Biografía de Isaac Newton

Nació el 4 Enero 1643 en Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra

Murió el 31 Marzo 1727 en Londres, Inglaterra

La vida de Isaac Newton puede dividirse en tres periodos bien definidos. El primero abarca desde sus días de infancia hasta su nombramiento para una cátedra en 1669. El segundo periodo desde 1669 hasta 1687 fue el más productivo en el que ocupó la cátedra Lucasiana en Cambridge. El tercer periodo (casi tan largo como los otros dos juntos) vio a Newton como un alto funcionario del gobierno en Londres, excelentemente pagado a quien le quedaba poco interés por la investigación matemática. 

Isaac Newton nació en la casa señorial de Woolsthorpe, cerca de Grantham en Lincolnshire. Aunque por el calendario en uso en la fecha de su nacimiento nació el día de Navidad de 1642, damos en esta biografía la fecha del 4 de Enero de 1643 que es la que corresponde al calendario 'corregido' gregoriano que la pone en la línea con nuestro actual calendario. (El calendario gregoriano no fue adoptado en Inglaterra hasta 1752). Isaac Newton venía de una familia de granjeros pero nunca conoció a su padre, también llamado Isaac Newton, que murió en octubre de 1642, tres meses antes de que naciese su hijo. Aunque el padre de Isaac poseía propiedades y animales que le hacían un hombre bastante acaudalado, era completamente analfabeto y no sabía firmar con su propio nombre. 

La madre de Isaac, Hannah Ayscough se volvió a casar con Barnabas Smith, el ministro de la iglesia de North Witham, un pueblo cercano, cuando Isaac tenía dos años de edad. El joven niño fue entonces dejado al cuidado de su abuela Margery Ayscough en Woolsthorpe. Básicamente tratado como un huérfano, Isaac no tuvo una infancia feliz. Su abuelo James Ayscough no fue nunca mencionado por Isaac en su vida posterior y el hecho de que James no dejase nada a Isaac en su testamento, que hizo cuando el niño tenía diez años, sugiere que no había amor entre ambos. No hay duda de que Isaac sentía mucha amargura hacia su madre y su padrastro Barnabas Smith. Cuando examinaba sus pecados a la edad de diecinueve, Isaac escribía:

 Amenazar a mi padre y madre Smith con quemar la casa con ellos dentro.

A la muerte de su padrastro en 1653, Newton vivía en una amplia familia compuesta de su madre, su abuela, un medio hermano, y dos medio hermanas. Desde poco después de esta época Isaac comenzó asistir a la Free Grammar School en Grantham. Aunque sólo estaba a cinco millas de su casa, Isaac se hospedó con la familia Clark en Grantham. Sin embargo, si trabajo académico no parece fuera muy prometedor. Sus informes escolares le describen como 'perezoso' y 'desatento'. Su madre, ahora una señora con cierta riqueza y tierras, creía que su hijo mayor era la persona adecuada para dirigir sus asuntos y su hacienda. Isaac fue sacado de la escuela pero pronto mostró que no tenía talento, o interés, en administrar una hacienda. 

Un tío, William Ayscough, decidió que Isaac debería prepararse para ingresar en la universidad, y, habiendo persuadido a su madre de que era lo que había que hacer, a Isaac se le permitió regresar a la Escuela Libre de Gramática en Grantham en 1660 para completar su educación escolar. Esta vez se alojó con Stokes, que era el director de la escuela, y parecería que, a pesar de las sugerencias de que antes no había mostrado futuro académico, Isaac debió convencer a alguno de los que le rodeaban de que si lo tenía. Algunas pruebas apuntan a Stokes también persuadiendo a la madre de Isaac para dejarle entrar en la universidad, por lo que es probable que Isaac se hubiera mostrado más prometedor en su primera temporada en la escuela de lo que los informes escolares sugieren. Otra prueba viene de la lista de pecados referida anteriormente. Él relaciona uno de sus pecados como: 

... fijar mi corazón en el dinero, el aprendizaje, y el placer más que en Ti ...

 lo que nos habla de la pasión que Isaac debió tener por el aprendizaje. 

No sabemos nada sobre lo que aprendió Isaac en su preparación para la universidad, pero Stokes era un hombre capaz y casi con certeza dio a Isaac un formación personal y una buena base. No hay pruebas de que aprendiera nada de matemáticas, pero no podemos descartar que Stokes le mostrara los Elementos de Euclides que era bien capaz de enseñar (aunque hay pruebas mencionadas más adelante de que Newton no leyó a Euclides antes de 1663). Abundan las anécdotas sobre un talento mecánico que Isaac mostró en la escuela y se cuentan historias de su habilidad para fabricar modelos de máquinas, en particular relojes y molinos de viento. Sin embargo, cuando los biógrafos buscan información sobre gente famosa hay siempre una tendencia a que la gente informe lo que ellos creen que se espera de ellos, y estas anécdotas pueden estar simplemente inventadas a posteriori por aquellos que sentían que el más famoso científico del mundo debía haber tenido estas habilidades en el colegio. 

Newton ingresó en el viejo College de su tío, el Trinity College de Cambridge, el 5 de Junio de 1661. Era mayor que casi todos sus compañeros estudiantes pero, a pesar del hecho de que su madre estaba bien situada financieramente, ingresó como un 'sizar'. Un sizar en Cambridge era un estudiante que recibía una ayuda para los gastos del colegio a cambio de actuar como sirviente de otros estudiantes. Hay ciertamente alguna ambigüedad en su posición como sizar, ya que parece haberse asociado con los estudiantes de clase alta más que con otros sizars. Westfall ha sugerido que Newton pudo haber tenido a Humphrey Babington, un pariente lejano que era un compañero de Trinity, como su patrón. Esta razonable explicación encajaría bien con lo que se sabe y significa que su madre no le sometió innecesariamente a privaciones como proclaman algunos de sus biógrafos. 

La intención de Newton en Cambridge era graduarse en derecho. La instrucción en Cambridge estaba dominada por la filosofía de Aristóteles pero se permitía alguna libertad de estudio en el tercer año de carrera. Newton estudió la filosofía de Descartes, Gassendi, Hobbes, y en particular a Boyle. La mecánica de la astronomía copernicana de Galileo le atrajo y también estudió la Óptica de Kepler. Registró sus pensamientos en un libro que tituló Quaestiones Quaedam Philosophicae (Cuestiones Filosóficas Ciertas). Es una relación fascinante de cómo las ideas de Newton se estaban formando ya alrededor de 1664. Encabezó el texto con una declaración en latín que significaba 'Platón es mi amigo, Aristóteles es mi amigo, pero mi mejor amiga es la verdad' mostrándose como un pensador libre desde una etapa temprana. 

No está clara la manera en que Newton fue introducido en los textos matemáticos más avanzados de su época. Según de Moivre, el interés de Newton por las matemáticas comenzó en el otoño de 1663 cuando compró un libro de astrología en una feria de Cambridge y descubrió que no podía entender las fórmulas que contenía. Intentando leer un libro de trigonometría, halló que carecía de conocimientos de geometría y por ello decidió leer la edición de Barrow de los Elementos de Euclides. Los primeros escasos resultados fueron tan flojos que casi abandonó pero:

... cambió de idea cuando leyó que paralelogramos sobre la misma base y entre las mismas paralelas son iguales. 

Volviendo al principio, Newton leyó todo el libro con un nuevo respeto. Volvió entonces al Clavis Mathemática de Oughtred y a La Geometrie de Descartes. Newton leyó también la nueva geometría algebraica y analítica de Viète a partir de la edición de Frans van Schooten de los trabajos reunidos de Viète publicada en 1646. Otra obra importante de matemáticas que estudió en esta época fue la recientemente publicada por van Schooten Geometria a Renato Des Cartes que apareció en dos volúmenes en 1659-1651. El libro contenía importantes apéndices de tres de los discípulos de van Schooten, Jan de Witt, Johan Hudde, y Hendrick van Heuraet. Newton también estudió el Algebra de Wallis y parece que su primera obra matemática original partió del estudio de este texto. Leyó el método de Wallis para hallar un cuadrado de igual área que una parábola y una hipérbola que usaba indivisibles. Newton tomó notas sobre el tratamiento de Wallis de las series pero también inventó sus propias pruebas de los teoremas escribiendo:

Así lo hace Wallis, pero puede hacerse así ... 

Sería fácil pensar que el talento de Newton comenzó a emerger a la llegada de Barrow a la cátedra Lucasiana de Cambridge en 1663 cuando se convirtió en un alumno del Trinity College. Ciertamente la fecha encaja con el inicio los estudios matemáticos profundos de Newton. Sin embargo, parece que la fecha de 1663 es sólo una coincidencia y que no fue hasta algunos años después cuando Barrow reconoció al genio matemático entre sus alumnos. 

A pesar de algunas pruebas de que su progreso no había sido particularmente bueno, Newton fue elegido becario el 28 de abril de 1665. Parecería que su genio científico todavía no había emergido, pero lo hizo de forma repentina cuando la peste cerró la universidad en el verano de 1665 y tuvo que regresar a Lincolnshire. Allí, en un periodo de menos de dos años, mientras Newton tenía todavía menos de 25 años, inició revolucionarios avances en matemáticas, óptica, física, y astronomía. 

Mientras Newton estuvo en su casa, sentó las bases para el cálculo diferencial e integral, varios años antes de su descubrimiento independiente por Leibniz. El 'método de flujos' (fluxions), como él lo llamó, estaba basado en su crucial y agudo análisis de que la integración de una función es simplemente el procedimiento inverso a su diferenciación. Tomando la diferenciación como la operación básica, Newton creó métodos analíticos simples que unificaban muchas técnicas separadas desarrolladas anteriormente para resolver problemas aparentemente sin relación tales como hallar áreas, tangentes, las longitudes de las curvas y los máximos y mínimos de las funciones. El De Methodis Serierum et Fluxionum de Newton fue escrito en 1671 pero no consiguió publicarlo y no apareció en imprenta hasta que John Coilson lo tradujo al inglés en 1736.

Cuando la Universidad de Cambridge reabrió tras la plaga en 1667, Newton se presentó como candidato para una beca. En octubre fue elegido para una beca menor en el Trinity College pero, tras ser decretado su Grado de Maestría, fue elegido para una beca importante en Julio de 1668 que le permitió cenar en la Mesa de Becarios. En Julio de 1669 Barrow intentó asegurarse de que los logros matemáticos de Newton eran dados a conocer al mundo. Envió el texto de Newton De Analysi a Collins de Londres escribiendo:

[Newton] me trajo el otro día algunos papeles, en los que anotaba métodos para calcular las dimensiones de magnitudes como la del Sr. Mercator referente a la hipérbola, pero muy general; como también de resolver ecuaciones; lo que supongo que le satisfará a Vd.; y se los enviaré próximamente. 

Collins mantenía correspondencia con todos los matemáticos prominentes de la época por lo que la acción de Barrow debería haber llevado a un rápido reconocimiento. Collins mostró a Brouncker, el Presidente de la Royal Society, los resultados de Newton (con el permiso del autor) pero después de esto Newton solicitó que se le devolviera su manuscrito. Collins no pudo dar una crónica detallada pero Sluze y Gregory aprendieron algo de la obra de Newton a través de Collins. Barrow dimitió de la cátedra Lucasiana en 1669 para dedicarse a la religión, recomendando que Newton (todavía con sólo 27 años) fuera designado en su lugar. Poco después de esto Newton visitó Londres y se reunió dos veces con Collins pero, como escribió a Gregory:

... no conociéndolo bien, no creí apropiado apremiarle a que comunicara nada. 

La primera obra de Newton como profesor de la cátedra Lucasiana fue sobre óptica y éste fue el contenido de su primera clase del curso que empezó en 1670. Había alcanzado la conclusión durante los dos años de epidemia de que la luz blanca no es una entidad simple. Cada científico desde Aristóteles había creído que la luz blanca era una entidad simple básica, pero la aberración cromática en la lente de un telescopio convenció a Newton en otro sentido. Cuando pasó un fino haz de luz solar a través de un prisma de cristal, Newton percibió el espectro de colores que se formaba. 

Arguyó que la luz blanca es en realidad una mezcla de muchos tipos diferentes de rayos que se refractan a ángulos ligeramente diferentes, y que cada tipo diferente de rayo produce un diferente color espectral. Newton llegó por este razonamiento a la conclusión errónea de que los telescopios que usan lentes refractoras sufren aberración cromática. Por consiguiente propuso y construyó un telescopio reflector. 

 

En 1672 Newton fue elegido miembro de la Royal Society tras donar un telescopio reflector. También en 1672 publicó su primer artículo científico sobre la luz y el color en el Philosophical Transactions of the Royal Society. El artículo fue bien recibido en general pero Hooke y Huygens objetaron al intento de Newton de probar, sólo por la experimentación, que la luz se compone del movimiento de pequeñas partículas en lugar de ondas. La acogida que recibió esta publicación no mejoró la actitud de Newton para hacer que sus resultados se conocieran en el mundo. Siempre empujó en dos direcciones, había algo en su naturaleza que quería la fama y el reconocimiento aunque su otra cara temía las críticas y la forma más fácil de evitar ser criticado era no publicar nada. Ciertamente se podría decir que esta reacción a las críticas era irracional, y ciertamente su objetivo de humillar a Hooke en público a causa de sus opiniones era anormal. Sin embargo, debido a la ya gran reputación de Newton, su teoría corpuscular reinó hasta que la teoría ondulatoria fue resucitada en el siglo XIX.

Las relaciones de Newton con Hooke se deterioraron aun más cuando, en 1675, Hooke afirmó que Newton había robado algunos de sus resultados en óptica. Aunque los dos hombres hicieron las paces con un intercambio de cartas corteses, Newton se encerró sobre sí mismo y se alejó de la Royal Society que él asociaba con Hooke como uno de sus líderes. Retrasó la publicación de una relación completa de sus investigaciones ópticas hasta después de la muerte de Hooke en 1703. 'Optiks' apareció en 1704. Trataba de la teoría de la luz y el color y de:

• Investigaciones de los colores de finas láminas
• 'los anillos de Newton' y
• la difracción de la luz.

Para explicar alguna de sus observaciones tuvo que usar una teoría de ondas de la luz en conjunción con su teoría corpuscular. 

Otra disputa, esta vez con los Jesuitas Ingleses de Lieja sobre su teoría del color, condujo a un violento intercambio de cartas; después, en 1678, parece haber sufrido una depresión nerviosa. Su madre murió al año siguiente y él se replegó más sobre sí mismo, mezclándose lo menos posible con la gente durante unos cuantos años. 

El mayor logro de Newton fue su obra sobre física y mecánica celeste, que culminó en la teoría de la gravitación universal. Alrededor de 1666 Newton tenía versiones tempranas de sus tres leyes de movimiento. Había descubierto también la ley que daba la fuerza centrífuga de un cuerpo que se movía uniformemente en una trayectoria circular. Sin embargo, no tenía una correcta comprensión de la mecánica del movimiento circular. 

La nueva idea de Newton de 1666 fue imaginar que la gravedad de la Tierra influenciaba a la Luna, contrarrestando su fuerza centrífuga. A partir de su ley de la fuerza centrífuga y de la tercera ley del movimiento planetario de Kepler, Newton dedujo la ley del cuadrado inverso.

En 1679 Newton se carteó con Hooke que había escrito a Newton afirmando: 

... que la Atracción siempre está en proporción doble a la Distancia desde el Centro Recíproco ...

M. Nauenberg escribe a cuenta de los acontecimientos siguientes:

Tras su correspondencia de 1679 con Hooke, Newton, por su propia cuenta, encontró una prueba de que la ley de áreas de Kepler era consecuencia de las fuerzas centrípetas, y también mostró que si la curva orbital es una elipse6 bajo la acción de fuerzas centrales entonces la dependencia radial de la fuerza es el cuadrado inverso de la distancia desde el centro. 

Este descubrimiento mostró la importancia física de la segunda ley de Kepler. 

En 1684 Halley, cansado de la jactancia de Hooke [M. Nauenberg]:

... preguntó a Newton qué órbita seguía un cuerpo bajo una fuerza del cuadrado inverso, y Newton respondió inmediatamente que sería una elipse. Sin embargo en De Motu..  sólo dio prueba del teorema contrario de que si la órbita es una elipse, la fuerza es el cuadrado inverso. La prueba de que las fuerzas del cuadrado inverso implican órbitas de sección cónica está bosquejada en Cor. 1 a Prop. 13  en el Libro 1 de la segunda y tercera edición de los Principia, pero no en la primera edición. 

Halley persuadió a Newton para que escribiera un tratado completo de su nueva física y su aplicación a la astronomía. Un año después (1687) Newton publicó la Philosophiae naturalis principia mathematica o Principia como se le ha conocido siempre. 

A Principia se le reconoce como el libro científico más importante jamás escrito. Newton analizó el movimiento de los cuerpos en medios resistentes y no resistentes bajo la acción de fuerzas centrípetas. Los resultados fueron aplicados a los cuerpos en órbita, proyectiles, péndulos, y a la caída libre cerca de la Tierra. Además demostró que los planetas eran atraídos hacia el Sol por una fuerza que varía con el cuadrado inverso de la distancia y generalizó que todos los cuerpos celestes se atraen mutuamente unos a otros. 

Una generalización posterior llevó a Newton a la ley de la gravitación universal:

... toda materia atrae a toda otra materia con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.

Newton explicó un amplio rango de fenómenos previamente inconexos: las órbitas excéntricas de los cometas, las mareas y sus variaciones, la precesión del eje de la Tierra, y la perturbación del movimiento de la Luna por la gravedad del Sol. Este trabajo hizo a Newton un líder internacional en investigación científica. Los científicos continentales no aceptaban la idea de la acción a distancia y continuaban creyendo en la teoría del vórtice de Descartes en la que las fuerzas funcionan a través del contacto. Sin embargo esto no detuvo la admiración universal por la habilidad técnica de Newton. 

James II se convirtió en rey de Gran Bretaña el 6 de Febrero de 1685. Se había convertido a la iglesia Católica Romana en 1669 pero cuando llegó al trono tuvo un fuerte apoyo de los anglicanos al igual que de los católicos. Sin embargo se produjeron rebeliones, que James acalló pero comenzó a desconfiar de los protestantes y comenzó a nombrar oficiales católicos para el ejército. Después fue más lejos, nombrando sólo católicos como jueces y altos cargos del estado. En cuanto quedaba vacante un puesto en Oxford o Cambridge, el rey nombraba a un católico para cubrirlo. Newton era un protestante acérrimo y se opuso con fuerza a lo que veía como un ataque contra la Universidad de Cambridge. 

Cuando el rey intentó insistir en que a un monje benedictino se le graduase sin hacer ningún examen o prestar los juramentos requeridos, Newton escribió al rector:

Sea valiente y firme con las Leyes y no podrá fallar.

El rector aceptó el consejo de Newton y fue despedido de su puesto. Sin embargo Newton continuó discutiendo el caso con fuerza preparando documentos para ser usados por la Universidad en su defensa. Sin embargo William de Orange había sido invitado por muchos líderes para llevar un ejército a Inglaterra para derrocar a James. William desembarcó en noviembre de 1688 y James, viendo que los protestantes habían abandonado su ejército, huyó a Francia. La Universidad de Cambridge eligió a Newton, ahora famoso por su fuerte defensa de la universidad, como uno de sus dos miembros en la Asamblea del Parlamento el 15 de enero de 1689. Este Parlamento declaró que James había abdicado y en febrero de 1689 ofreció la corona a William y Mary. Newton estaba en la cima de su fama, visto como un líder de la universidad y uno de los matemáticos más eminentes del mundo. Sin embargo, su elección al Parlamento pudo haber sido el suceso que le permitió ver que había una vida en Londres que podía atraerle más que el mundo académico de Cambridge. 

Tras sufrir una segunda depresión nerviosa en 1693, Newton abandonó la investigación. Las razones para su depresión han sido discutidas por sus biógrafos y se han propuesto muchas teorías: envenenamiento químico como resultado de sus experimentos alquímicos; frustración con sus investigaciones; el fin de una amistad personal con Fatio de Duillier, un matemático suizo residente en Londres; y problemas resultantes de sus creencias religiosas. El propio Newton culpaba a la falta de sueño pero esto era casi con certeza un síntoma de la enfermedad más que su causa. Parece haber poco motivo para suponer que la enfermedad fuera otra cosa que depresión, una enfermedad mental que debió haber sufrido desde muy atrás en su vida, quizás agravada por alguno de los acontecimientos que acabamos de mencionar. 

Newton decidió abandonar Cambridge para ocupar un puesto de gobierno en Londres convirtiéndose en el Guardián de la Casa Real de la Moneda en 1696 y en Maestre en 1699. Sin embargo, no dimitió de sus puestos en Cambridge hasta 1701. Como Maestre de la Casa de la Moneda, añadido a los ingresos de sus posesiones, Newton se hizo un hombre muy rico. Para mucha gente un puesto como el de Maestre de la Casa de la Moneda habría sido tratado como simplemente una recompensa por sus logros científicos. Newton no lo vio así e hizo una gran contribución al trabajo de la Casa de la Moneda. La dirigió durante el difícil periodo de reacuñación y fue particularmente activo en las medidas para prevenir la falsificación.

En 1703 fue elegido presidente de la Royal Society y fue reelegido cada año hasta su muerte. Fue armado caballero en 1705 por la Reina Ana, el primer científico en recibir tal honor por su trabajo. Sin embargo la última parte de su vida no fue fácil, dominada en muchos aspectos por la controversia con Leibniz sobre quién había inventado el cálculo infinitesimal. 

Dada la furia que Newton había mostrado a lo largo de su vida cuando era criticado, no es de extrañar que lanzara un temperamento irracional dirigido contra Leibniz. Hemos dado detalles de su controversia en la biografía de Leibniz y referimos al lector a ese artículo para más detalles. Quizá lo único que merece la pena citar aquí es cómo Newton usó su posición como presidente de la Royal Society. En uso de su potestad, nombró un comité 'imparcial' para decidir si él o Leibniz fue el inventor del cálculo infinitesimal. Escribió el informe oficial del comité (aunque por supuesto no aparece bajo su nombre) que fue publicado por la Royal Society, y después escribió una reseña (de nuevo de forma anónima) que apareció en el Philosophical Transactions of the Royal Society.

El asistente de Newton, Whiston, que había sido testigo de primera mano de su cólera, escribió:

Newton fue uno los más temerosos, cautelosos y recelosos temperamentos que jamás conocí.

Artículo de: J J O'Connor y E F Robertson

MacTutor History of Mathematics Archive

Traducción: Jesús Canive

¿Qué es la energía oscura?

Rob Knop, Profesor de Ciencias Físicas de la Universidad Quest de Canadá.

Transcripción y traducción del Podcast 365 days of Astronomy.

Recientemente he hablado sobre el tema que mereció el Premio Nobel de este año, la aceleración en la expansión de universo. Cabría preguntarse por qué no puedo evitar hablar sobre este Premio Nobel, y la verdad es que simplemente creo que es genial. No es sólo porque el Premio Nobel se haya dado a un trabajo de astronomía y en particular de cosmología, sino también porque se trata de una investigación de la que yo era una parte importante cuando se hizo el descubrimiento.

El universo se está acelerando. Hoy, quiero hablar de lo poco que sabemos acerca de por qué el universo se está acelerando. En primer lugar, ¿por qué es sorprendente? El universo está lleno de cosas. En lo que respecta a la gravedad, normalmente pensamos que las cosas se atraen entre sí. Si el universo se está expandiendo, esas cosas se separan; la acción de la gravedad, por tanto, sería frenar la expansión, dado que la fuerza de gravedad intentara juntar a todas las cosas. Pero, cuando intentamos medir la historia de la expansión del universo, descubrimos que en realidad la expansión se está acelerando. Para explicar esto, decimos que el universo está lleno de una sustancia misteriosa llamada "energía oscura", una sustancia que tiene un efecto gravitacional negativo. Es decir, su gravedad empuja las cosas a separarse en lugar atraerlas.

¿Qué es exactamente la energía oscura? La verdad es que no lo sabemos. Es el nombre que le damos a nuestra ignorancia. Eso no quiere decir que no tengamos ideas acerca de lo que puede ser. De hecho, una idea es que la energía oscura no es algo real sino más bien un indicador de que nuestras teorías sobre la gravedad se vienen abajo cuando se consideran grandes escalas. De esta manera, podría ser análogo al éter luminífero de comienzos del siglo XX, el medio hipotético con respecto al cual se movía la luz. De hecho, el éter no era algo real en absoluto; se postuló como indicador de que nuestras teorías ya no eran adecuadas para explicar la realidad al nivel que éramos capaces de medirla. Finalmente fue reemplazado por la teoría de la Relatividad Especial, la teoría que se extendía desde la teoría de Newton a las teorías de la mecánica que funcionan a una velocidad mucho menor que la velocidad de la luz. Es posible que la energía oscura sea lo mismo, una indicación de que nuestra teoría de la gravedad de la Relatividad General no funciona muy bien a escala universal.

Sin embargo, para el resto del artículo, voy a asumir que la Relatividad General -una teoría muy bien probada que sabemos predice las cosas sobre una amplia gama de escalas espaciales- es una teoría correcta y que se aplica incluso al universo como un todo. Si es así, necesitaremos algunas cosas, como la energía oscura, para explicar la aceleración observada de expansión del universo.

Podemos añadir un poco más, sin embargo. No es que digamos simplemente, "bueno, el universo se está expandiendo, así qué existe la energía oscura" Para que el universo se expanda según lo descrito por la Relatividad General, la energía oscura tiene que tener algunas propiedades particulares. Sin embargo para entender lo que son estas propiedades, tenemos que hablar de gravedad.

En una visión tradicional newtoniana, la masa provoca gravedad. La Tierra orbita al Sol. Debido a la gran masa del Sol éste ejerce una fuerza gravitacional sobre la Tierra que la mantiene en órbita. Se podría decir, según la teoría de Newton, que la masa es el origen de la gravedad. Sin embargo, nuestra teoría moderna de la gravedad -que da las mismas respuestas que la teoría de Newton para cosas como satélites orbitando la Tierra o la Tierra orbitando el Sol- se llama Relatividad General. Para comprender el origen de la gravedad de la Relatividad General, tenemos que volver a una de las ecuaciones fundamentales de la relatividad y de hecho una de las ecuaciones más famosas: E=mc².

¿Qué significa E=mc²? A la izquierda, E significa energía. A la derecha, m representa la masa, y c la velocidad de la luz. Lo que está diciendo esta ecuación es que la masa es sólo una forma de energía; la ecuación es el factor de conversión que permite calcular la cantidad de energía, en unidades de energía como julios o calorías o kilovatios-hora, que hay en una cierta cantidad de masa (masa en unidades de masa como gramos o kilogramos). Masa y energía son, en cierto sentido, lo mismo. Bueno, no del todo, porque hay formas de energía distintas a la masa, pero la masa es sólo una forma de energía. Dado que la velocidad de la luz es un número enorme, en la vida cotidiana, mc² va a ser mucho, mucho más grande que cualquier otra forma de energía con la que tratemos. Por ejemplo, si un coche va a 100 km/h, la cantidad de energía en su movimiento -su energía cinética- es cien billones de veces más pequeña que mc², la cantidad de energía en la masa del coche.

En la Relatividad General, la masa no es el origen de la gravedad, sino de la energía. De hecho, mientras que en la gravedad de Newton a menudo se trata con un montón de masas individuales y se suman los efectos de todas esas masas para averiguar la fuerza gravitacional, en la Relatividad General tenemos que considerar la densidad de energía en un punto en el espacio y en todos los puntos cercanos, para calcular cual será la gravedad. Recordemos que mientras las cosas no se mueven a velocidades cercanas a la de luz, la gran mayoría de la energía total de algo es su energía de masa, lo que significa que muchas veces, la diferencia entre la densidad de energía y la densidad de energía sólo de masa, es insignificante. Por lo tanto, es justo decir que casi siempre, la fuente de la gravedad en Relatividad General es de hecho sólo densidad de masa, al igual que en gravedad tradicional.

Sin embargo, no tiene por qué ser así. Resulta que en el universo muy temprano (antes de que tuviera 100 mil años), la densidad de energía de la radiación, la luz, era superior a la densidad de energía de la materia. Como usted probablemente sabe, el fotón, la partícula de luz, tiene masa cero. Esto significa que en el universo temprano, la gravedad estaba dominada por la densidad de las cosas que tenían masa cero, pero no tenían energía cero. (¿Qué sucedió con toda la densidad de energía de esa luz? Se perdió en el desvío al rojo. A medida que el universo se expande, también lo hacen las longitudes de onda de los fotones. Cada fotón pierde energía, hasta el punto que hoy en día, la densidad de energía en fotones es insignificante en comparación con la densidad de energía en la materia normal).

Para describir el origen de la gravedad en la Relatividad General, no podemos hablar simplemente de masa, sino que tenemos que hablar de energía en general. Si consideramos un fluido que puede encontrarse en el espacio, podemos parametrizar su densidad de energía de dos maneras. En primer lugar, está sólo su densidad de energía, la cantidad de energía hay ahí y en segundo lugar, está la presión.

Pero ¿De dónde viene esta presión? Puede que usted sepa lo que es presión si nos referimos a la presión de aire. Por ejemplo tratar de apretar un globo de goma inflado. ¿De dónde viene esta presión a nivel microscópico? Se trata de los movimientos de las moléculas. Cuando se intenta comprimir el globo, este resiste. La razón por la que resiste es que todas las moléculas de aire que hay dentro del globo rebotan contra las paredes del globo, tratando de empujarla hacia afuera. Así, la presión está relacionada con los movimientos de las moléculas. Y porque hay energía -energía cinética- en movimiento, la presión representa la densidad de energía como resultado de ese movimiento.

Es importante recordar esto. No estamos hablando de presión como algo que está ejerciendo una fuerza propia. Sí, lo hace, la presión de aire mantiene el globo, y la presión del agua puede aplastarle si desciende demasiado profundo bajo el agua. Pero, en cuanto a la gravedad, esto no es importante. Lo importante es que la presión es un sustituto de la energía que hay en el movimiento de las moléculas o las partículas de un fluido.

Consideremos la materia normal. La materia normal, en forma de galaxias, normalmente se desplaza a una velocidad mucho menor que la velocidad de la luz. Por esa razón, su presión es insignificante en comparación con su densidad de energía, donde su energía es principalmente en su masa según E=mc². Le sorprenderá saber que los cosmólogos describirían al aire como "presión cero". Lo que realmente indican con eso es que la densidad de energía en el movimiento de moléculas de aire, representado por su presión, es mucho menor que la densidad de energía del aire. Por lo tanto, la materia normal tiene presión cero.

En la Relatividad General, aplicada a la expansión del universo, el origen de la gravedad es la densidad de energía, más tres veces la presión. Recordemos una vez más que la presión aquí no es nada que empuja, como normalmente se suele considerar la presión, sino que la presión es una forma de representar esa parte de la densidad de energía que tiene que ver con los movimientos de partículas. Para la materia normal, la presión efectiva es cero, como ya he descrito. Para la radiación -cosas como la luz, es decir, fotones- la presión es un tercio de la densidad de energía. Para la radiación, el origen de la gravedad es superior para una determinada cantidad de densidad de energía de lo que es para la masa únicamente, como he dicho antes.

Analicemos esto. Si el origen de la gravedad es la densidad de energía más tres veces la presión, entonces si tenemos una presión negativa, y es lo suficientemente negativa, entonces tendremos algo que proporciona gravedad negativa. Así es como se define la energía oscura. Es algo cuya presión es igual a menos un tercio negativo su densidad de energía.

¿Qué significa presión negativa? Es más bien una tensión. Si se intenta apretar un globo de goma, la presión empuja contra usted. Si se intenta estirar una goma elástica, su tensión intenta volver atrás sobre sí misma. Seguramente estará pensando que la presión negativa hizo que el universo se expandiera más rápido. Así es. Una vez más, no caiga en la trampa de pensar que es la presión misma la que empuja esta expansión. Por el contrario, es la gravedad resultante de esta presión quien lo hace. El hecho de que estemos hablando acerca de presión quizás es un poco engañoso; Estamos hablando de cómo la dinámica de la materia se relaciona con la densidad de energía de esa materia. Y, pensando en esos términos, tengo que admitir que me cuesta mucho formarme una imagen del verdadero significado de "presión negativa".

Así que ¿Qué puede tener presión negativa? El ejemplo más evidente es la energía del vacío. Partiendo de una región del espacio. Sacar todo de esa región del espacio; sacar todos los átomos, todos los fotones, todos los neutrinos, toda la materia oscura, por lo que no hay nada a la izquierda. Cuando queda nada, como resultado de la mecánica cuántica, todavía puede haber cierta densidad de energía residual. Esta densidad de energía es la energía del vacío; la energía que está presente sólo en el propio espacio. Esta densidad de energía de vacío tiene presión negativa; de hecho, resulta que la presión de la energía del vacío es igual a una vez negativa la densidad de energía. Si ponemos eso en la ecuación para el origen de la gravedad, que está relacionada con la densidad de energía más tres veces la presión, obtendremos una fuente de gravedad igual a dos veces negativas la densidad de energía de vacío. Por lo tanto, la energía del vacío es una posibilidad para la energía oscura; de hecho, muchas personas piensan que es la posibilidad más probable.

Puede que haya oído hablar de la constante cosmológica de Einstein. Einstein creyó que podría introducir este término en sus ecuaciones de la Relatividad General sin modificar la teoría. Introdujo esta constante porque se dio cuenta que cuando se aplica la teoría al universo como un todo, éste o bien se está expandiendo o bien se está contrayendo. En aquel momento, todo el mundo creía que el universo era estático. Einstein introdujo la constante cosmológica, que tuvo un efecto gravitacional negativo, a fin de equilibrar la atracción de toda la masa y lograr un equilibrio frágil que condujo a un universo inestable, pero estático. Poco después, cuando descubrimos que de hecho el universo se está expandiendo, Einstein descartó la constante cosmológica, refiriéndose a su inclusión como intento de hacer que su teoría predijera un universo estático como su error más grande. Después de todo, si no hubiera hecho eso, podía haber predicho la expansión del universo antes de que se observara, pudiendo haber sido famoso por ello.

La constante cosmológica, que resulta, está directamente relacionada con la densidad de energía del vacío. De hecho, los términos constante cosmológica y densidad de energía de vacío son efectivamente intercambiables. Así, se podría decir que la constante cosmológica es una posibilidad para la energía oscura; es sólo que tiene exactamente la misma posibilidad de serlo que la energía del vacío.

Hay muchas otras posibilidades para la energía oscura; todas ellas tienen una presión negativa, pero no exactamente igual a la de la densidad de energía de cualquier materia. Tratamos de establecer los límites de lo qué podría ser la energía oscura, hacemos experimentos que son sensibles a la proporción entre la presión y la densidad de energía de la energía oscura. Esto afectará a la historia de expansión del universo, así como algunas otras cosas. Utilizamos la letra w para esta relación; w es la presión de la energía oscura, dividida por la densidad de energía de la energía oscura. Si w=-1, entonces la energía oscura es sólo energía de vacío.

Ahora mismo, los mejores límites hallados para w nos dicen que es tiene un valor aproximado de -1, con una incertidumbre menor de ±0.1. Sería una gran noticia si pudiéramos averiguar que w es distinto de -1, incluso sólo un poco, porque eso significaría que la energía oscura no puede ser la energía del vacío. Hasta ahora, sin embargo, a medida que hemos ido disminuyendo los márgenes de error en w, el valor ha permanecido consistente con -1. No podemos probar que es exactamente -1, sólo podemos mejorar esos márgenes de error. Mientras la situación se mantenga como ahora, podremos decir que nuestras mediciones son consistentes con que la energía oscura es la energía del vacío, pero no podremos descartar todo lo demás.

Hay otras razones para creer que la energía del vacío es real. Una es la teoría cuántica de campos. Esta teoría predice que debería haber una cierta cantidad de energía residual en el  "punto cero", o nivel de vacío, de todos los diversos campos cuánticos que existen. Para cada partícula -fotón, electrón, neutrino- hay un campo cuántico correspondiente. El resultado de estos campos de vacío cuántico se han medido en el efecto Casimir. Dos planchas de metal puestas una al lado de la otra en el vacío experimentan una fuerza entre sí como resultado de que algunas longitudes de onda específicas de los campos cuánticos están excluidas por la pequeña distancia entre las dos placas.

Sin embargo hay un problema con nuestra comprensión teórica de estos campos cuánticos. Un cálculo de la teoría cuántica de campos un tanto “naive” del valor que debe tener la densidad de energía de vacío, da un número que es 120 órdenes de magnitud más grande que lo que medimos a partir de la expansión del universo.  Si la energía del vacío fuera realmente tan grande, el universo hubiera crecido exponencialmente, tan rápido que las galaxias nunca hubieran tenido tiempo de formarse. Este factor de diez elevado a 120 a menudo se considera una de las peores predicciones teóricas de la física. Por lo tanto, lo que nos queda es la idea de que la energía del vacío podría ser real según la teoría cuántica de campos, pero con la situación incómoda de que su valor medido es enormemente distinto de lo que predice nuestra actual teoría.

¿Es la energía oscura energía de vacío? Tal vez. Probablemente. Pero podría ser algo más. En cualquier caso es más seguro decir que no entendemos completamente la energía oscura, y de hecho nuestra comprensión es lo suficientemente débil como para que la energía oscura no sea algo real en absoluto, pero puede ser un indicador del colapso de nuestras teorías cuando son aplicadas a escalas de tamaño universal. Sin embargo, la energía oscura puede ser algo real y puede ser energía de vacío, o puede ser algo más exótico. Los cosmólogos están tratando de saber más sobre la energía oscura midiendo w, esta relación entre la presión y la densidad de energía, es el primer parámetro además de su densidad que podemos intentar medir. Esperemos que en los próximos 10-20 años, descubramos algo sobre w y quizás también sobre cuánto ha cambiado w, si es que ha realmente cambiado, a lo largo de la historia del universo.

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Nueva visión de los Pilares de la Creación

Dr. EMILY BALDWIN - Astronomy Now

El observatorio espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea (ESA) ha obtenido impresionantes imágenes de los pilares de la creación, imagen mítica obtenida por el telescopio espacial Hubble en 1995.

La región es parte de la Nebulosa del Águila, o M16, un lugar de nacimiento de estrellas situado a 6.500 años luz de distancia. En ella el polvo y los pilares de gas se elevan varios años luz por encima de sus alrededores y han sido tallados por la intensa radiación de estrellas jóvenes que se encuentran cerca de sus extremos.



Imagen de la Nebulosa del Águila en luz visible. Arriba a la derecha la icónica imagen del Hubble. Abajo a la derecha imagen en el infrarrojo cercano del VLT del ESO. Créditos: MPG/ESO (imagen principal); NASA/ESA/STScI (Hubble); VLT/ISAAC/AIP/ESO (infrarrojo cercano).

Mientras que el Hubble es sensible a la luz visible, Herschel puede ver en infrarrojo, dando a los astrónomos la posibilidad de ver a través del polvo que en longitudes de onda de luz visible oscurece la percepción de la imagen. Con esta capacidad Herschel puede ver dentro de las columnas de gas frío y polvo y de esta forma localizar las zonas en las que este material colapsa formando nuevas estrellas.

En la vista en falso color de Herschel el material azul es cálido en comparación a sus alrededores, aunque todavía por debajo de -200 grados Celsius, las zonas de azul más brillante y blanco muestran material más denso y por lo tanto son zonas de formación de nuevas estrellas. Eventualmente, las jóvenes estrellas se liberan de los envoltorios de material que las rodea y se hacen visibles en longitudes de onda ópticas. Las regiones rojas son mucho más frías, sólo unas pocas decenas de grados por encima del cero absoluto (-273 grados Celsius), pero las zonas de color rojo brillante y las zonas anaranjadas muestran racimos de polvo frío donde es probable que se inicie el proceso de contracción y, eventualmente, se inicien nuevas estrellas.



Nueva imagen del Herschel de los Pilares de la Creación en infrarrojo cecano (arriba derecha), cúmulo central NGC 6611 del XMM-Newton's X-ray (abajo derecha) combinada con la imagen principal. Crédito: ESA/Herschel/PACS/SPIRE/HOBYS Consortium.

“Estas observaciones revelan lo complicado que es la formación de estrellas”, dice el profesor Glenn White de la Open University y The Rutherford Appleton Laboratory. “El entorno local en la Nebulosa del águila es probablemente muy similar al que había cuando se formó nuestro propio sistema Solar hace casi 5 millones de años, por lo que ver estas imágenes es un poco como usar una máquina del tiempo para ver cómo debe haber nacido nuestro propio sistema Solar. En la Nebulosa del águila estamos observando la formación de estrellas individuales, así como viendo la forma en que la radiación de una generación anterior de estrellas, formada varios millones de años antes, puede inducir la formación de estrellas nuevas en nuestra galaxia".

La visión en infrarrojo lejano del Herschel se complementa con observaciones en rayos x de la nave espacial XMM-Newton de la ESA y observaciones ópticas y infrarrojo cercano realizadas con el telescopio terrestres VLT desde el ESO, así como el Hubble, proporcionando una vista multibanda de esta región de formación estelar, y revelando también la ubicación de estrellas jóvenes en el cúmulo estelar central, NGC 6611, responsable de la erosión de los pilares. Los astrónomos sospechan que una de las estrellas más masivas del cúmulo pudo haber agotado su suministro de combustible y haber explotado como supernova, contribuyendo a la erosión de los pilares.

Para saber más: ESA/Herschel

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¿Dónde está el centro del Universo?

Rob Knop

Antes de abordar la cuestión de saber dónde está el centro del universo, quiero dar un paso atrás para comentar por qué algunas personas esperan que haya un centro del universo. Puede parecer obvio, pero es un asunto que merece ser abordado. Sabemos que el universo se está expandiendo, y que se ha expandido mucho desde un estado muy caliente y muy denso hasta alcanzar lo que hoy vemos a nuestro alrededor. El nombre de la teoría que describe esta evolución es la teoría del Big Bang. El Big Bang se describe a menudo como una explosión, aunque, por razones que no analizaré, esta no es realmente una manera adecuada de pensar. Sin embargo, el resultado del Big Bang es que todo se está alejando de todo lo demás. De hecho, si nos fijamos en otras galaxias cercanas, las vemos alejarse de nosotros exactamente igual que lo vería una partícula proyectada por una explosión con respecto a otras partículas de la creciente nube de escombros de dicha explosión.

Y, por lo tanto, dado que el universo comenzó con un Big Bang, es muy natural preguntarse, ¿Dónde sucedió este Big Bang? ¿Cuál es el punto central del que se aleja todo lo demás?

Por desgracia, resulta que esto no es realmente una cuestión significativa. Se basa en un malentendido de lo que la teoría del Big Bang dice realmente sobre el Universo, que a su vez viene del hecho de que, a pesar de que el Big Bang es una gran teoría que ha sido confirmada por un gran número de observaciones, no ha recibido el nombre adecuado para describir una gigantesca explosión cósmica. La verdad es que no hay ningún centro del universo. ¿Dónde ocurrió el Big Bang? Sucedió en todas partes. Donde está usted sentado ahora mismo es donde ocurrió el Big Bang. Pero también ocurrió donde estoy sentado yo y en la galaxia de Andrómeda y en una galaxia situada a mil millones de años luz de nosotros.

¿Cómo podemos tener un universo en expansión sin tener un centro a partir del cual se expande todo lo demás? Para intentar explicar esto, pensemos en un modelo bidimensional del universo, modelo más sencillo, que podemos comprender como criaturas en tres dimensiones que somos. Este modelo de un universo 2D es la superficie de un globo de goma. Para ser más precisos, se trata de un globo perfectamente esférico; no tiene ningún punto especial en su superficie, como por ejemplo el orificio de inflado. (Si usted está preocupado por cómo vamos a introducir el aire para hacerlo expandir, recuerde que esto es un experimento. Se puede imaginar el globo cada vez más grande, sin preocuparse de los detalles técnicos de cómo lograrlo.)

Ahora, el punto clave aquí es que el universo es la superficie del globo. Las galaxias en el universo de este modelo existen sólo en la superficie. Las criaturas dentro de este universo pueden moverse sólo en la superficie. El concepto de desplazamiento fuera de la superficie del globo no es significativo para ellos. Nosotros, en nuestro espacio tridimensional, podemos movernos hacia delante hacia atrás, de izquierda a derecha y arriba-abajo, pero ni siquiera tenemos un concepto para una cuarta dimensión espacial que sería perpendicular a las otra tres anteriores. Asimismo, para las criaturas que viven en la superficie de este globo, pueden mover hacia delante hacia atrás y de izquierda a derecha, pero no tienen un concepto de arriba-abajo, que les llevaría fuera de la superficie del globo, lo que significaría abandonar su universo. Y, de hecho, es totalmente posible describir matemáticamente estas dos dimensiones espaciales sin referencia a alguna dimensión distinta de las dos dimensiones del espacio propio, dimensiones que se podrían considerar como longitud y latitud.

Ahora dejemos que el globo se expanda. Si tenemos un montón de galaxias en este modelo de universo 2D, imagine, por ejemplo, monedas pegadas en la superficie del globo, claramente todas se alejan entre sí. No cabe duda de que las criaturas que viven dentro de este universo 2D serían capaces de medir que se está expandiendo. Verían que la distancia de una galaxia a la siguiente es cada vez más grande y más grande con el tiempo. Sin embargo, ¿Qué punto de la superficie de este globo, se puede señalar y decir que es el centro de la expansión? La respuesta es, ninguno. No hay un punto especial en el globo en comparación con cualquier otro punto. Todo está cada vez más lejos entre sí, pero no hay punto en el globo al que se le pueda llamar el centro.

Nosotros, como criaturas 3D podemos identificar un punto que podríamos llamar el "centro" del globo. Pero ese punto que nosotros identificamos no está en la superficie del globo y por lo tanto no es parte del universo de esa superficie en la que viven nuestras criaturas hipotéticas 2D. Tenemos una expansión sin ningún centro. De hecho, si damos marcha atrás, en un momento el globo pudo haber sido muy pequeño, con todas las cosas contenidas en él muy cerca unas de otras, lo que significaría que la materia en este universo 2Dsería muy densa. Entonces, el universo de globo se expandió desde ese punto hasta lo que se ve ahora. Cada punto de la superficie fue parte del estado original caliente y denso. No hay nada dentro de ese universo que esté "fuera"  del estado original denso y caliente. Pero después se hizo cada vez más grande, y cada punto se fue alejando de los demás. 

Nuestro universo es similar, sólo que nosotros tenemos tres dimensiones espaciales. Las criaturas 2D que viven dentro de la superficie del globo pueden describir la curvatura de su universo sin referencia alguna a una tercera dimensión, usando sólo las dos dimensiones espaciales de su universo. Asimismo, el espacio de nuestro propio universo puede ser curvo, pero sólo necesitamos nuestras tres dimensiones espaciales para construir una descripción matemática completa. En el universo inicial, todo estaba mucho, mucho más agrupado de lo que está ahora, por lo que la densidad era muy alta. Pero todo estaba allí. El espacio se hizo más grande y todo se separó entre sí, pero igual que en el globo todo estaba allí al comienzo de su expansión, todo el espacio estaba comprimido en nuestro universo primigenio. Y, de la misma manera que no hay ningún punto de la superficie del globo que pueda identificarse como el punto central, el punto especial, no hay ningún punto en el universo que podemos identificar como el "centro" de nuestro universo, o un lugar especial donde ocurrió el Big Bang. No hay ningún centro del universo.

Puede que a estas alturas su mente esté agotada con la visualización, pero vamos a ir un paso más allá. Resulta que el globo no es el mejor modelo bidimensional del espacio de nuestro universo real. La superficie de un globo es lo que llamaríamos "superficie espacialmente cerrada". Si empieza a andar en un punto en el globo y camina en línea recta en una dirección, eventualmente recorrerá todo el camino alrededor del globo y volver al punto de partida. Y, de hecho, es posible que nuestro universo tenga una geometría tridimensional equivalente a esto. Sin embargo, hace poco más de diez años se realizaron mediciones que nos dijeron que el universo como un todo está mucho más cercano al plano. Esto significa que un mejor modelo bidimensional para el universo sería una hoja de goma, en lugar de un globo.

Ahora, es cuando usted rápidamente me indica que la hoja de goma tiene un centro muy fácilmente identificable. Pero esta no es cualquier hoja de goma, es una hoja de goma infinita. Infinito es una de esas cosas que pueden causar su cerebro se haga un nudo al intentar visualizarlo. Pero así es a pesar de todo. Si selecciona cualquier punto en esta hoja de goma. En cualquier momento, habrá una cantidad infinita de hoja en cualquier dirección que mire. Por lo tanto, no hay un punto en la hoja de goma que sea diferente de cualquier otro punto, por lo que con una hoja de caucho infinita, es imposible definir cualquier punto como el centro.

Resulta que un globo muy, muy grande es similar a una hoja de goma infinita. Si el globo es tan enorme que usted no puede afirmar que es curvo en función de lo que ve, en la práctica a usted le parecerá igual que una hoja de goma. De hecho, este es un concepto con el que está familiarizado. Después de todo, sabemos que la superficie de la tierra es curva, pero en su vida diaria usted camina sobre la tierra y puede ver que la tierra es plana. Utiliza mapas de su ciudad y tal vez incluso su país entero, en hojas planas de papel. Así que, para ser completamente honesto, las mediciones que tenemos no demuestran que nuestro universo es el equivalente tridimensional de una hoja de goma plana infinita, podría ser el equivalente de la superficie de un globo. Pero, si lo es, la curvatura es tan pequeña que no podemos detectarla basándonos en el tamaño de todo lo que somos capaces de ver.

¿Qué sucede con el Big Bang y la expansión del universo en el caso de una hoja de goma infinita? Es igual que el globo. Como el universo se expande, imagine que la hoja de goma se extiende en todas las direcciones al mismo ritmo. Sin embargo, esto presenta un problema conceptual. Con una hoja finita, puede ir a una cierta distancia y llegar a un borde. Puede imaginar el vacío fuera de esa hoja en esa misma dirección, y ese vacío es hacia donde se expendería una hoja de goma plana finita. Pero si es una hoja de goma infinita, nunca se puede alcanzar un borde,  lo que significa que no se está expandiendo en nada. La pregunta "¿En qué se expande el universo en expansión? es una pregunta difícil de tratar, porque no tiene una respuesta. No se está expandiendo en "nada"  más bien, la respuesta es que es una pregunta sin sentido, porque no hay ningún "fuera" del universo, al menos no dentro de las tres dimensiones espaciales que vivimos. No se puede cruzar el borde y salir fuera de nuestro universo de igual forma que usted  no puede salir de una hoja de goma infinita, o no puede salir fuera de la superficie de un globo, moviéndose en las dimensiones de la superficie.

Si una hoja de goma infinita está en expansión, al principio era mucho menor y mucho más densa pero ya era infinita. Es sólo que fue en un sentido de menor tamaño infinito de lo que es ahora. A medida que se expande, la densidad disminuye y todo se aleja de todo lo demás, pero una cosa no cambia. No importa en qué dirección vaya sigue  habiendo más hoja de goma. Eso era verdad en el universo muy temprano, y sigue siendo cierto ahora. Así, de igual forma que en el ejemplo del globo, no hay punto que se puede identificar como el centro, no tiene ningún sentido identificar un único punto del que todo se aleja. Todo se aleja todo lo demás.

Esto es lo que realmente es el Big Bang. Usted oirá a menudo descripciones incorrectas de una explosión cósmica que hace que todo se aleje de un punto. De hecho, la teoría no aborda aquello a lo que se refiere su nombre, el momento del “Bang” en sí mismo. Nuestros conocimientos actuales de la física no nos permiten entender lo que ocurrió en ese momento, y puede ser que no fuera un momento único. La teoría del Big Bang describe cómo evoluciona el universo a partir de un estado muy caliente y muy denso, donde todo era una sopa de partículas fundamentales, hasta el estado en el que hoy vemos las estrellas y las galaxias,  la materia oscura aglutinada alrededor de las galaxias y la energía oscura que se extendió a lo largo de todo. Pero no es correcto decir que todo se aleja de un punto; más bien, todo se aleja de todo lo demás. No hay ningún centro del universo. Todo el espacio estuvo concentrado en el universo temprano. El Big Bang sucedió en todos lados. Simplemente el universo es más grande ahora.

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