El universo observable presenta fenómenos que pueden desconcertar a quienes conocen los principios básicos de la física, particularmente el límite impuesto por la velocidad de la luz. Una de estas aparentes contradicciones surge al analizar la recesión de galaxias distantes: algunas parecen alejarse de la Vía Láctea a velocidades superiores a la de la luz.
Según lo explicado en Scientific American, esta observación no contradice la relatividad especial, que establece la velocidad de la luz como el umbral absoluto para cualquier objeto moviéndose a través del espacio. La clave reside en el entendimiento de cómo se mide y experimenta la expansión espacial a escala cósmica.
El fenómeno de la recesión galáctica no involucra necesariamente el movimiento convencional de las galaxias a través del espacio, sino el hecho de que el espacio mismo se encuentra en expansión. Esto tiene implicaciones profundas tanto para la cosmología moderna como para la manera en que interpretamos los datos astronómicos.
El incremento de la distancia entre galaxias no implica un “viaje” a través del espacio, sino un alargamiento del propio tejido del universo, lo que permite que estos objetos se alejen a velocidades que, sumadas a suficiente escala, superan el límite de la velocidad de la luz sin infringir las leyes de la física conocidas.
Diferencia entre movimiento local y expansión del espacio
En el contexto cosmológico, resulta fundamental distinguir entre el movimiento local de los objetos y la expansión del universo. El movimiento local se refiere al desplazamiento de cuerpos a través del espacio medido desde un sistema de referencia cercano; este está acotado por la relatividad especial, que impide que cualquier partícula material supere la velocidad de la luz respecto a su entorno inmediato. Sin embargo, este límite no se aplica a la velocidad de recesión causada por la expansión del espacio mismo.
La expansión cósmica se manifiesta porque el espacio entre objetos se va “estirando”, lo cual puede generar velocidades aparentes de alejamiento que exceden el valor de la luz. Este efecto no es resultado de un movimiento tradicional, sino de la dinámica del propio espacio. Las galaxias, entonces, no “viajan” activamente a través del cosmos a más de 299,792 kilómetros por segundo, sino que la distancia entre ellas aumenta debido a que la métrica del espacio se modifica. De este modo, no se viola la prohibición fundamental de la relatividad especial para objetos que se mueven localmente.
Explicación de la relatividad, límites de velocidad y expansión universal
La relatividad especial, formulada por Albert Einstein, establece un límite para la velocidad de cualquier objeto o información dentro del espacio: nada puede viajar más rápido que la luz en el vacío. Sin embargo, los conceptos fundamentales de la relatividad no impiden que el espacio mismo sea dinámico y cambie a lo largo del tiempo.
La expansión universal, descrita matemáticamente por la teoría general de la relatividad y observacionalmente desde el descubrimiento de la expansión del universo por Edwin Hubble, introduce una distinción vital entre velocidades locales y recesión cósmica.
El ritmo al cual dos puntos muy distantes del universo se separan depende de la escala en que se mida la distancia y del ritmo de expansión cósmica dado, por ejemplo, por la constante de Hubble. Cuando se consideran suficientes megaparcelas de distancia, la velocidad de recesión resulta de sumar muchas pequeñas expansiones locales.
De este modo, podría calcularse que ciertas galaxias se alejan de la nuestra a más velocidad que la luz, resultado legítimo de la expansión del espacio.
Interpretación de la luz proveniente de galaxias muy distantes
A pesar de que algunas galaxias se alejan de la Vía Láctea más rápidamente que la luz debido a la expansión cósmica, los astrónomos logran detectarlas y analizar su emisión. La razón está en que, al momento del viaje de la luz que ahora recibimos, esas galaxias se encontraban dentro de nuestro horizonte observable, lo que permitió que sus fotones comenzaran el trayecto hacia nosotros antes de que la expansión del espacio las llevara a velocidades de recesión supralumínicas.
Además, la expansión misma afecta las longitudes de onda de los fotones en movimiento, fenómeno conocido como “corrimiento al rojo” o redshift, que evidencia la separación progresiva entre las galaxias emisoras y el observador. Así, cuando la luz finalmente llega después de un trayecto de miles de millones de años, proporciona información sobre las condiciones del universo temprano y la naturaleza de la expansión.
Implicaciones para la observación astronómica y el horizonte observable
La observación de galaxias que parecen receder a más velocidad que la luz tiene implicaciones directas sobre los límites del universo observable. Existe una región más allá de la cual los objetos, aun existiendo físicamente, no podrían enviar nunca suficiente luz para alcanzarnos, debido a la expansión continua del espacio. Este límite define el “horizonte observable” y condiciona la cantidad de información que los astrónomos pueden adquirir sobre el cosmos.
El concepto de horizonte observable implica que nunca será posible ver la totalidad del universo, solo una fracción acotada por la velocidad de la luz y la velocidad a la que el espacio se expande. Así, la expansión del universo establece una frontera natural a la observación y al conocimiento astronómico, un aspecto esencial para comprender las limitaciones del estudio del cosmos.
