¿Qué forma tiene el Universo y hacia dónde se expande?

Sabemos que el Universo se está expandiendo, pero ¿hacia dónde? ¿hay algo afuera? ¿es una esfera que crece hacia la nada, o tiene otra forma? ¿Se puede saber dónde está el centro y dónde están las orillas?

Expansión

Imagina que estás parado en una inmensa superficie de dos dimensiones. A tu alrededor hay algunos objetos… y te das cuenta de que se alejan de ti. ¡Pero están fijos al suelo! ¿Cómo se pueden alejar? La única conclusión es que la superficie, tu universo bidimensional, se está expandiendo. ¿Pero hacia dónde? ¿a dónde se van las cosas? ¿Y por qué se alejan precisamente de ti ¿estás justo en el centro del universo?  Intrigado, empiezas a correr, seguro de que encontrarás una orilla, una frontera. Descubres algo curioso: estés donde estés, todo se aleja de ti, lo que significa que tu lugar no era el centro, sino que todo se aleja de todo.

Después de mucho correr y no encontrar ningún borde del Universo, pasa algo aún más curioso… ¡Llegaste al mismo lugar del que habías partido! ¿Cómo se puede explicar eso?

Resulta que no te habías dado cuenta: tu universo es una superficie bidimensional ¡pero curvada en una tercera dimensión! En este caso, una esfera. Una especie de globo que se está inflando. Si consideras sólo las dos dimensiones de la superficie, preguntarse hacia dónde se expande carece de sentido. Es como preguntarse ¿qué hay más al sur del polo sur? El universo bidimensional no se expande ni a lo largo ni a lo ancho, sino en una tercera dimensión.

¿Hacia donde se expande?

En el Gran Telescopio Milimétrico los investigadores tratan de explicarse la forma del Universo, como ya lo hacían Lemaître, Friedmann y Hubble desde principios del siglo 20, descubriendo que las galaxias se alejaban rápidamente de nosotros. Uno de los principales objetivos científicos es comprender los procesos físicos de la formación de éstas últimas, así como la evolución dinámica del Universo. Para esto, los astrónomos utilizan telescopios como éste, el Gran Telescopio Milimétrico, que se encuentra en Sierra Negra en Puebla; este increíble instrumento es capaz de detectar las galaxias que se formaron en las primeras épocas del Universo; también es posible investigar temas tan diversos como el crecimiento de galaxias y cúmulos y su distribución a gran escala, así como el fondo cósmico de microondas y sus anisotropías, con lo que podemos determinar la tasa de expansión del Universo. Pero… ¡seguimos sin saber hacia dónde es que se expande!

Bueno, pues al igual que en el ejemplo de la superficie plana: por más que viajáramos buscando la orilla del Universo para ver qué hay más allá, nunca la encontraríamos: aunque pudiéramos viajar más rápido que las galaxias, estamos atrapados dentro de las tres dimensiones espaciales, aunque al parecer estaría curvado en una hipotética dimensión extra. 

¿Dimensiones extra? Si esto te confunde un poco, te recomendamos ver nuestro video “¿Cuántas dimensiones existen?”, para que te confundas más. Je je je, no te creas. Esperamos que después de verlo la siguiente explicación te quede un poco más clara. 

¿Significa que el universo es una hiperesfera de 4 dimensiones? ¿O podría tener cualquier forma?

Bueno, pues todavía no lo sabemos. Lo que sí sabemos, gracias a la detección de  la radiación de fondo en microondas es que, a gran escala, el Universo es homogéneo e isotrópico, o sea que, en promedio sus características son iguales en cualquier dirección que lo miremos. A esto se le llama “Principio Cosmológico”, y tiene una gran implicación: ¡el Universo sólo podría tener formas uniformes!, o sea, figuras en las que cada parte que la conforma es igual a cualquier otra parte de esta, ¿pero entonces cuál podría ser esa figura misteriosa?

Como son la materia y la energía  las que deforman el espacio-tiempo, la forma del universo dependerá de la densidad de la materia y energía que contiene. Si la densidad es mayor que cierta “densidad crítica”, el universo dejará de expandirse y en un futuro se contraerá.

Su forma sería cerrada, como una esfera. Si la densidad no es la suficiente, el universo seguirá expandiéndose por siempre y su forma sería abierta, comparable a una silla de montar. Y si la densidad es idéntica a la densidad crítica, entonces el universo sería comparable a una superficie plana. (Recuerda que, aunque nuestras ilustraciones representan superficies bidimensionales curvadas en una tercera dimensión, estamos hablando de espacios tridimensionales curvados en una cuarta dimensión, que son imposibles de representar en un video).

Las mediciones parecen corroborar la idea de que nuestro universo es plano… ¿entonces sí puedes llegar al borde? ¿En qué quedamos? Todo indica que, aunque su geometría es plana, su topología, es decir, su estructura geométrica, podría estar curvada. Por ejemplo, si tomas una hoja de papel plana y juntas dos de sus lados opuestos formarías un tubo. Así, si caminas en una dirección, volverías al punto inicial. Y si de alguna manera lograrás juntar los otros dos extremos tendrías una dona (conocida como “toroide”). Un universo de tres dimensiones curvado en una dona de 4 dimensiones espaciales.

A tí, que vives dentro del universo, te seguiría pareciendo plano, aunque con la característica de que si avanzaras por mucho tiempo y velozmente en una dirección, volverías al punto de partida ¡Como en Pac-man!  De esa manera, tenemos un universo limitado, ¡pero sin orillas!

¿Y la expansión?

Según esta teoría, llamada la “teoría del Toroide 3”, el universo se expande y se contrae al mismo tiempo, sólo que nosotros vivimos en la parte del Universo que se está expandiendo. Aunque este modelo parece muy atractivo, hasta la fecha ¡no sabemos realmente qué forma tiene el Universo! La discusión sigue y sigue… Pero... ¿no te parecería genial vivir en una dona?

¡CuriosaMente!