Miércoles 25 de noviembre de 2015

Waze no serviría para ubicarse en el universo
El Principio Cosmológico hace que las leyes físicas que regulan el cosmos a escalas lo suficientemente grandes sean las mismas, sin importar dónde se esté y hacia dónde se mire, y por ende todo luce igual.
Por Gaspar Galaz
Doctor en astrofísica de la Universidad de París y fue investigador postdoctoral de la Carnegie Institution for Science (EE.UU.). Profesor asociado del Instituto de Astrofísica de la Pontificia Universidad Católica de Chile, del cual también es su director, miembro del Centro de Astro-Ingeniería UC e investigador del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).

A comienzos del siglo XX la pregunta sobre cuáles son las mayores estructuras que pueblan el universo y cómo están distribuidas en el espacio, comenzó a clarificarse. El descubrimiento de Edwin Hubble de la expansión del universo cerca de 1921, a partir de las propiedades espectroscópicas de las galaxias, fue el primer paso. Luego, junto con las estimaciones del mismo Hubble de las distancias de galaxias, más el marco teórico entregado por la Teoría General de la Relatividad de Einstein (en 1915), fueron los ingredientes que entregaron una nueva y extraordinaria imagen del universo. Éste es mucho, mucho más grande de lo que se pensaba en esos momentos, y mucho más antiguo, con un origen probable en una gran explosión ocurrida hace miles de millones de años.


Una vez que, con el paso de las décadas, quedó claro que el universo está poblado por miles de millones de galaxias, la pregunta obvia fue cómo están distribuidas. El modelo más simple postula que su distribución es homogénea e isotrópica. Es decir, el número de galaxias por unidad de volumen es el mismo para cualquier volumen del universo que se observe (u homogeneidad), y que no existe una dirección privilegiada en la cual se observen diferencias en la distribución (o isotropía). Por eso ni Waze podría guiarnos en esas condiciones. Estas dos características en la distribución de galaxias son un caso particular de lo que se conoce como el Principio Cosmológico y constituye el pilar fundamental de la cosmología moderna. Es una pieza fundamental en la interpretación de los observables cosmológicos (como luminosidad de las galaxias, tamaños observados, etc…) dentro de un modelo coherente, el que hoy en día es un universo en expansión acelerada.


La profundidad de las implicancias de este principio van más allá de la distribución de galaxias, pues la homogeneidad e isotropía tienen en realidad que ver con todas las propiedades físicas observables del universo a gran escala. El Principio Cosmológico en toda su extensión, afirma que las propiedades observacionales del universo a escalas suficientemente grandes son las mismas observadas desde cualquier lugar y hacia cualquier dirección: escalas suficientemente grandes, el universo es homogéneo e isotrópico. Por ejemplo, la temperatura del universo en un instante dado, era la misma en todas partes. Hoy la temperatura es menor, pero sigue siendo uniforme en la extensión del universo a gran escala y es lo que llamamos la radiación de fondo cósmica.

Las propiedades observacionales del universo a escalas suficientemente grandes son las mismas observadas desde cualquier lugar y hacia cualquier dirección

Ahora bien, el punto crucial en el Principio Cosmológico es sin duda la premisa inicial, que se aplica a escalas suficientemente grandes. ¿Cómo definir dichas escalas? Ciertamente a escalas como la de nuestra galaxia, de unos 100 mil años luz, existen inhomogeneidades que no lo satisfacen. Es decir, si miramos en una dirección dentro de la Vía Láctea vemos una distribución de estrellas diferente que si miramos en otra. Lo mismo ocurre a escalas equivalentes a la de nuestro Grupo Local de Galaxias –que incluye nuestra galaxia y la gran galaxia espiral de la constelación de Andrómeda, Messier 31–, que alcanza hasta unos 10 millones de años luz.


Sin embargo, a escalas cercanas a los 200 millones de años luz o más, el universo presenta la misma estructura: el de una esponja de mar, con vacíos alternando filamentos que forman grandes estructuras. A esas escalas, todos los observables del universo (por ejemplo su densidad, sus propiedades referentes a la cantidad de radiación emitida, etc.) son las mismas entre un lugar y otro, así como también las propiedades del universo cual sea el volumen que consideremos. La importancia fundamental y subyacente del Principio Cosmológico es que no solamente habitamos un lugar y una época en el cosmos que no tienen ninguna particularidad, sino que permite realizar una descripción de la evolución del universo que no depende desde donde se realizan las observaciones, experimentos y mediciones, ni tampoco hacia donde observamos para obtener dichas propiedades.

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