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SUMA TV UAEH 13.1
El universo observable tiene una extensión enorme, pero su verdadero tamaño y su posible forma siguen siendo temas de investigación.

En este episodio de Un Pixel del Universo exploramos los límites de lo que podemos observar, la expansión del cosmos y las teorías científicas que intentan explicar qué hay más allá de nuestro horizonte cósmico.

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Categoría

📚
Aprendizaje
Transcripción
00:15Una producción de Suma TV, UAEH.
00:21Si alguna vez has viajado por carretera, has visto el horizonte.
00:24Esa línea lejana donde pareciera que el mundo se termina.
00:27Pero también eres consciente que si sigues avanzando, el horizonte se mueve contigo y el camino continúa.
00:33Con el universo pasa algo parecido.
00:36Hay una distancia más allá de la cual no podemos ver nada.
00:39Pero, ¿eso significa que ahí se acaba el universo?
00:43¿O es solo el horizonte de lo que alcanzan nuestros telescopios?
00:46Yo soy César López y hoy, en Un Píxel del Universo, vamos a averiguar si el universo tiene límites.
01:14Un Píxel del Universo
01:27Y es que cuando nos preguntamos si el universo tiene un límite, en realidad nos estamos haciendo dos preguntas distintas.
01:34La primera es, ¿hay un límite que podamos ver?
01:37Y la segunda, ¿existe un borde donde el universo se acabe?
01:41La primera sí tiene una respuesta clara.
01:44Sí, sí hay un límite que podemos ver.
01:46La segunda, hasta hoy, no tiene ninguna observación que apunte a que existe un borde.
01:52Esa diferencia es la clave de todo este episodio.
01:55Y es que piensa en un barco en medio del mar.
01:58Desde la cubierta solo vemos hacia el horizonte.
02:01Pero no pensamos que el océano se acabe ahí.
02:04Ese es el límite de lo que alcanza nuestra vista.
02:07En el espacio exterior sucede lo mismo.
02:09Y si esta noche miras al cielo y ves una estrella, en realidad no la estás viendo como es exactamente
02:16en este instante.
02:17Estás recibiendo la luz que salió de ella desde hace mucho tiempo.
02:21Y es que la luz viaja aproximadamente a 300 mil kilómetros por segundo, la cual es una velocidad extraordinaria.
02:27Pero el universo es tan grande que esta luz necesita muchísimo de tiempo para recorrer sus distancias.
02:34En la astronomía, mirar más lejos también significa mirar más atrás en el tiempo.
02:38Y esta idea es muy importante para comprender a nuestro universo observable.
02:43Y es que no podemos ver cualquier región del cosmos de manera instantánea.
02:47Solo podemos observar aquellas de las que nos ha llegado información, ya sea de mediante luz visible u otras señales
02:54que podamos detectar.
02:55Pero ¿hasta dónde llega esa información?
02:57Para responder tenemos que retroceder hasta los primeros momentos de la historia cósmica.
03:02Según el modelo cosmológico actual, el universo tiene aproximadamente 13 mil 800 millones de años de edad.
03:09Durante ese tiempo, el universo se ha expandido y la luz ha viajado a través de él.
03:14Sí, podríamos pensar que si la luz ha tenido 13 mil 800 millones de años para viajar, el límite de
03:20lo observable debería encontrarse a esa misma cantidad de años luz de distancia.
03:25Pero no es así.
03:26Ya que el espacio también se ha expandido durante este recorrido de la luz, las regiones que emitieron la luz
03:33hace miles de millones de años se encuentran hoy muchísimo más lejos de lo que estaban cuando esa luz comenzó
03:39su viaje.
03:39Por eso, el universo observable tiene un diámetro estimado de alrededor de 92 mil millones de años luz.
03:46Es decir, que desde nuestra perspectiva, su radio es de unos 46 mil millones de años luz.
03:53Parece medio contradictorio.
03:54¿Cómo puede haber regiones que están a más de 13 mil 800 millones de años luz de nosotros si el
04:00universo ya tiene esa edad?
04:02Bueno, la clave está en que no estamos hablando únicamente de cuánto tiempo ha viajado la luz, sino también de
04:09cómo ha cambiado la distancia entre nosotros y las regiones que emitieron esa luz, ya que el espacio se ha
04:16expandido mientras esa luz avanzaba.
04:19Y aquí nos aparece una pregunta que parece sencilla, pero ha inquietado a los astrónomos durante siglos.
04:25¿Por qué el cielo es oscuro de noche?
04:26En 1823, el astrónomo alemán Heinrich Olbers planteó un problema.
04:32Si el universo fuera infinito, eterno y estuviera lleno de estrellas por todas partes, en cualquier dirección que miráramos, nuestra
04:40línea de visión terminaría tarde o temprano en la superficie de una estrella.
04:44Es como estar en medio de un bosque inmenso.
04:46Mires a donde mires, siempre vas a ver un tronco.
04:49Entonces, el cielo nocturno debería brillar tanto como el sol.
04:53A esto se le conoce como la paradoja de Olbers.
04:57Olbers pensó que el polvo cósmico bloqueaba esa luz.
05:00Pero la idea no funciona.
05:02El polvo absorbería tanta energía que terminaría calentándose y brillando también.
05:08La solución principal la anticipó curiosamente el escritor Edgar Allan Poe en 1848.
05:13Y después la desarrollaron con rigor científico el físico Lord Kelvin y el cosmólogo Edward Harrison.
05:19Las estrellas y el universo tienen una edad finita.
05:23La luz de las regiones más lejanas simplemente no ha tenido el tiempo de llegar hacia nosotros.
05:28Además, la expansión del espacio estira esa luz y la debilita.
05:33Así que en la oscuridad de la noche es en sí misma una pista de que existe un límite de
05:38lo que podemos ver.
05:39Y hay un detalle más.
05:41En realidad, el cielo no es completamente oscuro.
05:43En todas las direcciones hay un brillo tenue que nuestros ojos no pueden percibir.
05:49Ahora, ¿qué es lo que encontramos cuando llegamos al límite de la región observable?
05:54No nos encontramos con una pared o una cortina cósmica, ni siquiera una frontera que marque el final de las
06:00galaxias.
06:01Encontramos un límite relacionado con la información que nosotros podemos percibir.
06:06Y para comprenderlo mejor, tenemos que hablar de una de las señales más antiguas que los científicos han logrado detectar.
06:15Esta radiación es como una foto de cuando el universo era joven, cuando tenía alrededor de 380 mil años.
06:22Antes de esa etapa, el cosmos era tan caliente que los electrones y los núcleos atómicos interactuaban constantemente con la
06:30luz.
06:30Los fotones no podían viajar libremente durante grandes distancias.
06:34Y cuando el universo se enfrió lo suficiente para que se formaran átomos neutros, la luz pudo desplazarse con mucha
06:41más libertad.
06:41Parte de esa luz continúa viajando y hoy la detectamos en forma de microondas.
06:46Ese es el brillo tenue que llena a todo el cielo.
06:50Por eso, la radiación cósmica de fondo es una herramienta muy importante,
06:54porque nos permite estudiar una etapa muy temprana de la historia del universo.
06:58No es exactamente una fotografía del Big Bang, pero sí una imagen de cuando el universo tenía 380 mil años.
07:06Y con instrumentos especializados, los científicos miden pequeñas variaciones en esa radiación
07:11para investigar cómo estaba distribuida la materia, cómo evolucionó el cosmos y cuáles son las propiedades de su geometría.
07:19Entonces, si podemos estudiar una región tan inmensa, ¿qué hay más allá de lo que podemos observar?
07:26La respuesta honesta es que no lo sabemos directamente.
07:30Es posible que el universo continúe muchísimo más allá de nuestro horizonte observable.
07:36Pero, haremos una pausa para conocer una historia que nos invita a cuestionar cómo percibimos las dimensiones
07:42y qué tan difícil podría ser imaginar una realidad que va más allá de lo que conocemos.
08:01Por fin terminé este artículo.
08:04Ahora sí soy todo un ser tridimeno.
08:07Hola, hola a todos ustedes.
08:09Bienvenidos, bienvenidos y bienvenidas a su sección gustadísima.
08:13Más allá de la pantalla, yo soy su guía y compañero Dr. Lucas.
08:17Y, como siempre, nos vamos a adentrar en una película que nos hará replantear nuestra forma de percibir el universo.
08:24En esta ocasión me refiero a Flatland.
08:26Esa película en la que ser un simple cuadrado, habitante de un mundo completamente plano,
08:32te impide siquiera imaginar que existe una realidad tridimensional.
08:37Así que, ya lo saben, abróchense bien los cinturones porque despegamos.
08:42Flatland es una película independiente de animación y ciencia ficción estrenada en 2007.
08:49Fue dirigida por Lath Ehrlinger Jr. y basada en la novela alegórica de 1884 de Edwin A. Abbott.
08:59En su elenco de voces destacan talentos como Kristen Bell, Lee Pace y Martin Sheen.
09:04La historia nos sitúa en Planilandia, un universo bidimensional donde todos los habitantes son figuras geométricas planas.
09:12El protagonista es un cuadrado llamado Arthur Square, Arthur cuadrado,
09:18cuya rutina se transforma cuando recibe la visita de una esfera, es decir, un ser tridimensional de espaciolandia.
09:25Al elevarse fuera de su plano bidimensional, Arthur descubre un universo con una dimensión extra que jamás imaginó,
09:35pero que le resulta casi imposible de explicar a sus compatriotas atrapados en dos dimensiones.
09:41Pero bueno, vamos al terreno científico.
09:44Detrás de esta peli se encierra una premisa muy asombrosa.
09:49¿Cuáles son las fronteras de nuestro propio cosmos?
09:51Y, más importante aún, ¿podría existir una realidad más allá de lo que somos capaces de percibir
09:58y comprender con las herramientas que nos proporciona nuestra ciencia?
10:02Planiland ilustra un concepto clave de la física moderna.
10:06Los límites del universo no solo se definen por la distancia en kilómetros,
10:11sino por las limitaciones de nuestra propia biología y percepción bidimensional.
10:16Nosotros experimentamos el espacio en tres, sí, tres dimensiones espaciales y una temporal, el espacio-tiempo.
10:24Así como Arthur no puede mirar hacia arriba porque esa dirección no existe en su mundo,
10:30la mente humana no puede visualizar físicamente una cuarta dimensión espacial.
10:35Modelos teóricos como la famosísima teoría de cuerdas y también la renombrada teoría M,
10:41sugieren que el universo no solo tiene tres dimensiones espaciales, sino hasta unas 10 u 11.
10:48Estas dimensiones extra podrían estar compactadas a escalas subatómicas y reconocibles a simple vista.
10:55Asimismo, cuando la cosmología cuestiona si el universo es finito o infinito,
11:01la física recurre a la curvatura del espacio-tiempo formulada nada más y nada menos que por Einstein.
11:07Un habitante de Flatland que camina sobre una esfera pensaría que su plano es ilimitado
11:12porque nunca se topó con un muro, aunque su universo sea cerrado.
11:17De forma similar, nuestro espacio tridimensional podría ser finito, pero ilimitado,
11:23curvándose en dimensiones superiores que no alcanzamos a percibir.
11:27Flatland nos recuerda que el cosmos puede ser mucho más profundo de lo que nuestros sentidos captan.
11:33Ya lo saben, yo soy Dr. Lucas y nos vemos en la próxima.
11:50La idea de Flatland nos ayuda a entender algo importante.
11:54Nuestra percepción no necesariamente nos permite comprender toda la realidad.
12:00Y algo parecido nos ocurre cuando intentamos pensar en el universo completo.
12:04Nosotros observamos al cosmos desde una posición en concreto,
12:08con instrumentos que tienen límites y con información que viaja a través de la luz.
12:13Esto significa que nuestro conocimiento del universo depende de lo que ha podido llegar hacia nosotros.
12:19Y esta es una de las distinciones más importantes de este episodio.
12:23El universo observable no es necesariamente todo el universo.
12:27Entonces, ¿cómo podemos saber algo sobre lo que no alcanzamos a ver?
12:31Una de las mejores pistas está en la forma del espacio.
12:34Según la relatividad general, el espacio podría estar curvado como la superficie de una esfera,
12:39pero también como una silla de montar o incluso ser plano.
12:43Y para averiguar cuál es el nuestro,
12:46los cosmólogos usan las pequeñas manchas de la radiación cósmica de fondo como una regla.
12:51Si el espacio estuviera curvado,
12:53esas manchas se verían más grandes o más pequeñas de lo que predeciría la física.
12:58Al combinar los datos del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea
13:02con mapas de distribución de las galaxias,
13:05el resultado es contundente.
13:07Con un margen de apenas unas décimas de un por ciento,
13:10el universo que observamos es plano.
13:13¿Pero esto significa que el universo es infinito?
13:16Antes de responder, hablamos con el doctor David Omar Sánchez Arguelles
13:21para que nos cuente sus perspectivas del universo.
13:36Hoy le preguntamos a David Sánchez Arguelles,
13:39doctor en ciencias con especialidad en astrofísica
13:42y especialista en el estudio de la estructura a gran escala del cosmos
13:46acerca de los límites y la forma de nuestro universo
13:50y cómo es que conocemos esa información sobre él.
13:54Doctor David, cuéntenos más al respecto.
13:58Para hablar un poco de los límites del universo,
14:01tenemos que comprender un poco la forma del universo.
14:06Y esta forma va a depender de qué es lo que contiene el universo.
14:10Entre más galaxias, estrellas tiene, va a cambiar su forma dependiendo de este contenido.
14:19Entonces, a veces podemos tener universos que son universos cerrados,
14:24que tienen forma como de globo terráqueo, como de la atmósfera.
14:27Y entonces ahí sí podemos hablar de un límite físico,
14:31un punto en donde se llega a un corte físico que más bien sigues como en el planeta Tierra.
14:40O sea, llegas a los polos y de ahí ya le empiezas a dar la vuelta.
14:45Sin embargo, hay otros tipos de universos posibles.
14:49Hay universos que les llamamos universos planos,
14:52en donde es como una hoja de papel que se extiende indefinidamente.
14:57Y si el universo tiene un poco contenido de gas, de estrellas,
15:06entonces se le da una forma diferente.
15:08Se le llama forma hiperbólica,
15:10es como si hubiéramos depostado una silla del caballo.
15:13Entonces, sabemos cuáles son los elementos que componen este universo.
15:18Por ejemplo, solo el 5% del universo está compuesto por galaxias, estrellas,
15:26como los de galaxias, regiones de formación estelar, digamos,
15:30todo lo que nosotros conocemos en nuestro mundo,
15:34lo que se le llama la materia bariónica.
15:37Sin embargo, el resto, el otro 95%,
15:41son dos entes que desconocemos completamente.
15:44Uno es la materia oscura,
15:46que es una materia que no emite luz
15:48y que precisamente ayuda a que se formen más rápidamente las galaxias y las estrellas.
15:56Y el siguiente elemento es la energía oscura.
15:59Cuando nosotros decimos oscuro,
16:01significa que en realidad no la podemos detectar directamente
16:05y no la podemos estudiar como estudiamos otros tipos de materia en el laboratorio.
16:11Entonces, las propiedades de este tipo de materia y este tipo de energía
16:16son todavía desconocidas
16:17y no sabemos si en realidad son coherentes con lo que nos indican nuestras teorías
16:23o si tienen propiedades que ni siquiera nos imaginamos.
16:28Entonces, las observaciones más recientes
16:31nos dicen que nosotros vivimos en un universo
16:35pues que tiene forma de hoja de papel, ¿no?
16:39Una hoja o un universo plano,
16:41completamente plano,
16:42que se extiende de manera indefinida.
16:45Esto no quiere decir que nosotros seamos capaces de observar todo el universo,
16:50sino que tenemos ciertos límites
16:52en donde ya no podemos seguir observando
16:54o observar a una mayor distancia.
16:57¿Qué tal?
16:58Que descubrimos que la materia oscura
17:00tiene una propiedad que nos hace que el universo
17:03en lugar de ese plano sea como el globo terráqueo.
17:07Entonces, ahí digamos que llegaríamos a la conclusión
17:09de que el universo sí tiene un tamaño finito
17:12que le podemos nosotros asignar, ¿no?
17:15Tal es la distancia más grande que puede poder tener en el universo.
17:21Todo eso seguimos estudiando,
17:24la distribución de las galaxias
17:25y la distribución de las estrellas
17:29para tratar de entender los efectos que tienen esta materia
17:32y esta energía oscura en ellas
17:34y poder tratar de comprender
17:37primero qué propiedades tiene
17:40y cómo influyen en el universo.
17:42¿Por qué existe este límite
17:44de lo que podemos observar?
17:46Tiene que ver con que
17:47de las formas que tenemos
17:51para explorar el universo,
17:53pues la más importante,
17:54la que más se usa es la luz.
17:55Y la luz tarda cierto tiempo
17:58en llegar a nuestros ojos,
18:01a nuestros telescopios.
18:03Entonces, por esa velocidad que tiene
18:06la luz,
18:07que para las escalas del universo
18:09es muy, muy, muy lenta,
18:12solo la información
18:13de una esferita
18:16chiquita, relativamente pequeña,
18:19es capaz de llegar hacia nosotros, ¿no?
18:21A este límite, a esta esfera,
18:23se le conoce como el universo observable.
18:26Más allá de ese límite
18:28o de esa esfera,
18:30la luz no ha tenido el tiempo para llegar
18:32y entonces nosotros no sabemos
18:33qué es lo que pasa
18:34después de esa frontera.
18:36Cuando estudiamos el universo
18:38a sus escalas más grandes,
18:42nos valemos de algo
18:43que se llama el principio cosmológico.
18:46Este principio dicta
18:47o asume que el universo
18:49es uniforme y homogéneo.
18:53Entonces, para tratar de estudiar
18:56estas regiones
18:57que están fuera
18:58de nuestro universo observable,
19:00lo que nosotros decimos es,
19:02bueno, vamos a suponer que
19:03no hay una región
19:04más importante o menos importante
19:07en el del universo,
19:08sino que son todas
19:09más o menos iguales.
19:10Entonces, las propiedades
19:11se mantienen constantes.
19:13Entonces, a través de la probabilidad
19:15y la estadística,
19:16nosotros podemos describir
19:17el universo
19:18en su escala más grande,
19:20en su totalidad.
19:34Pero quiero que volvamos
19:35a nuestra pregunta.
19:37Que el universo sea plano,
19:38es compatible
19:39con un espacio infinito,
19:41pero no lo garantiza.
19:43También podría ser finito
19:45y aún así
19:45no tener bordes,
19:47como en esos videojuegos
19:48viejitos
19:49en donde sales
19:50por un lado de la pantalla
19:51y apareces por el contrario.
19:52Si el universo
19:53tuviera una forma así,
19:55deberíamos de encontrar
19:56patrones repetidos
19:57en la radiación cósmica
19:58de fondo.
19:59El equipo de Planck
20:00los buscó
20:00y no encontró
20:01ninguno a escalas menores
20:03que el propio universo observable.
20:04Y nuestro horizonte
20:06guarda una consecuencia asombrosa.
20:08Como la expansión
20:09del universo
20:09se está acelerando,
20:11si hoy ocurriera algo
20:12en una galaxia situada
20:13a más de unos 16 mil millones
20:15de años luz,
20:16su luz nunca llegaría
20:17hasta nosotros,
20:18sin importar
20:19cuánto la esperemos.
20:20La gran mayoría
20:21de las galaxias
20:22del universo observable
20:23ya están más allá
20:24de esa distancia.
20:25Podemos ver su pasado,
20:27pero jamás veremos
20:28su presente.
20:29Aunque no todo
20:30está tan lejos,
20:31algunas luces del pasado
20:33podemos verlas
20:33con nuestros propios ojos.
20:48Ya observamos las estrellas
20:50y los planetas,
20:51pero si nos vamos
20:52todavía más lejos,
20:54¿podemos ver el universo?
20:56Y sobre todo,
20:57¿qué forma tiene?
20:59Para intentar responder
21:00estas preguntas,
21:02tenemos que partir
21:03de la luz.
21:04Al observar
21:05cómo viaja
21:06y cómo se comporta
21:08a través del espacio,
21:09podemos obtener pistas
21:11sobre la geometría
21:12del universo.
21:13De acuerdo
21:14con la teoría
21:15de la relatividad
21:16general de Einstein,
21:18la materia
21:18y la energía
21:19pueden deformar
21:20el espacio-tiempo.
21:22Por eso,
21:23cuando hablamos
21:24de la forma
21:24del universo,
21:26existen
21:26tres posibilidades.
21:28La primera
21:29es que sea plano.
21:30La segunda,
21:32que tenga
21:32una curvatura positiva,
21:34similar
21:35a una esfera.
21:36La tercera
21:37es que presenta
21:38una curvatura negativa,
21:40parecida
21:40a una superficie
21:41que se abre
21:42hacia afuera,
21:43como una silla
21:44de montar caballo.
21:46Pero,
21:47¿cómo podemos
21:48averiguar
21:48cuál de estas
21:49posibilidades
21:50describe mejor
21:51nuestro universo?
21:53Una de las
21:54principales herramientas
21:55es observar
21:56la radiación
21:57cósmica
21:58de fondo.
21:59Podemos
22:00imaginarla
22:01como una especie
22:01de huella
22:02o eco
22:03del universo
22:04temprano.
22:05Esta radiación
22:06llena todo el espacio
22:07y presenta
22:08pequeñas variaciones
22:09que los científicos
22:10pueden estudiar
22:11y comparar
22:12con diferentes
22:13modelos cosmológicos.
22:14Al analizar
22:16estas variaciones,
22:17es posible
22:18determinar
22:18qué tipo
22:19de geometría
22:20coincide
22:20mejor con
22:21las observaciones.
22:22Por ahora,
22:23los datos
22:24indican
22:24que el universo
22:25está muy cercano
22:26a ser
22:26geométricamente
22:27plano
22:28a gran escala.
22:30Pero,
22:30cuidado,
22:31decir que el universo
22:32es plano
22:33no significa
22:33que sea
22:34como una hoja
22:35de papel.
22:36Tampoco
22:36significa
22:37que sepamos
22:38que el universo
22:38es infinito.
22:40De hecho,
22:41todavía no conocemos
22:42con certeza
22:43cuál es la forma
22:44global del universo.
22:46Lo que hacemos
22:47es reconstruirla
22:48a partir
22:48de las huellas
22:49que nos deja
22:50la luz,
22:50de la geometría
22:51y de la información
22:52que conservamos
22:53del universo
22:54temprano.
22:55Así que,
22:57aunque todavía
22:58no podamos
22:58contemplar el universo
23:00desde afuera
23:00para descubrir
23:01su forma,
23:02podemos estudiar
23:04sus huellas.
23:17Entonces,
23:18¿el universo
23:18tiene un límite?
23:20Puede que sí,
23:21pero ese límite
23:22es la frontera
23:23de la información
23:24que ha alcanzado
23:25a llegar hasta acá.
23:26¿Y existe un borde
23:27donde todo se acabe?
23:29Hasta hoy
23:30ninguna observación
23:31lo indica.
23:31El universo
23:32podría ser infinito,
23:34o finito,
23:35pero sin bordes.
23:36Y, pues,
23:37esa sigue siendo
23:38una de las grandes
23:39preguntas abiertas
23:40de la cosmología.
23:41Lo que sí sabemos
23:42es que,
23:43desde un pequeño planeta,
23:45hemos logrado medir
23:46la forma
23:46de un espacio
23:47inmenso
23:48a partir de una luz
23:49que viajó
23:50durante más de 13 mil
23:51millones de años.
23:52Y eso es un gran motivo
23:54para seguir mirando
23:55al cielo.
23:56Yo soy César López
23:57y esto
23:58fue un Pixel del Universo.
23:59No te despegues
24:00de la señal
24:01de Suma TV,
24:01canal de la Universidad Autónoma
24:03del Estado de Hidalgo.
24:04de Suma TV,
24:34de Suma TV.
24:49Gracias por ver el video.

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