Escrito por da-beat, el 31 de diciembre de 2009, a las 21:54

La pregunta, aunque lo parezca, no hace referencia al blog (sigue abierto, claramente), sino al Universo. Y es que la pregunta se las trae. Para empezar, ¿qué significa que el Universo sea Abierto o Cerrado? ¿Acaso tiene puertas? Pues no, no hay puertas, así que no os preocupéis, en caso de que el Universo fuera cerrado no debéis tener sensación de claustrofobia. Que el Universo sea Abierto o Cerrado se refiere a la expansión del mismo.

Como supongo que sabéis, el Universo comenzó (a día de hoy) con una gran explosión, llamada Big Bang. Hubo un momento en que todo lo que conocemos estaba concentrado en un punto, en forma de energía. Ese punto explotó y a partir de ahí surgió el Tiempo, el Espacio y la Materia. Más tarde vendrían las estrellas, los planetas y nosotros. Esa explosión es la que hace que el Universo esté en expansión, es decir, cada vez es más grande.

¿Cómo se sabe que el Universo es cada vez más grande si ni siquiera sabemos dónde termina? Fernando Alonso nos puede ayudar con esta pregunta:

¿Que tiene que ver Fernando Alonso en todo esto? El sonido. En el siguiente vídeo lo explican muy bien:

Efectivamente, todos hemos experimentado que los sonidos de objetos que se acercan a nosotros son más agudos y los de objetos que se alejan, más graves (más agudos y más graves del sonido que emiten en realidad). Por eso, cuando simulamos un coche de F1, decimos Ñññññiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiuuuuuuuuuuuuuuuuuummmm (más o menos). La luz, igual que el sonido, es una onda y se comporta de la misma forma. Si traducimos lo que sabemos del sonido a la luz, la iiiiiiiiiiiiiiii es el color azul (ondas más comprimidas) y la uuuuuuuuuuuu el color rojo (ondas más separadas)

Volvamos al Universo. Si miramos la luz de una estrella lejana y la luz que vemos es más azul de lo que debería, significa que la estrella se acerca a nosotros. Por el contrario, si la vemos más roja de lo normal, es porque se aleja. Pues bien, este experimento se hizo a principios del siglo XX y resultó que todas las estrellas presentaban un “desplazamiento al rojo”, es decir, se alejaban de nosotros. Es más, las estrellas más lejanas se alejaban más rápido que las más cercanas. Y no importaba la dirección en que se mirara: TODAS se alejaban.

Conclusión lógica: Si las estrellas se alejan de nosotros, en el pasado estaban más cerca, más en el pasado estaban más cerca aún y hubo un momento en que estuvieron juntas. Ese es el inicio del Big Bang.

Big Bang

Por otra parte, los objetos con masa se atraen unos a otros por la Fuerza de la Gravedad. A más masa, más atracción. Todas las estrellas se atraen unas a otras, así que contribuyen a frenar la expasión del Universo. Es como si lanzamos una pelota al aire. Al principio, por el impulso que le hemos dado, la pelota se aleja del suelo. Pero la Gravedad la frena y llega un momento en que la pelota cae. Eso es porque la atracción de la Tierra es mayor que el impulso que le dimos. Una nave espacial, por el contrario, sube y no cae, porque el impulso recibido es mayor que la atracción de la Tierra.

Así las cosas, la pregunta es: ¿Hay suficiente masa en el Universo para que la Gravedad (atracción) sea mayor que el impulso dado en el Big Bang (repulsión)? Si la respuesta es sí, llegará un momento en que las estrellas dejen de alejarse, se paren y “caigan” unas hacia otras, igual que la pelota, hasta volver a concentrarse en un punto, similar al Big Bang pero al revés. En lugar de una gran explosión sería una Gran Implosión (Big Cruch). Este sería un Universo Cerrado, con un principio y un final.

Por el contrario, si no hay suficiente masa, el impulso del Big Bang será superior a la atracción y las estrellas seguirán alejándose unas de otras (como la nave espacial) para siempre. Este es el Universo Abierto. Tiene un principio, pero no un final.

Entonces, ¿en qué Universo estamos? Pues no lo sabemos todavía. Las medidas que se han hecho han dado un gráfico más o menos así:

inicio.jpg

Y aquí es dónde surge el problema. No sabemos cómo puede continuar esa línea, ya que tenemos que extrapolar y ya vimos lo peligroso que era esto, ya que puede pasar cualquier cosa. Con esos datos se puede dibujar tanto una parábola (Universo Cerrado) como una línea recta (Universo Abierto) como cualquier otra cosa:

futuro.jpg

Y en esas estamos.


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Hay 14 comentarios

  1. Sara Uriol Egido dijo:

    Muy bien eso de utilizar a un asturianín para explicar el efecto Doppler. Por otro lado, ¿cuánto quedará para el Big Crunch?

  2. da-beat dijo:

    Vas adelantada, Sara. Primero habría que deducir si hay un Big Crunch (que no es una chocolatina grande, como pensaba un amigo). En el último gráfico hay dos líneas que acaban en un Big Crunch (la verde y la amarilla), pero es fácil ver que podrían dibujarse muchísimas más. Según la línea amarilla, el Big Crunch sería dentro de 22 mil millones de años, pero según la verde quedarían unos 70 mil millones. Yo no me atrevo a dar fechas para no sembrar el pánico, que ya sabemos cómo somos.

    Por cierto, esto me recuerda una anécdota de una conferencia en la que el ponente estaba diciendo que el Sol se apagaría dentro de unos 5 mil millones de años y, en esto, se levanta una persona que estaba sentada en las filas de atrás, con la cara pálida, como asustado, y pregunta:

    – Perdone, ¿cuánto tiempo ha dicho?

    – Cinco mil millones de años- respondió el ponente.

    Y el hombre, visiblemente aliviado, dijo:

    – Ah, es que le había entendido cinco millones de años.

    Y, como dicen que un gran viaje comienza siempre con un paso, esos millones de años empiezan con uno. Este. Así que, ¡¡FELIZ AÑO NUEVO!!

  3. Caulfield dijo:

    Muy bueno, jeje.

    Por cierto, ¿todo el Espacio, finito o infinito, se creó en el big bang? ¿O se va creando a medida que se expande el Universo?

    Tenía entendido que no sólo las estrellas se alejan de nosotros, sino que lo hacen de forma acelerada, es decir, cada vez más deprisa. ¿Es así? Entonces la ganadora teórica sería la línea roja… yo sigo teniendo esperanzas en el 2012 xD.

    Saludos.

    PD: Creo que no has indicado a qué se refiere el eje vertical de la gráfica (supones que tenemos nivel, jaja). “0, 1, 2, 3″… como decía un profe mío de física en el instituto cuando veía un resultado sin unidades: “qué son? manzanas, peras, qué???”. Obviamente, sí, es la distancia al punto de explosión inicial. Las unidades en las que está expresada ya no lo sé.

    PD2: Hiciste bien en no hablar sobre la gran pandemia (parte II) de nuestro tiempo.

  4. Maly dijo:

    Una vez mas, gran post, y yo sin entender. “Y no importaba la dirección en que se mirara: TODAS se alejaban.” <– Aqui esta mi duda ¿Como es posible que todas las estrellas se alejen en todas direcciones? No implica eso que somos el centro del universo? Osea, segun como lo he leido he pensado que el observador fue el punto donde se condensaba toda la masa del universo y de la que surgió el big bang :S.

    Imagino que como es altamente improbable que el observador sea el punto de origen de todas las cosas unas estrellas deberian “acercarse” a nosotros, no alejarse. Me explico, partiendo del impulso que crea y repele toda la materia, nosotros somos una cantidad de materia mas alejandose de algun centro, por ende, la materia creada “despues” de que nosotros fueramos creados (me refiero con esto a la tierra, el sistema solar o la via lactea, lo que quieras) deberia viajar HACIA NOSOTROS, osea, alejandose tambien del punto de origen, pero tras nuestra estela. No se si se me entiende lo que quiero decir. Nosotros no somos un punto fijo, no se puede aplicar el “efecto Alonso”. Y en fin, sobre la teoria del posible big crunch, visto lo visto, 1º habra que dilucidar que demonios es exactamente la gravedad (sigo esperando lo del graviton, aquel “lo del graviton para otro dia” no se me ha olvidado).

    Un saludo!

  5. Caulfield dijo:

    Habrá que esperar la respuesta del máster da-beat, pero en el caso de que la velocidad aumente a medida que nos alejamos del centro de la explosión (lo cual me suena que es así…), todo se separaría de todo aunque algunas cosas vayan en la misma dirección exacta. Es decir, nos vamos alejando de lo que va “detrás” nuestro (va a menor velocidad que nosotros) y lo que va “delante” nuestro se aleja de nosotros (va a mayor velocidad que nosotros).
    Eso explicaría que mediante el efecto Alonso, digo Doppler xD, veamos que todo se desplaza hacia el rojo.

    PD: Ahora que reviso el post de da-beat, veo que por ahí van los tiros: “Es más, las estrellas más lejanas se alejaban más rápido que las más cercanas. Y no importaba la dirección en que se mirara: TODAS se alejaban.”

  6. Maly dijo:

    Habra que esperar, pero sigo sin entender. Tu mismo lo has dicho, lo que viene tras nosotros, viene eso, TRAS NOSOTROS, se mueve hacia nosotros, se acerca en todo caso, por mucho que nunca llegue a alcanzarnos ya que nosotros nos movemos mas rapido. “TODAS se alejaban”?? Algunas deberian acercarse a nosotros digo yo, aunque se alejen de otra cosa, supongo que es cuestion de perspectiva y que lo que se quiere decir con lo de “todas se alejan” esque todas se alejan, mires por donde mires, pero no de nosotros.

  7. da-beat dijo:

    Bueno, veo que sois buenos alumnos. Vamos a bajar una dimensión y voy a responder a casi todas vuestras preguntas con el mismo ejemplo: Un globo. (Podéis imaginarlo o podéis hacerlo en casa)

    Un globo, sin inflar, es un trozo de goma elástica con una determinada superficie, pongamos por caso 50 cm2, pero podemos imaginar uno mucho más pequeño, incluso uno que, sin inflar, pueda considerarse un punto. Vamos a suponer que ese globo que comienza con el tamaño de un punto enpieza a inflarse hasta que tiene el tamaño de un globo normal que podemos comprar en una tienda. (Ya habréis caido en que el globo simula al Universo). Pues bien, podemos suponer que en este momento posterior al Big Bang surgieron las estrellas y galaxias, así que, con un rotulador, pintamos varios puntos en esa superficie. Una vez hecho (o imaginado) esto, vamos a inflarlo poco a poco respondiendo preguntas:

    1) Caulfield, la superficie del globo se va “creando” a medida que lo vas inflando, no se crea todo cuando empiezas a soplar. Por lo tanto, el Espacio se va creando con la expansión del Universo.

    2) Maly, si te fijas en uno cualquiera de los puntos dibujados, verás que todos los demás se alejan de él, no importa la dirección en que estén. Es, simplemente, porque la superficie cada vez es mayor. Te darás cuenta también que eso no implica que estemos en el centro del Universo. Todos los puntos se alejan de todos, porque todos los puntos estuvieron una vez en el centro (cuando el globo era un punto). De hecho, no existe un “centro del Universo”, al igual que no existe un centro de la superficie del globo.

    3) Para los dos. Podéis ver también que los puntos del globo que están más cerca se separan más despacio que los que están lejos. Esto también es debido a la expansión. El espacio aumenta proporcionalmente a la distancia, pero el tiempo es constante. Como la velocidad se mide en espacio/tiempo, la velocidad es mayor para puntos más lejanos. Ejemplo en el globo: Pensad en el globo en cualquier momento y vamos a fijarnos en 3 puntos cualesquiera, uno de ellos el “nuestro”, de foma que un punto está a 1 centímetro de distancia nuestro y el otro a 5 cm. Si inflamos el globo hasta que las distancias se hayan multiplicado por dos, el primero estará a 2 cm (se ha alejado 1 cm) y el segundo a 10 cm (se ha alejado 5). Pero el tiempo ha sido el mismo, por ejemplo, 1 minuto. Así que las velocidades son de 1 cm/min y 5 cm/min.

    4) Caulfield, llega un momento en que el globo explota. Eso sería el 2012, aunque yo tengo mis dudas en que el ejemplo del globo sea tan exacto 🙂

    Y con eso creo que está casi todo. Por lo demás: Caulfield, la fecha y la hora del post te darán una idea de porqué faltaban las unidades en el gráfico. El eje horizontal es el tamaño relativo del Universo, tomando el tamaño actual como 1, así que no tiene unidades. PD: No sé a qué pandemia te refieres (¿a la tontuna?). Y Maly, lo del gravitón, siento decirlo, vuelvo a dejarlo “para otro día”. No es bueno que haya exceso de información. Las cosas es mejor verlas poco a poco y por hoy es suficiente.

  8. da-beat dijo:

    Maly, desde que empecé a escribir mi comentario hasta que lo publiqué, has vuelto a escribir. Espero que ya lo hayas entendido, como tú dices: todo se aleja de todo, lo mires por donde lo mires, no solo de nosotros.

    Un saludo.

  9. Maly dijo:

    Si, si. Gracias por la explicacion extra, como siempre, la necesitaba. Con lo de los 2 puntos del globo me ha quedado claro. Estaba suponiendo que toda la materia “huia” de un mismo punto, y por eso, la que viene detras de nosotros, o la que se creo despues de nosotros, tendria que venir hacia nosotros, al menos algo de ella. Pero el globo es mas convincente xD.

  10. da-beat dijo:

    Casualmente (otra vez) el chiste de Forges publicado hoy en El País está relacionado con el post:

    Universo cerrado

    Parece que las ovejas (o Forges) suponen que es cerrado.

  11. Benito dijo:

    Al autor del blog, para debatir, meditar, pensar. Y no discutir :

    Afirmar que todo comenzó con el big bang, despues tiempo-espacio-materia (hablando de energia en todas sus vibraciones me imagino que hablarás)
    es caer en que cualquier teoría (TEORIA) bien dicho, aceptada por las comunidades cientificas como la mas certera, (no comprobada), es un acto de de afirmar algo que ni si quiera se comprobo. Soy cientifico, por si las moscas…
    Al igual que la teoria de darwin, es la mas aceptada, pero es teoria, no esta del todo comprobado.
    Por cierto, te dije que soy cientifico?, llamemos astrofisico. Existen estrellas más antiguas que el universo, lo sabias?.
    Yo te pregunto, dado que afirmas algo en tu bloq que según los “Estandares cientificos” es lo mas certero, pero no del todo comprobado.
    Ahora rompansen la mente, si hay estrellas mas antiguas que el universo, que existio primero, el huevo o la gallina? 😉
    Me encantaria tener la respuesta, pero la pregunta de la estrella engloba filosoficamente, astronomicamente, fisicamente, matematicamente, más dudas que soluciones teoricas como la propia del big bang para dar certero la idea que si existio tal explosion, pero nada se sabe que existia antes. Quizas otro universo?. No lo se, pero es fascinante.

    Pd: Disculpen las faltas ortograficas, son las 7 a.m y esto sin dormir haciendo calculos, por cierto tu blog es fascinante., saludos desde Buenos Aires

  12. da-beat dijo:

    Hola, Benito.

    En primer lugar, agradecerte tu comentario. Por supuesto que vamos a pensar o debatir. Afortunadamente, en todo el blog ha habido muchos debates (y espero que hayamos pensado mucho), pero ninguna discusión, así que no vamos a empezar ahora. Y mucho menos por algo en lo que estamos de acuerdo 🙂 Si te fijas, dije:

    Como supongo que sabéis, el Universo comenzó (a día de hoy) con una gran explosión, llamada Big Bang.

    Y recalco lo de “a día de hoy”. Es decir, el Universo no empezó así hace tiempo y probablemente no empezará así dentro de unos años. Simplemente es la teoría que más se ajusta a los datos o los conocimientos actuales. De hecho, si fuera algo definitivo, no habría investigaciones al respecto y tú sabes mejor que nadie, por ser astrofísico, la cantidad de tiempo y dinero que se está dedicando a este tema (sin ir más lejos, en el LHC de Ginebra). De modo que es la mejor teoría disponible, al igual que la Relatividad de Einstein o, como bien citas, la Evolución de Darwin. ¿Qué pasará dentro de unos años? No lo sabemos. Incluso se podría decir, como en el chiste de Forges, que “Nunca lo sabremos”, pero nunca es mucho tiempo, así que…

    En cuanto a las estrellas más viejas que el Universo, (lo que sigue es una opinión personal) el fallo no estaría en la Teoría del Big Bang, sino en nuestra limitada capacidad para medir distancias y tiempos tan grandes. Quiero decir que es pronto para preguntarse si el huevo o la gallina fueron antes, porque no sabemos exactamente cuando ocurrió el Big Bang ni sabemos exactamente a que distancia están (y cómo de viejas son) esas estrellas. De nuevo sabes mejor que nosotros que la edad del Universo (suponiendo válida la Teoría del Big Bang), aunque se estima en 13.500 millones de años, en realidad puede oscilar entre los 10.000 y 20.000 millones. Lo mismo pasa con los métodos utilizados para medir la edad de las estrellas. De hecho creo haber leído en alguna parte que se habían realizado nuevos cálculos y había desaparecido el problema de las estrellas más viejas que el Universo. No lo sé.

    Precisamente de eso trataba el post originalmente: estamos extrapolando, y la extrapolación puede ser muy bonita, pero no deja de ser un entretenimiento. De modo que yo, personalmente y a día de hoy, no me plantearía cambios en la Teoría del Big Bang basándome en unos datos que son, todavía, aproximados. A mi me plantea más dudas a la hora de aceptar el Big Bang la falta de simetría entre materia y antimateria, porque sí podemos considerar más exacto el hecho de que hay más materia que antimateria (lo cuál no significa que sea cierto, pero lo parece) y, según la Teoría del Big Bang, debería haber la misma cantidad de ambas. (Casualmente hablé hace un par de días de esto con unos amigos. Un saludo para ellos si me leen). Como bien dices, es fascinante.

    Espero que sigas viniendo por aquí de vez en cuando. Me encanta tener a un astrofísico entre mis lectores/colaboradores, aunque debo echarte una pequeña bronca (espero que no te parezca mal) sobre las faltas de ortografía. A todos se nos cuela alguna de vez en cuando, pero la próxima vez intenta no ponerlas, aunque sean las 7 a.m. ¿ok?

    Un saludo y, de nuevo, muchísimas gracias por tu aportación.

  13. Benito dijo:

    Querido da-beat Concordamos en todo. La idea
    por último es un placer debatir este tema, y gracias por la bienvenida.
    Con respecto a las faltas y bueno hacemos un esfuerzo asi tu blog se aprecia hacia los lectores. Esa clase de preocupación es la misma a veces con algunos papers te diria!
    Lo único que encuentro erróneo es que si se ha confirmado la existencia de estrellas más viejas que la edad misma del universo. Donde ya por si mismo podemos llegar a pensar entonces en si la teoría del Big Bang es correcta o no, dado que podemos estimar que el universo es más viejo o bien de la existencia de multiuniversos que tambíen esta abalada por grandes científicos hoy en día.
    La respuesta certera y eso esperamos desde la comunidad científica y del conicet que será dada dentro de muy poco tiempo de acuerdo a estudios que va a ser interpretados y vamos a poder estimar y ver muchisimo mejor las fotografías del big bang. Ahora bien, que se puede ver más allá del big bang, es imposible (no tenemos esa tecnología por el momento), de ahi mi comentario por las estrellas que son más viejas que el universo dando pie al comentario de los multiversos. Pero como todo, hay que tener esperanzas, somos curiosos, esta en nuestra naturaleza.
    Saludos cordiales

  14. da-beat dijo:

    Hola de nuevo.
    La verdad es que me cuesta bastante leer lo que escribes. Voy a ver si lo he entendido bien. Creo que dices que SÍ se ha confirmado la existencia de estrellas más viejas que el Universo. Supongo que esa será una afirmación como las que comentabas en tu primera respuesta: serán los datos actuales, pero eso no los convierte en correctos. Más que nada porque esa afirmación es imposible por definición. O hemos medido mal la edad de la estrella o la del Universo. Si las dos medidas están bien, el problema no está en la teoría, sino en las definiciones. Ninguna teoría puede explicar estrellas más antiguas que el Universo con nuestras definiciones actuales de “estrella” y “Universo”, es así de simple. De modo que eso puede haberse medido (no digo que no lo hayan hecho), pero no puede haberse confirmado, porque es imposible.

    Un saludo y, si trabajas en el Conicet, una felicitación por vuestro bicentenario.

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