en este caso podría creerse en que tiene una geometría plana que obedecería a los principios enunciados por Euclides (geometría tradicional). Además, sería de tamaño infinito.

Si, por el contrario, fuera correcta la teoría de un Universo capaz de frenar su expansión, concluiríamos que su espacio es finito pero ilimitado. Tendría que aplicarse la geometría esférica. Una esfera tiene una superficie finita, pero es ilimitada pues no existe un punto determinado en el cual se acabe. La razón es que la superficie de una esfera tiene dos dimensiones, pero se curva en una tercera.

Aplicando este razonamiento al espacio, tendríamos que este es tridimensional, pero se curva en una cuarta dimensión; así, si un viajero caminara en línea recta sin cambiar jamás su dirección, terminaría por llegar al mismo punto. Un rayo de luz circunnavegaría el Universo para volver a llegar al mismo punto. Un observador que mirara por un telescopio muy potente durante mucho tiempo (miles de millones de años) terminaría por verse la nuca.

Pero si el Universo no pudiera frenarse a sí mismo, viviríamos en un Universo abierto, de tamaño infinito, cuya geometría en gran escala sería como una silla de montar. En este caso, el Universo tendría claramente un principio: una gigantesca explosión ocurrida hace 14 mil millones de años. Seguiría expandiéndose eternamente, hasta que todas las estrellas, al enfriarse, se apagaran y se llegara al cero absoluto de temperatura. Todo moriría por congelamiento y quedaría en un espacio de máxima entropía (la energía permanece estática o inactiva).

¿Espacio- Tiempo?

La ciencia moderna definió como espacio toda la región que se encuentra más allá de la atmósfera terrestre, y posteriormente lo clasificó en interplanetario (entre planetas), interestelar (entre estrellas) e intergaláctico (entre galaxias).

La teoría de la relatividad de Albert Einstein creó el concepto de espacio-tiempo, que implica que a las tres dimensiones del espacio, se le suma una cuarta, que corresponde al tiempo. Entonces, para estudiar un determinado espacio se debe considerar no solo lo que se encuentra dentro de él, sino también las condiciones que se presentan en el momento en que se lo estudia, ya que estas cambian.