La evolución del universo

De acuerdo con Tipler y Mosca (2010), el universo se inició con un cataclismo singular llamado big bang y se encuentra en expansión. La primera evidencia de esta expansión fue el descubrimiento por Edwin Powell Hubble de la relación existente entre los desplazamientos hacia el rojo de los espectros de las galaxias y sus distancias a la Tierra. Dado que el desplazamiento hacia el rojo es debido al efecto Doppler, la velocidad de recesión v de una galaxia está relacionada con la distancia r que nos separa de ella por la ley de Hubble:

v = Hr

donde H es la constante de Hubble. Según Resnick et al. (2005), la constante de Hubble tiene las dimensiones de inverso del tiempo. Su valor puede calcularse sólo mediante experimentos: hay que deducir en forma independiente la distancia entre una galaxia y la Tierra, así como la velocidad en relación con ella. La velocidad rececional puede medirse fácilmente usando el corrimiento Doppler de la luz proveniente de la galaxia, pero la escala de distancias es difícil de determinar (de hecho, las primeras estimaciones de Hubble se equivocaron con un factor de 10). La figura 1 ofrece un ejemplo de datos más recientes que confirman la ley de Hubble y dan una serie de valores de su parámetro. El mejor conjunto de datos actuales da un valor de 

H = 72 (km/s) / (Mpc)  

donde Mpc (megaparseg) es una unidad con que suele medirse la distancia de la escala cósmica.

Figura 1. Relación entre velocidad y distancia en grupos y conglomerados de galaxias. Las líneas rectas indican las relaciones de Hubble con varios valores de su parámetro H.

Así que todas las galaxias se están alejando de nosotros y, cuanto más lejos están, más deprisa se alejan. ¿Qué significa este desconcertante fenómeno? ¿Acaso es nuestra galaxia el centro del universo, y todas las demás se alejan de nosotros por alguna extraña razón? En absoluto. Los datos experimentales de velocidades relativas entre galaxias nos muestran que, el mismo fenómeno que observamos desde nuestra galaxia, se observaría desde todas las demás. Si nos situáramos en cualquier galaxia del universo, podríamos ver que, desde ella, son todas las demás las que se están alejando. Desde cualquier galaxia observaríamos el mismo patrón de corrimientos hacia el rojo que desde la nuestra. La explicación más satisfactoria de este fenómeno, y en la que están de acuerdo en la actualidad la inmensa mayoría de los científicos, es que todo el universo, en su conjunto, se expande (Luque et al. 2009).

La radiación de fondo de las microondas cósmicas

Esta radiación producida a los 380 000 años o a ≈ 10^-3 es la huella del Universo caliente de la Gran Explosión y marca el límite de información cósmica que podemos tener a través de la radiación electromagnética (Miramontes y Volke, 2013). De acuerdo con Ruiz (2011), este fondo de radiación fue descubierto de forma casual en 1965 por Arno Penzias y Robert Wilson, durante un experimento de los Laboratorios Bell destinado a mejorar las comunicaciones telefónicas en los Estados Unidos (por este descubrimiento recibirían en 1978 el Premio Nobel).

Las mediciones de la intensidad de este tipo de radiación en varias direcciones muestran lo siguiente: presenta  una intensidad uniforme en todas las direcciones; al parecer no proviene de una fuente particular en el cielo, sino que lo llena totalmente de una modo uniforme, como cabe esperar de la que llenó el universo primitivo. Con todo, las observaciones reciente revelan que hay fluctuaciones de temperatura de unos 10^-5 K entre diversas regiones del cielo. Estos resultados han sido interpretados como prueba de la distribución no uniforme de la materia en el universo primitivo que condujo finalmente a la condensación de las estrellas y de las galaxias (Resnick et al. 2005).

Figura 2. Arno Penzias (derecha) y Robert Wilson, de pie frente a una larga antena de cuerno, con la cual fueron los primeros en detectar la radiación de fondo de microondas.