Uno de los modelos cosmológicos más aceptados es la teoría del Big Bang. Según este modelo, el Universo estaba concentrado en un punto de densidad infinita hasta que comenzó a expandirse hace 13800 millones de años en la que se conoce como Gran Explosión.
En 1929, Edwin Hubble consiguió observar el movimiento de galaxias distantes y descubrió que se alejaban de nosotros más rápido cuánto más lejos estaban, y también descubrió que esto ocurría en todas direcciones a nuestro alrededor, sugiriendo que la posición de la Tierra era el centro del Universo.
Sin embargo, la Tierra no está en el centro del Universo, es más, el Universo no parece tener centro. Cualquier observador desde cualquier posición del Universo verá como este se expande en todas direcciones a su alrededor; todos los observadores se verían a sí mismos en el centro del Universo que observan.
Imaginemos que desde la Tierra observamos la galaxia A que se aleja de nosotros a 10000 km/s. Imaginemos una segunda galaxia, la galaxia B, justo detrás de la galaxia A en la misma dirección y que se aleja a 20000 km/s de nosotros. Un observador en la galaxia A vería tanto a la Tierra como a la galaxia B alejarse a 10000 km/s.
| Tierra | Galaxia A | Galaxia B | |
|---|---|---|---|
| Desde la Tierra | 0 km/s | 10000 km/s | 20000 km/s |
| Desde Galaxia A | -10000 km/s | 0 km/s | 10000 km/s |
El Big Bang se suele describir como una explosión, y esto nos lleva a pensar en una explosión ordinaria con materia. En estas explosiones hay un punto central desde el cuál la materia se expande hacia otras partes del espacio. Sin embargo, el Big Bang no fue una explosión convencional: no fue una expansión de materia en el espacio, pues no había espacio antes del Big Bang. Tampoco había tiempo. Tal y como el ser humano experimenta el tiempo, no tendría sentido hablar de un «antes» del Big Bang.
El Big Bang fue originado por la expansión del propio espacio-tiempo y ha continuando expandiéndose desde entonces. Desde ese momento, la distancia entre dos puntos cualesquiera del Universo no ha dejado de aumentar.
Además de las observaciones de Hubble, la homogeneidad a gran escala del fondo de microondas también apoya esta idea de un Universo en expansión homogénea en todas direcciones. Aunque a escalas menores se pueden encontrar zonas del Universo más densas y más calientes que otras, incluso algunas que podría ser tentativo calificarlas como «centro», las observaciones del movimiento y distribución de galaxias a gran escala no muestran señal alguna de que pueda haber un centro.
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El ejemplo del globo
Uno de los ejemplos más utilizados para ilustrar como todas las galaxias del Universo se alejan entre sí pero no desde un centro, es la analogía del globo. Si dibujamos puntos en la superficie de un globo y lo inflamos, se puede ver claramente como cualquier punto se aleja de todos los demás. Algo parecido sería lo que ocurre con la expansión del espacio-tiempo que originó el Universo.
El ejemplo con la superficie del globo, sin tener en cuenta su interior, fue utilizado por primera vez en el libro The Expanding Universe (Aurthur Eddington, 1933) y, aunque puede ayudar a visualizar como es posible que todas los puntos del Universo se alejan entre sí, para muchos puede crear bastante confusión.
En el ejemplo del globo se utiliza solo su superficie, es decir, un espacio de dos dimensiones o 2D. El centro del globo no es análogo al centro del Universo ni a ninguna otra propiedad física, se debería obviar en el ejemplo. Pero el radio desde el centro del globo a su superficie se podría entender como el tiempo. A medida que ese radio se incrementa, aumenta la distancia entre dos puntos cualesquiera de la superficie, igual que ocurre con la distancia entre galaxias a medida que avanza el tiempo desde el Big Bang.
Sin embargo, la curvatura del espacio se puede explicar con modelos físicos sin necesidad de ninguna otra dimensión, como es el tiempo, así que, cuándo se piense en la analogía del globo hay que hacer el ejercicio mental de descartar el espacio interior completamente, la dos dimensiones de la superficie representan las tres dimensiones del espacio. En definitiva, en la analogía del globo hay que tener claro que
- La superficie 2D de la superficie del globo es la que representa las 3 dimensiones del espacio, como si estuviésemos contenidos en esa superficie. El espacio interior del globo no se corresponde con ninguna otra dimensión superior en el espacio.
- De lo anterior, el centro del globo no se corresponde con un punto físico del Universo, y por tanto no se puede comparar con su centro.
- El Universo puede ser finito, como es el globo, pero también puede ser infinito, no lo sabemos porque por ahora nuestra capacidad de observación es limitada.
- Las galaxias se alejan unas de otras, pero las galaxias en sí mismas no se expanden debido al efecto de la gravedad. igualmente, se pueden encontrar cúmulos de galaxias que interaccionan entre sí por efecto su gravedad.
Con estas ideas claras, la analogía del globo representa de forma muy clara como la expansión del espacio puede provocar que todos los puntos se alejen entre sí sin necesidad de un centro, tal y como ocurre en la realidad según el modelo del Big Bang más comúnmente aceptado. Al menos sin necesidad de un centro común para todas los puntos, ya que todos los puntos podrían considerarse el centro. Todos se alejan de los demás.
El Universo observable
Aunque el Universo no tenga bordes y pueda ser infinito, solo podemos observar una fracción, una región esférica con la Tierra en el centro limitada por la velocidad de la luz y por el tiempo transcurrido desde el Big Bang, es decir, vemos el espacio definido por la luz que ha sido capaz de alcanzarnos desde que se produjo el Big Bang. La luz emitida por los objetos más alejados del Universo observable, por tanto, han estado viajando hacia nosotros prácticamente durante toda la edad del Universo, unos 13800 millones de años.
Pero esos objetos que emitieron la luz se sitúan ya a una distancia muy superior a 13800 millones años luz, pues han seguido desplazándose desde que su luz comenzó a viajar. Esa distancia se ha calculado en 46500 millones de años luz, que sería el radio de la esfera que contiene el Universo observable (diámetro de 93 mil millones de años luz).
En conclusión, el modelo más extendido del Big Bang explica un Universo en expansión acelerada sin centro. Pero desde la Tierra solo observamos una región esférica que se expande en todas direcciones, lo que sitúa a la Tierra en el centro de esta región llamada Universo observable. El centro del Universo podría estar aquí, allí y en todas partes, pues ni siquiera sabemos si es finito o infinito.