El Universo en Expansión: ¿Qué Significa Realmente «Crear Espacio»?

La Paradoja de la Creación de Espacio

La ley de Hubble y la medida de la expansión

En 1929, Edwin Hubble proporcionó la primera prueba observacional de la expansión del Universo al establecer la relación entre la distancia de las galaxias y su velocidad de recesión. Esta relación, conocida como ley de Hubble, se expresa mediante la fórmula v = H₀ × d, donde v es la velocidad de recesión, d la distancia y H₀ la constante de Hubble.

La aceleración cósmica y la energía oscura

En 1998, dos equipos independientes que estudiaban supernovas de tipo Ia hicieron un descubrimiento revolucionario: la expansión del Universo no está ralentizándose como se esperaba, sino que se acelera. Esta observación, galardonada con el Premio Nobel de Física 2011, implica la existencia de una energía repulsiva, bautizada como «energía oscura», que constituiría aproximadamente el 68% del contenido energético del Universo.

La tabla siguiente resume la composición del Universo y el papel de cada componente en la dinámica de la expansión.

¿El Universo en expansión «crea espacio»?

El concepto de puntos comóviles

El concepto de «creación de espacio» en el Universo en expansión es sutil y a menudo mal interpretado. No se trata de la aparición de nuevo espacio a partir de «nada» en sentido filosófico, sino del aumento de la distancia propia entre puntos comóviles del espacio-tiempo.

N.B.:
Los puntos comóviles designan coordenadas fijas en el Universo en expansión. Una galaxia lejana conserva su posición comóvil, aunque la distancia que nos separa de ella aumente con el factor de escala. En otras palabras, no «se mueve» localmente, sino que sigue la expansión de la métrica cosmológica.

Si no es espacio, ¿qué es lo que se «crea»?

La geometría dinámica del Universo

Cuando se dice que el Universo «crea espacio», no hay que imaginar una fabricación de vacío, como si el Universo produjera una especie de materia invisible. En realidad, lo que evoluciona es la geometría del Universo, es decir, la manera en que se miden las distancias entre dos puntos.

La «expansión» se refiere a la manera en que medimos las distancias

En el lenguaje de los físicos, la estructura misma del espacio-tiempo es dinámica: las coordenadas de las galaxias lejanas permanecen fijas (se dice que son comóviles), pero la «regla» utilizada para medir las distancias cambia con el tiempo. Por lo tanto, no es un «tejido» material que se dilata, sino la métrica la que evoluciona.

En otras palabras, el Universo no añade volumen como se infla un globo con aire, sino que recalcula permanentemente lo que significa estar separado por un millón de años-luz. Lo que se «crea» no es ni vacío, ni una sustancia misteriosa, sino un aumento relativo de las distancias entre objetos cósmicos lejanos.

Un concepto matemático más que una creación física de espacio

Decir que el Universo «crea espacio» es una manera figurada de traducir una realidad matemática. En cosmología, no se manipula un tejido material, sino una métrica, es decir, una fórmula que indica cómo calcular las distancias entre dos puntos del Universo. Cuando la expansión acelerada está en juego, es esta métrica la que cambia con el tiempo.

Así, no es el «espacio» como sustancia lo que se multiplica, sino la relación geométrica entre los puntos la que se transforma. La métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) proporciona el marco: muestra que el factor de escala aumenta, lo que equivale a decir que dos galaxias comóviles ven crecer su distancia aunque no se muevan localmente.

Este vocabulario es útil para divulgar, pero conviene tener presente que es un atajo: lo que se describe realmente es una evolución dinámica de las ecuaciones geométricas de la relatividad general: \( G_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8 \pi G}{c^4} T_{\mu\nu} \)

¿Galaxias que «se alejan»?

Un alejamiento aparente, no un movimiento local

En muchas ilustraciones, se ven galaxias dibujadas cada vez más alejadas, como si se desplazaran realmente en un espacio ya existente. Pero en el marco de la relatividad general, no es así como debe entenderse la expansión. Las galaxias lejanas no «viajan» a través del cosmos, mantienen su posición en la cuadrícula comóvil, mientras que es esta cuadrícula, la propia métrica, la que se mide de manera diferente con el tiempo. En otras palabras, es la propia métrica la que cambia de escala con el tiempo. No es una sustancia la que se deforma, sino las reglas de medición (distancias, intervalos) las que se estiran.

N.B.:
Las galaxias muy distantes que se alejan a velocidades llamadas «superiores a la de la luz» no violan la relatividad especial, porque no corresponden a un movimiento local, sino a la evolución de la geometría misma.