Los mapas del Universo observable suelen colocar la Tierra en el centro y dibujar alrededor las regiones más lejanas accesibles. ¿Hemos encontrado un lugar especial desde el que salió despedido todo?
En el modelo cosmológico homogéneo estándar no hay un centro privilegiado de expansión ni un borde material del espacio. La región observable sí tiene un centro ligado al observador y un horizonte que limita el acceso a señales. Ese horizonte no es una pared de todo el Universo. Hay que distinguir las propiedades del modelo espacial de los límites de nuestra visión. PDG: principio cosmológico y horizontes, §§22.1, 22.2.4.
¿Por qué el alejamiento de las galaxias no nos hace especiales?
Imaginemos una cuadrícula homogénea donde todas las distancias a gran escala entre puntos comóviles han aumentado 1,5 veces. Desde A, los puntos vecinos se han alejado. Pero si elegimos B, las distancias correspondientes desde ese punto también han aumentado 1,5 veces. La regla no depende del punto elegido como referencia.
Así funciona la expansión homogénea: otro observador que siga el flujo general obtiene la misma descripción a gran escala. Una explosión ordinaria tiene centro y fragmentos que salen hacia un espacio exterior. Aquí no hace falta un lugar especial de lanzamiento. Ned Wright: comparación de los observadores A y B.
Esto no afirma que cada región cósmica sea literalmente idéntica. Hay estrellas, vacíos y cúmulos; las galaxias vecinas pueden acercarse. La homogeneidad es una aproximación del modelo a gran escala. Aplicarla a todo el espacio más allá de las observaciones extrapola ese modelo; no equivale a examinar directamente todos los lugares posibles.
¿Por qué estamos en el centro de la región visible?
La luz necesita tiempo para llegar al receptor. En la historia cósmica estándar, las señales de algunas posiciones comóviles no han tenido tiempo de alcanzarnos. El límite idealizado de ese acceso se llama horizonte de partículas. Depende del observador, del instante cósmico y de la historia de expansión.
Comparemos dos observadores del mismo modelo en un mismo instante cósmico. El esquema muestra dos centros de regiones observables, no dos orígenes del Universo.
Otro observador, otro centro de la región observable
- S está dentro del círculo A, pero fuera del B.
- T está dentro del círculo B, pero fuera del A.
- U pertenece a la zona común de ambas regiones.
¿Debe el punto S, fuera del círculo B, estar «en ninguna parte»? No: en el esquema pertenece a la región A. Salir del campo observable de alguien no borra una posición del espacio. Los círculos no son envolturas materiales que puedan chocar o estallar.
«Universo observable» se refiere a nuestra región accesible. La posibilidad práctica de ver algo también depende de la opacidad del medio y de los instrumentos. La luz térmica antigua no ofrece una fotografía ordinaria a través del plasma temprano opaco. El horizonte ideal de propagación de señales y la fotografía real más lejana son conceptos diferentes. Davis y Lineweaver: horizonte de partículas y observaciones, §§2–3.4.
Rama · Geometría del viaje de la luzOpcional · puedes omitir esta parte
¿Por qué el radio no es simplemente la velocidad de la luz por la edad?
La distancia actual hasta una posición comóvil lejana y el tiempo de viaje de su luz antigua son magnitudes distintas. Mientras la luz viajaba, el espacio se expandía. El factor de escala a(t) tiene en cuenta ese cambio.
Para un modelo plano normalizado con a(t_(0)) = 1, el radio propio actual del horizonte de partículas es
R_(p)(t_(0)) = c((∫)_(0))^(t_(0))(dt)/(a(t)).
Aquí c es la velocidad local de la luz en el vacío, t_(0) el tiempo cósmico final y a es adimensional. La integral tiene unidades de tiempo y el resultado es una longitud. El límite inferior 0 es una frontera formal de la historia clásica elegida, no una prueba de una singularidad física.
Como ejemplo didáctico, tomemos un modelo plano con solo materia no relativista, donde a(t) = (t/t_(0)())^(2/3). La integral da R_(p) = 3ct_(0), en lugar de ct_(0). Es el resultado de ese modelo simplificado, no una estimación del radio del Universo real. La fórmula muestra por qué importa la historia de expansión. La velocidad local del fotón sigue siendo c. PDG: recorrido radial y horizonte, ecuación 22.32, Davis y Lineweaver: definiciones, apéndice A.
El límite de las señales pasadas no es cualquier otra frontera cósmica
Otra pregunta es si una señal enviada ahora desde una posición comóvil lejana llegará alguna vez hasta nosotros. En modelos donde ese acceso futuro está limitado se define un horizonte cosmológico de sucesos. Su existencia y tamaño dependen de la expansión futura. Ver hoy la luz antigua de una galaxia no garantiza observar todos sus acontecimientos futuros.
También existe la esfera de Hubble, de radio c/H: en su superficie la tasa de aumento de la distancia propia equivale a c. Aquí H es el parámetro de expansión en el momento elegido. Esa esfera no es, en general, un horizonte de visibilidad. La relación por sí sola no vuelve inobservable todo lo que queda más allá. Ninguna de estas fronteras es un borde de materia tendido a nuestro alrededor. Davis y Lineweaver: distinción de las tres fronteras, §2.
¿Un espacio sin borde tiene que ser infinito?
La superficie de una esfera tiene un área finita, pero no un borde sobre ella: podemos seguir caminando sin cruzar una frontera. El centro geométrico de la bola no es un punto de esa superficie bidimensional.
Es solo una analogía que muestra una posibilidad lógica: «finito» no siempre significa «rodeado por una pared». Nuestro espacio tiene tres dimensiones. No hemos demostrado que sea la superficie de una bola ordinaria ni que deba estar incrustado en un espacio físico exterior. Los modelos cosmológicos también admiten un espacio infinito. Physics FAQ: límites de la analogía esférica.
Situarnos en el centro de un mapa de señales accesibles es natural. Deducir de ello un centro de todo el espacio es un error. El tamaño y la geometría globales son cuestiones distintas; la curvatura espacial ayuda a entender qué propiedades pueden determinarse desde dentro.