5. geometria del universo

Este es un breve artículo de astronomía adaptado para la comprensión del público general que
describe de manera didáctica las teorías que tratan sobre el origen de nuestro universo. Pretende
ser un pequeño aporte a la cultura y a la difusión de la astronomía en los países de habla hispana.
Fue publicado en el mes de mayo de 2000 y ha recibido desde entonces
visitantes. Está afiliada a ASTRORED y forma parte del Anillo Astronómico. Agradezco
profundamente los comentarios y sugerencias de muchos visitantes, en virtud de las cuales he
modificado y actualizado algunos contenidos.
Mayores informaciones, escribir a la dirección de correo electrónico
benjamin@perezvillena.zzn.com
Comentarios y sugerencias serán bienvenidos al mismo correo o bien en el box de sugerencias
ubicado al final de la página
Benjamín Pérez Villena, enero 2002
La Fecha de Hoy: 19 de Junio del 2002
OTROS ARTICULOS DE DIVULGACION CIENTIFICA
El origen del universo
INDICE
[1. Un pequeño punto en el tiempo y en el espacio]
[2. La teoría
del Big Bang]
[3. Teoría del Universo Pulsante]
[4. Teoría del
Estado Estacionario]
[5. Geometría del Universo]
[6.
Consideraciones finales]
[7. Bibliografía consultada]
BREVE INTRODUCCION
Es difícil que un ser humano no se haya preguntado nunca acerca del origen de la vida y del
universo que la alberga, puesto que son interrogantes inherentes a nuestra propia naturaleza
racional. Más allá de toda concepción filosófica o dogmática que trate de darle una respuesta a la
trama humana, es evidente que aún nuestro espíritu esta inquieto. Desde el surgimiento de las
primeras civilizaciones, el hombre se preguntó él por qué de la luz y de la oscuridad, por qué del
trueno y del relámpago, por qué de la vida y la muerte y su instintivo modo de abordar la realidad le
hizo pensar en moradas recónditas donde seres eminentemente superiores, manejaban sus destinos
y los del mundo. Una enmarañada gama de religiones y leyendas pasaron a ser parte del patrimonio
cultural de todos los pueblos de la tierra, como muestra inequívoca de esa enorme curiosidad
intelectual que nos ha embargado desde el principio de la historia. El desarrollo del pensamiento
científico ha desplazado la frontera del conocimiento hacia ámbitos antaño especulativos,
dejándonos un amplio marco de conceptos e ideas y entregándonos valiosas herramientas para
juzgar y desarrollar nuestras propias opiniones a la hora de mirar el enorme espacio lleno de vida
que nos rodea.
Este trabajo, es una breve revisión de las teorías cosmológicas que tratan de explicar como surgió el
universo y cual sería su forma geométrica a la luz de los conocimientos científicos actuales. El
camino recorrido ha sido extenso, pero es mucho más lo que queda por caminar, y como suele
ocurrir, el desafío está siempre planteado para ésta y las próximas generaciones.
Benjamín Pérez Villena, abril de 1993
1. UN PEQUEÑO PUNTO EN EL TIEMPO Y EN EL
ESPACIO
Si un mosquito, uno de esos que apenas vive un día, quisiese seguir paso a paso
el desarrollo de un hombre, que al menos vive 70 años, tendría el serio
inconveniente de perderse el 99.9% de la vida de ese hombre. El anhelo del
mosquito sería entonces, una utopía, porque moriría mucho antes de resolver sus
interrogantes acerca de como nace, como vive y como muere un ser humano. Si
existiese un mosquito que realmente tuviese la curiosidad por estudiarnos, no
lograría nada si observase a un sólo hombre. Pero si se fijara en un grupo de
ellos, se daría cuenta que, afortunadamente para sus pretensiones, cada uno vive
en un estado evolutivo diferente. De esta manera, observaría a un niño, un joven
buen mozo, a un adulto y a un longevo anciano concluyendo que cada uno
representa una etapa evolutiva diferente del hombre y que estas se suceden en
forma continuada desde su nacimiento hasta su muerte.
Si comparamos la existencia humana con la edad del universo, nuestra situación
no sería distinta a la del mosquito. Los científicos han estimado que tiene unos
15.000 millones de años, cifra que ridiculiza nuestros tres millones de años como
especie inteligente. En consecuencia, no podemos sentarnos a esperar que la
evolución cósmica desfile ante nuestros ojos para entender así su funcionamiento.
Sin embargo, para nosotros, es de gran fortuna el hecho de que cada componente
estelar (estrellas, galaxias, etc.), se encuentre en una etapa evolutiva diferente, lo
cual nos ha permitido determinar con gran exactitud, como nacen, evolucionan y
se extinguen.
Para tener una idea más o meno clara acerca de la enorme extensión temporal del
cosmos, juguemos con la imaginación y atengámonos a las sugerencias de Carl
Sagan para graficar lo que ha sido de éste desde sus orígenes. El famoso
astrónomo estadounidense ideó un calendario cósmico en el que la totalidad de
los 15.000 millones de años atribuidos al universo transcurren en un año terrestre.
Según esta analogía, un segundo representa 500 años de nuestra historia y
podemos fechar los acontecimientos más significativos de la manera siguiente.
Calendario Cósmico de Carl Sagan
1 de enero 00:00 horas
Se produce el Big Bang, la explosión inicial del
huevo cósmico que dio origen al universo.
1 de enero 00:10 horas
Se forman los primeros átomos y la energía
irradiada va llenando poco a poco el naciente
espacio-tiempo.
1 de septiembre 00:00 horas
00:00 Horas Se produce la formación del
Sistema Solar a partir de una nube de gas y
polvo.
25 de septiembre 00:00 horas
En la Tierra, hacen su aparición los primeros
seres vivientes (microscópicos)
15 de diciembre 00:00 horas
Se rompe el monopolio de las algas verdeazules con la llamada explosión del cámbrico,
donde los seres vivos se diversificaron de forma
violenta adaptándose a los ambientes más
disímiles.
24 de diciembre 00:00 horas
Aparecen los dinosaurios, dominadores
absolutos del planeta durante 160 millones de
años, hasta su extinción el 29 de diciembre.
31 de diciembre 23:00 horas
Aparece el Homo sapiens
31 de diciembre 23:59:00 horas
El hombre comienza a vivir en la edad de piedra
31 de diciembre 23:59:52 horas
Surge el imperio babilónico.
31 de diciembre 23:59:56 horas
Estamos en los tiempos de Jesús y del
emperador romano Augusto
31 de diciembre 23.59:59 horas
Cristóbal Colón descubre América.
31 de diciembre 24:00 horas
Tiempo presente.
De acuerdo a este calendario, toda la historia humana transcurre en el último
minuto, de la última hora, del 31 de diciembre. Esto nos da una gráfica idea de lo
efímera que ha sido nuestra existencia comparada con la evolución del universo.
Pero nuestra insignificancia va más allá: el lugar físico que ocupamos en el
espacio no representa más que un átomo flotando en un océano inconmensurable.
Las distancias que nos separan de los planetas y las estrellas son tan grandes que
es imposible usar las unidades de longitud terrestres como el kilómetro o la milla
para medirlas en su totalidad sin enredarnos con cifras exageradamente grandes y
nada de prácticas. Se utilizan en cambio unidades más grandes que nos permiten
conceptuar de mejor manera estas inmensidades. Una de ellas es el año luz, que
equivale aproximadamente a 9 billones de kilómetros de longitud. Corresponde al
tiempo que demora la luz para recorrer dicha distancia y es útil para localizar
objetos lejanos como galaxias, cúmulos estelares y cuásares. Otra unidad de
medida es la unidad astronómica (U.A.) que corresponde a la distancia que separa
la tierra del sol y equivale aproximadamente a 150 millones de kilómetros. Es
utilizado frecuentemente para las mediciones dentro de nuestro sistema solar.
Paralelamente a lo que hicimos con la edad del universo, empleando el calendario
de Sagan, construyamos un modelo a escala del sistema solar para comprender
más fácilmente el significado de la vastedad del espacio.
Imaginemos, por ejemplo, que un millón de kilómetros equivale a un metro de
nuestra escala. En estas condiciones, el sol sería una esfera de de 2 metros de
diámetro y la ubicaríamos en el centro de nuestro modelo. Mercurio, el planeta
más cercano a él, se ubicaría a 57 metros de distancia con un diámetro de medio
centímetro. Venus sería una esfera de 1,2 centímetros y orbitaría a 108 metros
del sol. Nuestro planeta se movería a 150 metros de distancia también con un
diámetro de 1,2 centímetros. Marte, el más lejano de los planetas interiores,
orbitaría a 228 metros del sol y mediría algo más de 0,6 centímetros. El más
grande de todos los planetas, Júpiter, deberá ubicarse a 778 metros de nuestro
sol y sería una bola de 14,2 centímetros de diámetro. Saturno estaría a 1,4
kilómetros de distancia y mediría 12 centímetros. Urano y Neptuno medirían 4,7 y
4,4 centímetros de largo respectivamente y orbitarían en el mismo orden a 1,5 y
2,8 kilómetros del sol. Por último Plutón mediría 0,58 centímetros y se ubicaría a
5,9 kilómetros de nuestra esfera mayor. Ahora bien, si seguimos midiendo las
distancias interestelares, la estrella más cercana al sol deberá ubicarse a 45 mil
kilómetros y nuestro modelo a escala ya no cabría sobre la tierra (que tiene un
diámetro de 12 mil kilómetros).
2. LA TEORIA DEL BIG BANG
El Big Bang, que en habla anglosajona quiere decir "gran explosión", es una de las
teorías científicas más populares y actualmente goza de un alto grado de
aceptación. Ella se basa fundamentalmente en acontecimientos físicos como la
expansión del universo, las cantidades relativas de hidrógeno y helio, y la
existencia de la radiación térmica cosmológica (radiación de fondo).
La historia del Big Bang se inicia a mediados del siglo XIX, cuando el científico
holandés Cristian Doppler, descubre el fenómeno físico que le hizo famoso: El
efecto Doppler (ver figura).
Este se presenta cuando una fuente de ondas o energía se desplaza en forma
radial (esto es, alejándose o acercándose) a un espectador o receptor. Así, éste
recibe mayor o menor cantidad de ondas por unidad de tiempo según el sentido de
desplazamiento de la fuente emisora. Si hacemos una analogía, se vislumbrará
más fácilmente lo que ocurre: supongamos que un observador se encuentra
parado a un costado de la vía férrea esperando ver pasar el tren. Y supongamos
también que éste se acerca al observador sonando su bocina en forma
ininterrumpida. A medida que se acerca, el espectador captará que el sonido se
hace cada vez más agudo, hasta el momento en que el tren pasa junto a él. Desde
ese instante, el sonido irá bajando paulatinamente de tono, tornándose más grave,
hasta hacerse inaudible por la distancia. Esto se explica porque las ondas de
sonido viajan en la misma dirección del tren cuando éste se aproxima, debido a lo
cual, se comprimen y el receptor recibe más de ellas por unidad de tiempo. Al
alejarse el tren, las ondas viajan en sentido contrario a la fuente emisora lo cual
produce su dilatación, recibiendo el espectador menos ondas por unidad de
tiempo. Ello produce la gravedad del sonido. Como este fenómeno afecta a todo
tipo de ondas, inclusive a las electromagnéticas, era de esperarse que lo mismo
ocurriese con la luz visible, que es, en esencia, un tipo de onda.
Posteriormente, a comienzos del siglo XX, el efecto Doppler fue utilizado por Vesto
Slipher, astrónomo del observatorio Lowell en Estados Unidos, para analizar el
espectro luminoso de galaxias lejanas. Como ocurre con el sonido, una fuente
luminosa emitirá más ondas de luz por unidad de tiempo si se acerca a nosotros a
una velocidad considerable. Ocurrirá lo contrario si se aleja. Las ondas más largas
del espectro luminoso corresponden a la luz de color rojo, mientras que las más
cortas, al violeta. Como Slipher descubrió que las ondas de luz provenientes de la
mayoría las galaxias observadas por él se alargaban (se corrían hacia el rojo del
espectro), infirió que todas ellas se alejaban de nosotros, exceptuando aquellas
pertenecientes al grupo local. Parecían huir del sistema solar como si se tratase
de una enorme fuga. Esto, en un principio, desconcertó a los científicos. ¿Por qué
las galaxias se alejaban unas de otras?. Se llegó a la conclusión que el universo
en que vivimos se está expandiendo. Esta apreciación fue respaldada en 1929
cuando el astrónomo estadounidense Edwin Hubble trabajando en el observatorio
de Monte Wilson estableció su "ley de recesión de las galaxias", según la cual, la
velocidad con que las galaxias se alejan es directamente proporcional a la
distancia en que se encuentran. Como en toda proporción, existe una constante, a
esta se le llamó "constante de Hubble"(H), cuyo valor actual es
H = v/d = 160 kilómetros/segundo P.M.C.
Esto significa que las galaxias se alejan de nosotros acelerando 160 kilómetros
por segundo en cada millón de años luz que recorren.
Albert Einstein enunció entre 1915 y 1917 un marco teórico más o menos acabado
acerca del universo. Su teoría general de la relatividad sentó las bases para el
desarrollo de ecuaciones matemáticas que, en cierta forma, afirmaban el equilibrio
general del universo y la recesión de las galaxias. El astrónomo holandés De Sitter
trabajó sobre ellas y planteó el primer modelo del universo en expansión. En este
mismo sentido lo hicieron también Alexander Friedmann y George Henri Lemaître,
quienes aplicaron las conclusiones de Einstein en favor del universo expansivo.
Sin embargo, el modelo de Lemaître postulaba que el universo se expandía no
sólo por las evidencias matemáticas encontradas por Einstein, sino también
debido a un fenómeno físico: una gran explosión. El científico ruso-americano
George Gamow bautizó el modelo de Lemaître como "teoría del Big Bang" y desde
1948 se convirtió en uno de sus más osados defensores.
La teoría del Big Bang supone que toda la materia del universo estuvo, en un
comienzo, concentrada en un mismo lugar del espacio. Esta masa de volumen
pequeño (comparado con la extensión del universo) fue bautizada como "huevo
cósmico" por Gamow o "átomo primitivo" por Lemaître. Si toda la materia existente
en el universo estuvo concentrada en una sola estructura, su densidad debió ser
inimaginablemente grande. De igual forma, se estima que su temperatura alcanzó
unos 100 mil millones de grados Celsius. En tales condiciones, ni siquiera
existirían los átomos como los ha definido la química. Al explotar, la energía fue
transformándose paulatinamente en materia, a medida que se alejaba es todas
direcciones. En un instante nacían tiempo y espacio.
Al transcurrir los primeros tres minutos, recién comienzan a aparecer los núcleos
de los átomos más sencillos, hidrógeno y helio. Los cálculos matemáticos
predijeron que su formación desde un principio, se hizo en razón de cuatro átomos
de hidrógeno por uno de helio. Las mediciones actuales confirman un porcentaje
de 75% para el hidrógeno y 25% para el helio. Los átomos más pesados, como el
hierro, el carbono, el cobre y el resto de los elementos de la tabla periódica, fueron
creados, según se cree, en el interior de las estrellas de gran masa, quienes los
esparcieron por el cosmos al explotar como supernovas
.
Debieron pasar cientos de miles de años desde la gran explosión para que el
choque entre las partículas elementales disminuyera, lo que permitió que los
núcleos atómicos capturaran sus electrones. Al mismo tiempo, la temperatura fue
descendiendo gradualmente y la velocidad de expansión de la materia fue cada
vez menor. Los fragmentos del huevo cósmico diseminados en todas direcciones,
se fueron condensando y formaron lo que hoy son galaxias, estrellas, planetas y
todos los cuerpos celestes conocidos.
Haciendo una pequeña analogía, podemos decir que la evolución del universo
equivaldría, en cierta forma, a lo que ocurre con una nube de vapor de agua que
se expande en el aire. A medida que se enfría, el agua se transforma en líquido, y
si no se le suministra calor, su enfriamiento continúa hasta llegar al estado sólido.
La relación entre expansión y enfriamiento es tan estrecha, que los científicos han
logrado, a partir de ella, calcular con gran exactitud la temperatura teórica a la que
debería encontrarse el universo en la actualidad. Tal temperatura es de 3 K (en la
escala absoluta de Kelvin) o -270 grados Celsius bajo cero. Ahora bien, un cuerpo
a una temperatura determinada, emite radiaciones electromagnéticas
características de esa temperatura y era de esperarse que existiese algún tipo de
radiación que confirmase los 3 K calculados para el universo. No fue sino hasta la
primavera boreal de 1964 cuando los astrónomos estadounidenses Arno Penzias
y Robert Wilson, efectuando mediciones de ondas de radio en New Jersey,
Estados Unidos, con una antena de la Bell Telephone, descubrieron una radiación
de fondo que interfería con su trabajo y que no podían eliminar, ya que parecía
provenir de todo el universo. Inmediatamente dieron la noticia a los físicos de la
Universidad de Princeton que trabajaban en la teoría del Big Bang. Ellos
confirmaron que dicha radiación era el "fósil físico" buscado por los científicos que
correspondería a la radiación electromagnética que emite un cuerpo a 3 grados
kelvin. Naturalmente, este descubrimiento, uno de los más importantes de la radio
astronomía significó un fuerte respaldo a la teoría del Big Bang. Penzias y Wilson
recibieron el premio Nobel de física por el descubrimiento de lo que
posteriormente se denominó "radiación térmica cosmológica".
3. TEORÍA DEL UNIVERSO PULSANTE
Muchos científicos se inclinan a pensar que la evolución del universo abarca una
dimensión temporal que va mucho más allá de la explosión primordial y de la
actual expansión. Sostienen que el tiempo y el espacio no se crearon
conjuntamente con el Big bang, sino que consideran al cosmos como una entidad
eterna. Esta tesis, llamada teoría del universo pulsante, viene a responder la
siguiente pregunta: ¿qué había antes del Big bang?
Las agrupaciones de galaxias y los cúmulos estelares, se mueven separándose
unos de otros en franca expansión. La teoría del Big bang supone que la velocidad
de recesión de dichos objetos era mayor en el pasado que hoy. La teoría del
universo pulsante sostiene que en un futuro inminente, la fuerza gravitatoria
resultante del universo será capaz de frenar su expansión, hasta el punto de iniciar
el proceso contrario, es decir, una contracción. Todos los cuerpos celestes
comenzarían a acercarse unos a otros a una velocidad cada vez mayor, hasta
encontrarse en un mismo punto y constituir otra vez el huevo cósmico. (Bigcrunch). Este huevo, después de cierto lapso de tiempo, volvería a estallar, dando
origen a otro universo expansivo
.
El ciclo se repetiría eternamente, perpetuándose en el tiempo. Nuestro universo
sería el último de muchos surgidos en el pasado, luego de sucesivas explosiones
y contracciones (pulsaciones). El momento en que el universo se desploma sobre
sí mismo atraído por su propia gravedad es conocido como "Big crunch" en el
ambiente científico. El Big crunch marcaría el fin de nuestro universo y el
nacimiento de otro nuevo, tras el subsiguiente Big bang que lo forme. Si esta
teoría llegase a tener pleno respaldo, el Big crunch ocurriría dentro de unos 150
mil millones de años. Si nos remitimos al calendario de Sagan, esto sería dentro
de unos 10 años a partir del 31 de diciembre
4. TEORIA DEL ESTADO ESTACIONARIO
Si bien es cierto la teoría del Big bang goza de una popularidad abrumadora, no
todos los científicos comparten sus postulados. Muchos consideran que el
universo es una entidad que no tiene principio ni fin. No tiene principio porque no
comenzó con una gran explosión ni se colapsará, en un futuro lejano, para volver
a nacer.
La teoría que se opone a la tesis de un universo evolucionario es conocida como
"teoría del estado estacionario" o "de creación continua" y nace a principios del
siglo XX, cuando la idea de que el universo debería presentar el mismo aspecto
desde cualquier punto de observación, comenzaba a prender entre los
investigadores. Parecía lógico pensar que la distribución de la materia interestelar
era regular y que ninguna galaxia tendría privilegios en lo que se refiere a su
posición en el espacio. El impulsor de esta idea fue el astrónomo inglés Edward
Milne y según ella, los datos recabados por la observación de un objeto ubicado a
millones de años luz, deben ser idénticos a los obtenidos en la observación de la
Vía láctea desde la misma distancia. Milne llamó a su tesis "principio cosmológico
perfecto". En 1948 los astrónomos Herman Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle
retomaron este pensamiento y le añadieron nuevos conceptos. Nace así el
"principio cosmológico perfecto" como alternativa para quienes rechazaban de
plano la teoría del Big bang.
Dicho principio establece, en primer lugar, que el universo no tiene un génesis ni
un final, ya que la materia interestelar siempre ha existido. En segundo término,
sostiene que el aspecto general del universo, no sólo es idéntico en el espacio,
sino también en el tiempo. De esta forma, el cosmos se ha mantenido igual y con
una densidad constante desde siempre. Evidentemente, en el futuro, tampoco
cambiará.
Sin embargo, existen realidades irrefutables que tales ideas parecen contradecir.
En efecto, si el universo se mantiene igual tanto en el espacio como en el tiempo,
¿cómo explicar la actual expansión de las galaxias, que paulatinamente
terminarán por cambiar el aspecto del cosmos?. ¿Cómo se explica la
transformación continua de hidrógeno en helio que traerá como consecuencia la
formación de un universo saturado de materiales pesados y galaxias envejecidas?
Los tres astrónomos explicaron al respecto que el aspecto del cosmos no variará,
porque el espacio dejado por las galaxias que se alejan será ocupado por nuevos
conglomerados que irán surgiendo por la condensación de la materia creada
continuamente a partir de la nada. Dicha afirmación, un tanto extravagante, parece
violar la ley de la conservación de la energía. Sin embargo, para el trío de
científicos, bastará que surja (a partir de la nada) un sólo átomo de hidrógeno por
cada mil millones de metros cúbicos de espacio en forma constante, para que el
hidrógeno del universo sea renovado y reemplace a aquél que sea consumido en
las reacciones termonucleares de las estrellas. ( Algunos astrónomos sugieren
que la materia creada proviene de la transformación de energía generada por la
misma expansión de las galaxias, tal como lo postuló Einstein en su famosa
ecuación E=m*c2. Hasta el momento, ningún instrumento creado por el hombre ha
sido capaz de detectar la creación de un sólo átomo de hidrógeno en un espacio
tan grande, por lo esta tesis esta por demostrarse
5. GEOMETRIA DEL UNIVERSO
Los hombres de la antigüedad imaginaban que el cielo estaba contenido en una
enorme bóveda esférica que giraba permanentemente sobre sus cabezas. Las
estrellas formaban caprichosas figuras geométricas que en la mente de los más
imaginativos, adquirían las más extrañas formas. De ahí el nombre de bóveda
celeste poblada por una gran variedad de seres y objetos mitológicos que nos
hablan de la fascinación del hombre por este hermoso velo negro.
Al mirarlo, es difícil sustraerse al asombro y la curiosidad ¿Qué tan profundo es
este abismo celestial impenetrable?. Los instrumentos ópticos más perfectos que
hemos construido, nos han mostrado una porción de universo equivalente a una
esfera de 15 mil millones de años luz de radio. Más allá, se perfila por ahora, un
universo totalmente desconocido.
Tan misteriosa como la extensión del universo, es su forma. Muchos científicos
han dedicado gran parte de su tiempo a investigar sobre la geometría del cosmos,
entre ellos, el mismo Albert Einstein. Galardonado con el premio Nobel en 1922, el
joven Einstein tenía 26 años cuando revolucionó la física clásica y el pensamiento
científico con su teoría de la relatividad (1905). Esta se convirtió pronto en una
nueva herramienta que permitió a los científicos indagar más a fondo en los
problemas planteados en cosmología, permitiendo la elaboración de teorías muy
concretas.
Es sabido que el espacio físico donde nos movemos posee una geometría
euclidiana, cuyos axiomas los aprendemos año a año en las clases de
matemáticas impartidas desde temprana edad. En este espacio tridimensional,
una línea recta, que es una infinita sucesión de puntos, se prolonga
indefinidamente en una dirección determinada. De acuerdo con la teoría de
Einstein, la presencia de un cuerpo masivo distorsiona el espacio tiempo a su
alrededor. El 29 de mayo de 1919 se pudo comprobar esta tesis al producirse un
eclipse de sol. La luz de las estrellas que se encontraban en la dirección del astro
rey presentaban, efectivamente, las desviaciones en su trayectoria que Einstein
había predicho. Por tanto, en el universo, el espacio físico se ve distorsionado por
la presencia de cuerpos de enorme masa, y un rayo de luz, que tiene una
trayectoria rectilínea, se desvía. Podemos concluir entonces que, mientras el
espacio a escala local es de geometría euclidiana, a gran escala adquiere una
geometría influenciada por la relatividad.
Los modelos teóricos ideados por los científicos consideran dos aspectos de vital
importancia: la densidad del cosmos y la fuerza de gravedad que la materia
genera. Ambos se encuentran estrechamente ligados al posible desarrollo que
tenga la evolución del universo en el futuro. Esto se apreciará a continuación.
Los modelos básicos del universo son tres (ver figura):
1) El universo plano con geometría euclidiana.
2) El universo esférico relativista o de curvatura positiva.
3) El universo hiperbólico o de curvatura negativa.
Supongamos que la expansión actual del universo pudiera frenarse de alguna
forma. Imaginemos que en un momento dado, la velocidad de escape de las
galaxias fuese contrarrestada por la acción gravitatoria de las mismas. Se llegaría
a un estado de equilibrio donde no habría expansión ni contracción. En este caso
estaríamos frente a un universo plano euclidiano de tamaño infinito.
Ahora bien, si pensamos en un universo que posee la fuerza suficiente para iniciar
una contracción (universo pulsante), el cosmos sería cerrado y enmarcado dentro
de una geometría esférica. La expansión del universo sería equivalente a inflar un
globo, donde todos los puntos de la superficie se separan unos de otros. La esfera
representa una superficie finita e ilimitada, donde existen dos dimensiones que se
curvan en una tercera. Si caminamos por esta superficie esférica en línea recta,
terminaremos por llegar al punto de partida. Paralelamente, el modelo esférico del
universo consta de tres dimensiones que se curvan en una cuarta debido a la
distorsión del espacio tiempo según hemos visto. Un rayo de luz que viaje en línea
recta, terminaría por llegar a su lugar de origen en este universo relativista.
En cambio, si el universo no tuviese la fuerza gravitatoria suficiente para frenar su
expansión, Entonces todos los cuerpos celestes, se separarían por siempre unos
de otros y se enfriarían para dar origen a un universo oscuro y de densidad casi
nula. Se curvará negativamente, adquiriendo una geometría hiperbólica similar, en
apariencia, a una silla de montar.
Es importante destacar que el universo, actualmente en expansión, solo será
capaz de frenarse si existe una fuerza gravitatoria neta que lo haga posible. Y para
que exista tal fuerza, se requiere una cantidad determinada de materia que la
genere. Los cálculos actuales tendientes a encontrar la masa del universo, nos
hablan de un número inferior al mínimo que se necesita para detener el avance de
las galaxias, lo que implicaría que vivimos en un universo hiperbólico, con todas
las características señaladas para el tercer modelo. Pero la duda persiste aún en
el mundo científico. Muchos investigadores opinan que, con la tecnología actual,
es imposible detectar la totalidad de la masa del universo, habiendo partículas
"invisibles" para nuestros instrumentos. Esta cantidad de materia obscura cubriría
la masa faltante para lograr una fuerza gravitatoria capaz de frenar al universo,
incluso, iniciar su contracción.
6.CONSIDERACIONES FINALES
En 1992, el satélite de observación espacial de la NASA COBE, descubrió que la
radiación térmica cosmológica o radiación de fondo, no existe de manera
homogénea en el cosmos, sino que presenta una serie de irregularidades, las
cuales estaban predichas por la tesis del Big bang. Esto viene a dar un fuerte
respaldo a dicha teoría y confirma que sólo el avance de la ciencia y la tecnología
puede acercarnos a una realidad más certera. En la actualidad, la cosmología ha
tomado de la física cuántica y de la teoría del caos, además de la relatividad, los
soportes teórico-matemáticos para describir con mayor exactitud el
comportamiento del macrocosmos.