La escala del Universo y nuestro lugar en él
martes, 7 de mayo de 2013
La escala del universo y nuestro lugar en él
El tamaño del universo, y su estructura global, es incognoscible, e inimaginable. Traduzco la sección The Scale of the Universe del libro de David Christian Maps of Time:
El universo comenzó inimaginablemente pequeño, y ahora es inimaginablemente grande. De una manera u otra, para intentar entender la historia de su creación, hemos de intentar captar las escalas espaciales, además de las temporales, a las que se ha narrado esa historia. Nunca podemos llegar a comprender plenamente estas escalas, pero vale la pena hacer el esfuerzo.
Si el universo tiene 13.000 millones de años, esto quiere decir que no podemos ver nada que se halle más lejos de 13.000 millones de años-luz, ya que nada puede viajar más deprisa que la luz, y esa es toda la distancia que la luz ha podido recorrer desde los orígenes del universo. Pero el universo puede ser de hecho más grande que esto, pues el concepto de inflación sugiere que en el primer segundo de su existencia el espacio-tiempo en el que se halla inserto el universo se expandió mucho más rápido que la velocidad de la luz. Si esto es así, el universo real puede ser millones de billones de veces más grande que el universo observable. De hecho, si diferentes partes se expandieron de modos diferentes, puede haber miles de millones de universos diferentes, cada uno con leyes físicas ligeramente diferentes.
En la práctica, claro, es imposible captar incluso el tamaño del universo visible. Para pasar del tamaño de la partícula subatómica más pequeña al conglomerado de galaxias mayor, debemos multiplicar por diez 36 veces. El mayor conglomerado de galaxias es de 1036 veces el tamaño de la partícula más pequeña conocida. Semejantes proposiciones significan poco para nosotros; para comenzar siquiera a pensar a escalas de ese tipo hemos de hacer un esfuerzo especial con la imaginación. Podría ayudarnos un experimento mental que puede hacernos captar de golpe lo que son las escalas muy grandes.
Las galaxias grandes como la Vía Láctea contienen algo así como 100.000 millones de estrellas cada una. Las galaxias más grandes todavía pueden contener hasta un billón, de modo que unos 100.000 millones podría ser una representación adecuada del tamaño de una galaxia media. Por lo que sabemos hay también algo así como unos 100.000 millones de galaxias en el universo observable. ¿Cuánto es 100.000 millones? Imagínese un montón de 100.000 millones de granos de arroz: sería suficiente para llenar un edificio del tamaño de la ópera de Sydney. Eso da una idea de cuántas estrellas hay solamente en nuestra propia galaxia. Para representar el número de estrellas de todo el universo visible, habría que construir cien mil millones de Óperas, cada una llena de granos de arroz (Este número total de granos de arroz podría considerarse aproximadamente equivalente al número de granos de arena de todos los desiertos y playas de la Tierra). Pero concentrémonos sólo en una Ópera,, imaginando que representa nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Si usamos ahora los granos de arroz para hacer un modelo a escala de la Vía Láctea, ¿cuál sería la distancai desde nuestra estrella, sentada en el centro de la ópera de Sydney, hasta el grano de arroz más próximo? La estrella más cercana a nosotros es Proxima Centauri, que es parte del triple sistema estelar de Alpha Centauri, el tercer objeto de tipo estelar por orden de brillo que hay en el cielo nocturno. Si nuestro sol fuera del tamaño de un grano de arroz en la ópera de Sydney, Proxima Centauri estaría cerca de la ciudad australiana de Newcastle, a unos 100 kilómetros de distancia, lo cual representa tan sólo unos 4,35 años-luz (más de cuarenta billones de kilómetros o unos 25 billones de millas). En conjunto, hay unas veintiséis estrellas en un radio de 12 años-luz de la Tierra.. (Una es Sirio, que aparece como la estrella más brillante de nuestro cielo en parte porque está tan cerca—sólo a 8,6 años-luz de distancia—y en parte por que es más del doble de voluminosa que nuestro sol, y veintitrés veces más brillante). Para empezar a captar el tamaño de nuestra galaxia no más, debemos imaginar todos los granos de arroz de la Ópera espaciados a esta escala.
Veamos otra manera de intentar captar estas escalas. A un reactor Jumbo le cuesta unas cuatro o cinco horas cruzar un continente grande como Australia o como los Estados Unidos continentales. ¿Cuánto tiempo le llevaría al mismo reactor llegar al Sol? (Cuántos menús de línea aérea deberíamos comer hasta llegar allí?) En un Boeing 747 volando a una velocidad de crucero de unos 900 kilómetros (550 millas) por hora, tardaríamos casi veinte años en llegar al Sol, que está a unos 150 millones de kilómetros (unos 95 millones de millas). Para llegar a nuestra vecina más cercana, Proxima Centauri, ¡le costaría a ese mismo Jumbo más de cinco millones de años! Esta es la distancia de vecinos puerta con puerta en una ciudad galáctica de 100.000 millones de estrellas. Para hacerse una idea del tamaño de la galaxia entera, la Vía Láctea, recuérdese que le cuesta a la luz sólo ocho minutos para llegar a la Tierra desde el Sol, pero que le costaría unos 4 años y 4 meses llegar a Proxima Centauri. El mismo rayo de luz tendría que viajar otros 30.000 años más, o 10.000 veces la distancia a Proxima Centauri, antes de poder llegar al centro de nuestra galaxia.
Aunque de modo improvisado, estos experimentos mentales nos pueden ayudar a empezar a imaginarnos lo grande que es el universo. También sugieren lo pequeñas que son, en términos absolutos, las escalas que normalmente nos atañen como seres humanos. A la escala del Universo, nuestro Sol y nuestra Tierra son motas de materia infinitamente pequeñas.
Estos cálculos sugieren una cosa más que es importante para comprender la historia humana. La situación de nuestra Tierra en el Universo no es en absoluto casual. Podemos existir únicamente porque estamos en una región atípica. La mayor parte del espacio está vacío y frío. De hecho, nuestros experimentos mentales se ocuparon de una galaxia, una región del espacio que contiene cantidades inusuales de materia. Fuera de las galaxias, la materia es mucho menos densa. Nuestra Tierra existe en una región infrecuentemente rica en materia, en una gran galaxia, en la que las supernovas han generado una amplia variedad de elementos. En el seno de esa galaxia, vivimos en una región de formación de estrellas, cerca de una estrella madura. Incluso en la parte más densa de la galaxia, el disco, hay regiones de espacio vacío que normalmente contienen sólo cerca de un átomo por centímetro cúbico. Pero en la atmósfera de la Tierra, puede haber 25 billones de moléculas en el mismo espacio. Y hay energía manando a través de esta materia, la energía emitida cada segundo por el Sol. Dicho de otro modo, la historia humana ha tenido lugar en un bolsillo del Universo denso en materia y repleto de energía. Es la extraordinaria riqueza y complejidad de este entorno la que hizo posible la vida.
(David Christian, Maps of Time 53-55)
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Y aquí, de bonus, más cosmología australiana: el ensayo de Charles Lineweaver "Cosmobiology: Our Place in the Universe." (PDF)
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