Si el universo se expande… nosotros nos expandimos ¿no?


Esta entrada la escribimos como respuesta a algunos comentarios que hemos recibido en las entradas relacionadas con la expansión del universo.  Y justamente queremos explicar el por qué si el universo se expande no implica que los átomos, o nosotros, o la tierra, el sistema solar o las galaxias como unidad se estén expandiendo.

Las imágenes de la expansión del universo: El ejemplo del globo.

Generalmente para entender que el universo se expande y que eso hace que las galaxias se separen todas de todas se pone el ejemplo de un globo inchándose:

Este ejemplo es muy representativo y muy intuitivo pero tiene algunos problemas.  Repasemos los puntos fuertes y los punto débiles de esta analogía, porque no es más que eso, una analogía.

Puntos fuertes:

1.-  Si dibujamos con un rotulador galaxias en el globo y lo inflamos vemos como las galaxias se separan todas de todas.

2.-  Además si pudiéramos medir el ritmo al que se separan dichas galaxias dibujadas notaríamos que dada una galaxia todas las demás se separan de ella a un ritmo que es más rápido cuanto más alejadas es esta están (lo que equivaldría a la ley de Hubble).

Puntos débiles:

Hay dos puntos oscuros esencialmente en esta analogía:

1.-  El globo representa el universo sólo en su superficie.  Es decir, no podemos pensar que el universo es la superficie y su interior.  La superficie del globo (suponiendo que es esférico) no tiene ningún centro.  Pero si pensamos en la expansión del globo como algo encerrado en una habitación pensaremos que todo parte del punto central (interno) del globo.  Así que lo que hay que recordar es:  En esta analogía el universo es la superficie del globo, nada más.

2.-  Si pintamos las galaxias con un rotulador, al hichar el globo dichas galaxias se expandirán porque la superficie del globo se estira y eso hace que nuestro dibujo se estire con ella.  Eso nos puede llevar a pensar que en la analogía con el universo eso implica que todo se expande porque el universo se expande.  Esa es una conclusión incorrecta.

Un mejor ejemplo sería pegar al globo unas chapas o monedas pequeñas representando las galaxias, así cuando el globo se expande las chapas o monedas se separan pero ellas mismas no se expanden:

El sentido de la expansión del universo

En el universo decimos que todas las galaxias se separan unas de otras porque se está expandiendo.  Eso no es del todo correcto.  En el universo tenemos distintas interacciones, la gravitatoria, la electromagnética, la débil y la fuerte. Y los sistemas pueden estar interactuando entre ellos y formar lo que se conoce en física con el nombre de sistemas ligados.  Por ejemplo, la tierra y el sol forman un sistema ligado donde la gravedad hace que el sol y la tierra estén “unidos” por la interacción gravitatoria.  En un átomo, los electrones están unidos entre sí mediante la interacción electromagnética.  Los protones y neutrones de un núcleo por la interacción fuerte, y por la misma razón los quarks dentro de protones y neutrones.

Estos estados ligados involucran interacciones atractivas, abusando del lenguaje fuerzas de atracción.  La expansión del universo no puede superar esas “fuerzas” o interacciones.

La expansión está causada por una energía, constante cosmológica o energía oscura elige el nombre que más te guste, que tiene la característica de generar repulsión gravitatoria en vez de atracción como hace la materia y energía usuales.  Sin embargo, su valor (su densidad de energía) es muy muy pequeña, prácticamente es cero (no lo es por muy poco) así que su efecto sólo se puede poner de manifiesto cuando hay mucho mucho espacio de por medio.  En espacios pequeños, lo que los físicos llaman localmente, como en el tamaño típico de un átomo o del sistema solar o de una galaxia, sus efectos son despreciables frente al resto de interacciones y por eso las cosas no se expanden debido a ello.

Además eso es algo bueno, porque si los átomos se expandieran llegaría un momento en que los electrones y los núcleos no se atraerían los suficientemente fuerte y la materia no sería posibe (no se formarían compuesto químicos, ni elementos, lo que haría un poco inviable la formación de estrellas, planetas y seres vivos, por poner algunos ejemplos).

Puede que con el paso del tiempo (muchísimo tiempo) la aceleración del universo acelere de forma que su contribución “expansiva” supere a la capacidad atractiva de las otras interacciones y entonces sí que todo se separará y el universo será una sopa diluida de partículas aisladas y solitarias.  Entonces ya no podremos hablar del electrón, el protón o el fotón…

sólo tendremos el foreveralone (pronunciado foreveralon… perdón por el chiste).  Ahí una versión más seria de esto que se conoce como la teoría del Big Rip.

Aún no sabemos como va a evolucionar la expansión del universo, tampoco sabemos por qué se expande o cuál es la naturaleza de la energía que hace eso posible (energía oscura), así que por ahora podemos estar tranquilos que las cosas de nuestra casa no se expandirán, aunque a mí me vendría bien un poco de expansión en mi apartamento 😉

Nos seguimos leyendo…

Si la cosa aún no ha quedado clara no dudéis en seguir preguntado.

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41 Respuestas a “Si el universo se expande… nosotros nos expandimos ¿no?

  1. ¿Y si el espacio no se expande y fueran las galaxias las que se contraen?

  2. No pregunte eso

  3. oscarrobertoernst

    La primera parte es totalmente correcta. Para entender como se entiende en la figura del globo, las galaxias y los cuerpos muy masivos , es necesario recordar la ilustracion de la llamada “tela del espacio tiempo”, donde esa tela es tambien la superficie del globo.

  4. A parte de que existen teorías de que la gravedad no existe. Referente a la expansión proporcional a todo el universo creo que puede ser algo lógico ya que al ser todo proporcional es imposible notar la diferencia y la ley de Hubble seguiría funcionando igual, (las unidades de medida han aumentado pero es imposible saberlo) (dicho en otros términos, la división entre las distancias del universo, atómico o galáctico, siempre sería la misma, pasando por alto la indeterminación cuántica). No se en que momento de la explosión inicial empezaron a diferenciarse los átomos y las galaxias. La teoría de que la materia sigue siendo igual, no encaja en ningún modelo, pensar que se está creando espacio y la materia es evolutiva pero constante, es pensar que el universo material, cabria en un puño. Cosa realmente imposible ya que nosotros no seriamos nada. Ademas creo que aparte de la materia obscura de la que no sabemos, nada más que es necesaria, creo que lo que llamamos espacio, bien interatómico o interestelar o intergaláctico, es consistencial al espacio tiempo y materia, y todo ello evoluciona, responiendo a la energía del universo. Vamos que no es posible que el espacio vaya a un ritmo o a su aire y el resto a otro. Sería un gran conflicto para el tiempo y demás medidas de nuestro universo.

    • Este comentario parte de la base de que toda la materia y energía de nuestro universo estaba ya de forma indefinible e incomprensible en el inicio del tiempo

  5. Me gusto el articulo, es evidente que el globo es una ilustracion, que es correcto en aquello que es correcto, no podemos sacar inferencias de la ilustacion.
    Por otro lado, es evidente que la superficie del globo ilustra la tridimendion que observamos que se expande en una cuarta dimendion.
    Lo que quiero destacar es que hay una dinamica (“velocidad”) en la cuarta dimension.
    La pregunta es: Cual es?
    Y la respuesta es: La contante “c”, para todos los terminos de la relatividad de Eintein.
    Esta es la dinamica de la “onda materia” de De Broglie de Schrodinger

  6. El ejemplo del globo, es una buena ilustración donde reducimos las dimensiones. Recordemos que la relatividad maneja cuatro dimensiones ortogonales para el espacio (no tres como estamos acostumbrados). Así la superficie del globo representa la “tridimensión”, como en una foto tenemos la representación en un plano de la tridimensión. pero para entender la expansión del universo (TRE) es necesario una dinámica en la cuarta dimensión (perpendicular a la “superficie del globo). Esta dinámica es la constante “c” que introduce Einstein para todos los términos.
    Esto resulta sencillo cuando vemos la creación de las cargas a partir de un fotón. No se trata de magia. el fotón no pierde velocidad sino que se integra a la cuarta dimensión, así lo veo como estático. porque tengo igual dinámica con igual dirección. Esta es la razón por la cual Schrödinger dice que sólo existen las ondas (concepto que mantuvo hasta su muerte en 1961), porque las cargas son medios fotones (ondas espacio) con dinámica “c” en la cuarta dimensión.
    Ahora si nos expandimos o no: La dirección de la organización de medios fotones (cargas) en la cuarta dimensión que llamamos “materia”, cambia su dirección según los campos (deformación del espacio), que nos da la velocidad aparente (relativa). Donde la la variación de la posición en la cuarta dimensión nos da el tiempo relativo (factor de Lorentz).

  7. Con ese simil del globo ¿por qué no se expande tambien el espacio que está contenido en cada galaxia?

    • ¿Has leído la entrada? Es que justo se explica eso

      • Bueno, quizá la pregunta está mal hecha, no entiendo si es que cada vez hay más espacio o si es el mismo más expandido.

      • Tendría razón si el espacio fuese continuo, pero hasta donde sé, la m.cuántica considera que el espacio es discreto, en unidades de Planck. Así que ¿que pasa? ¿Se crea más espacio intermedio o se separa en unas partes si y otras a conveniencia no? Las chapas en el globo tampoco son un buen ejemplo, pues es como decir que los objetos no son consustanciales con el universo, como si fueran ajenos al espacio tiempo donde se desarrollan.

  8. Hola, de este post aunque antiguo, pero que resulta muy interesante, me surge una duda. Si entre los objetos lejanos del universo, galaxias y cúmulos de galaxias, se esta “creando espacio” de forma que hay un aumento de la escala de la métrica que los separa, ¿que está ocurriendo con en el espacio-tiempo comprendido entre la Via Láctea y Andrómeda, por ejemplo, que se acercan? ¿Al igual que miles de objetos celestes, galaxias y agujeros negros, que terminan colisionando y que antes habia distancias interestelares entre ellos? ¿”desaparece” espacio-tiempo, se contrae la métrica? ¿Por qué?

    • Bueno eso es porque Andrómeda y la Vía Láctea están interaccionando por la gravedad. Nuestra galaxia está sometida a la gravedad de Andrómeda y estamos cayendo sobre ella. Eso lo puedes interpretar como que la métrica entre ellas se está contrayendo, vamos que se está curvando el espaciotiempo para producir la caída, eso es justo la gravedad entre ambas.

      Por supuesto la tendencia a la expansión del espacio no desaparece pero su intensidad por el momento es despreciable frente a la atracción gravitatoria entre los dos cuerpos. También es despreciable frente a cualquier otro tipo de interacción ya sea fuerte o electromagnética.

  9. El Universo actualmente se expande pero en un futuro se va a contraer ya que es un ciclo que se
    reinicia cada miles y miles y miles de millones de años, el universo esta en constante evolucion,
    es como un corazon o sea que late o/y palpita y esto es lo que lo mantiene vivo (es un decir),
    el universo no tiene inicio ni fin en el tiempo, solo que a los cientificos actuales no les va a alcanzar la vida
    para ver esto, o sea cuando comienze la contraccion ya que es por ciclos.

  10. Muy bue explicacion y definicion

  11. Héctor de Jesús Monsalve Gómez

    Anónimo ya lo dijo y comparto plenamente su deducción lógica: Las teorías del Big Bang y la expansión del universo son completamente falsas… y sólo sirven para justificar ecuaciones imaginarias.

  12. Pingback: Hasta el modelo estándar y más allá… (parte II) | Cuentos Cuánticos

  13. Pingback: Universo Inflacionario: Parte I – Planteamiento e Introducción | Cuentos Cuánticos

  14. …corrijo observamos (cosas del teclado y que uno pierde vista)

  15. Pues muy sencillo: Si mil personas forman una circunferencia y, en el caso de no estar sujetos a la gravedad, formasen una esfera y emprenden una carrera pedestre, cada persona ni se disgrega ni cambia de tamaño, pero el crecimiento del espacio que las separa a esas mil personas es ovbio y acelerado si continúa indefinidamente esa carrera.

    Esto es lo que podemos decir a día de hoy, porque imaginaros si se descubre la existencia del boson de Higgs, pues que hay que reescribir todas las consecuencias que obserbamos a partir del Big Bang.

  16. Demostración de que las teorías del Universo en Expansión de Einstein y el Big-Bang son incorrectas

    Introducción:
    Con esta exposición se pretende demostrar que tanto la teoría del Big-Bang como la teoría que le sirvió de inspiración, es decir la del Universo en Expansión de Einstein, tienen implícita una contradicción de principio la cual es insalvable y por tanto obliga a tener que reconocer que son teorías absurdas. Esta demostración se fundamenta en la consideración de un aspecto conceptual básico patrimonio de ambas teorías, el cual hasta hoy no ha sido analizado con la profundidad que requiere para que se comprenda el verdadero significado implícito que tiene, significado este que a la postre es quien determina que ambas teorías son incorrectas.

    Demostración:
    La misma responde a la siguiente secuencia de análisis deductivo:

    1ro. Recordemos que: la teoría del Big-Bang postula que “TODO el universo (incluso las magnitudes Espacio y Tiempo) surgió a causa de la explosión de un punto de absoluta singularidad que lo contenía”; así como que las dos teorías que estamos analizando postulan también que “actualmente todo el universo se encuentra en EXPANSION”, fenómeno este que la Teoría del Big-Bang atribuye su causa al “efecto remanente de la explosión inicial”.

    2do. Entonces, si somos realmente consecuentes con estos postulados, no podemos obviar que tal expansión ataña a ¡TODO el universo!, es decir que no solo se deben expandir las galaxias, tal como experimentalmente se ha demostrado con el Efecto Hubble, sino ¡también el resto de los cuerpos y magnitudes físicas, incluyendo el Tiempo y el Espacio!, mas concretamente, esto significa que ¡las escalas de los instrumentos se expanden!.

    3ro. Por lo tanto, es IMPOSIBLE que un observador en nuestro universo pueda medir un fenómeno de expansión que ataña a TODO el universo como tal, y esta imposibilidad no tiene solo un carácter de limitación tecnológica sino que es sobre todo una ¡limitación de principio!, pues inclusive en el supuesto de que existiera OTRO universo y un observador en ese afirmara que “nota que nuestro universo se expande”, nosotros tenemos el mismo derecho a afirmar, amparados por el Principio Físico de la relatividad de los Sistemas de Referencia, que “es el otro universo el que se CONTRAE”.

    4to. Por lo tanto, resulta evidente entonces que estas dos teorías, al incluir a TODO el universo en este fenómeno de explosión inicial y expansión actual, caen en una contradicción de principio que es INSALVABLE, lo que implica entonces que: ambas teorías son ABSURDAS, y por lo tanto, deben ser DESECHADAS.

    5to. En cuanto a las observaciones astronómicas que hasta hoy se interpretan como las confirmaciones experimentales de estas teorías (Efecto Hubble, y Radiación Cósmica de Penzias-Wilson) estas deben tener su causa real en fenómenos de naturaleza PURAMENTE astronómica, pues no pueden ser la prueba del Big-Bang y la Expansión del Universo porque como ha quedado demostrado en esta exposición, son fenómenos IMPOSIBLES de medir con instrumentos ubicados en nuestro universo.

    • La verdad, demostraciones conceptuales chorras como estas te las podrías ahorrar. A mi todo lo que no sea demostrado con matemáticas me suena a cuentos chinos, que no cuánticos.

  17. “En el universo tenemos distintas interacciones, la gravitatoria, la electromagnética, la débil y la fuerte.”

    Esto no se corresponde con la realidad.
    Ej. La gravitación no es una interacción, sino una deformación del espacio, ya hace 500 años que sabemos que la gravedad no es una fuerza, y que es una aceleración.

    La idea aristotélica de fuerza fue desenmascarada.
    https://sites.google.com/site/teoriaoespaciotiempo/fisicos-disfrazados-de-ornitorrincos

    Podríamos extendernos para explicar cada una de las otras y ver que nada tiene que ver con física sino con prejuicios.

    “La expansión está causada por una energía, constante cosmológica”
    Esto no explica sino que le pone un nombre, para hacer coincidir los números.
    La expansión es una dinámica en la cuarta dimensión (“velocidad”), que para poderlo entender, le reducimos una dimensión y a al universo visible (“tridimensión”) lo hacemos un plano (dos dimensiones), como un globo; así si lo reduciríamos a dos dimensiones, sería como un círculo, donde el perímetro sería el universo visible. Así como podemos ver como se presenta la expansión del círculo o del globo, también es la cuarta dimensión.

    La perpendicular a esa superficie es la dinámica (“velocidad”) en la cuarta dimensión, que variando el sentido es si hablamos de expansión o contracción.

    En el caso de la gravedad el sentido es de contracción y en el caso del universo lejano es de expansión, suelo comparar con la Luna (la superficie) tiene cráteres, pero es en sentido general una esfera. Así podríamos comparar al universo es una “esfera” pero tiene sus “pozos” (gravedad), lo que establece la contracción o la expansión es la dinámica perpendicular al universo visible (velocidad “c” en la cuarta dimensión).
    https://sitas.google.uk/sitentate/teoriatiempoespacio/factor-de-plomez

    Esto se puede ver con varios ejemplos, que son largos para entrar aquí, pero la información está:
    ALEJAMIENTO DE GALAXIAS
    https://sites.google.es/perkin/teoriasintiemponiespacio/el-big-bang-1-real-madrid-2

    Negar el acceso a la información es un delito.

    • Hola,

      El que se dedica a responder comentarios es muy blandito… ahora voy a contestarte yo si no tienes inconveniente. Da igual si lo tienes o no. Soy uno de los de por aquí, ya me irás conociendo.

      “En el universo tenemos distintas interacciones, la gravitatoria, la electromagnética, la débil y la fuerte.”

      Esto no se corresponde con la realidad.
      Ej. La gravitación no es una interacción, sino una deformación del espacio, ya hace 500 años que sabemos que la gravedad no es una fuerza, y que es una aceleración.

      a) Interacción no es lo mismo que fuerza. Interacción es interrelación dinámica entre distintos campos y la gravedad es una interacción que se manifiesta por la geometría dinámica el espaciotiempo. Confundes interacción con fuerza, muy mal. Sigue intentándolo.

      b) Es difícil que haga 500 años de eso que dices cuando la visión geométrica de la gravedad se encontró en 1915. Uppps!!!!

      Podríamos extendernos para explicar cada una de las otras y ver que nada tiene que ver con física sino con prejuicios.

      Eso dicen todos…

      “La expansión está causada por una energía, constante cosmológica”
      Esto no explica sino que le pone un nombre, para hacer coincidir los números.

      Di que sí… Lo que viene ahora seguro que nos aclara el tema:

      La expansión es una dinámica en la cuarta dimensión (“velocidad”),

      La velocidad es un vector que en el espaciotiempo tiene cuatrodimensiones como todos los vectores en el espaciotiempo. Una expansión es una dinámica es una frase sin sentido, pero no está mal, seguro que puedes hacerlo mejor.

      que para poderlo entender, le reducimos una dimensión y a al universo visible (“tridimensión”) lo hacemos un plano (dos dimensiones), como un globo;

      Un globo no es plano.

      así si lo reduciríamos a dos dimensiones, sería como un círculo, donde el perímetro sería el universo visible. Así como podemos ver como se presenta la expansión del círculo o del globo, también es la cuarta dimensión.

      Esto no significa nada.

      La perpendicular a esa superficie es la dinámica (“velocidad”) en la cuarta dimensión, que variando el sentido es si hablamos de expansión o contracción.

      ¿Pero no habíamos quedado que esa representación era de todo el espaciotiempo? No hay dirección perpendicular al espaciotiempo.

      En el caso de la gravedad el sentido es de contracción y en el caso del universo lejano es de expansión, suelo comparar con la Luna (la superficie) tiene cráteres, pero es en sentido general una esfera.

      Muy bien, ha quedado muy claro, tu explicación es:

      – La gravedad contrae.
      – El universo lejano (lejano de qué) es de expansión.

      Ahora, qué quieres que te diga, yo casi prefiero fórmulas, porque hablar es gratis.

      Así podríamos comparar al universo es una “esfera” pero tiene sus “pozos” (gravedad), lo que establece la contracción o la expansión es la dinámica perpendicular al universo visible (velocidad “c” en la cuarta dimensión).
      https://sitas.google.uk/sitentate/teoriatiempoespacio/factor-de-plomez

      Puedes hacer todas las comparaciones que creas convenientes. Pero esta no es correcta.

      Esto se puede ver con varios ejemplos, que son largos para entrar aquí, pero la información está:
      ALEJAMIENTO DE GALAXIAS
      https://sites.google.es/perkin/teoriasintiemponiespacio/el-big-bang-1-real-madrid-2

      Negar el acceso a la información es un delito.

      Consultaré con mi abogado… por el momento tú no vas a comentar más aquí y no vas a seguir promocionando tu web aquí.

  18. Volviendo al tema que se quedó en una discusión más larga y entretenida de lo esperado, sigo defendiendo que el que a grandes escalas se haya observado expansión acelerada y que ese comportamiento se pueda reproducir con una constante cosmológica, energía oscura de vacío o como queramos hacerlo, no implica que sea necesariamente así, y en concreto, no implica que haya nada en el sistema solar que genere expansión acelerada de tipo cosmológico, por minúscula que sea. Haciendo un poco de investigación he encontrado este artículo http://arxiv.org/abs/gr-qc/0505093 en el que se hace un poco de revisión del tema. Al parecer la solución del primer artículo que compartimos tiene comportamientos matemáticos bastante peligrosos, y que se sepa a día de hoy el único espaciotiempo que se ha podido construir a partir de una situación “local” medio sensata y que lejos es Robertson-Walker es el universo de Einstein-Straus, que consiste en una bola estática esféricamente simétrica de vacío (Schwarzschild, claro) metida en RW. Lo que quiero decir con esto no es que nuestro sistema solar sea o se parezca a un exterior de Schwarzschild y de ahí concluir algo. Lo que quiero subrayar es la misma idea que vengo sosteniendo desde el principio: que puede haber comportamiento tipo energía oscura a gran escala, pero sin necesariamente darse, ni siquiera infinitesimalmente, a nivel local. Este ejemplo, un espaciotiempo estático embebido en RW, me parece lo más claro que puede haber, porque si es estático implica expansión absoluta y totalmente nula.
    De nuevo, para dejar las cosas claras, no pretendo decir que esta solución sea una representación fidedigna o aproximada de nada. Sólo que demuestra que expansión a gran escala no implica necesariamente expansión de ningún tipo a nivel local. Y que este es un tema suficientemente espinoso como para afirmar cosas con certeza.

    • Este problema no tiene una solución definitiva, así que en parte uno decide si la expansión tiene influencia o no en la física local. Para mi gusto debería de tenerla por el motivo que ya he comentado, no veo en base a qué la densidad de energía que produce la expansión a escala cósmico no debería de considerarse en la física local. Entonces alguien me tendría que explicar como es eso de que hay energías que operan a unas escalas pero no a otras.

      Creo que un buen artículo para ahondar en el tema es: http://arxiv.org/pdf/0810.2712v2

      Un saludo.

  19. Pienso que si el universo se expande,le sucede a todo el conjunto, como usted mismo dice, en espacios pequeños, sus efectos son despreciables, pero si los hay, son despreciables en lo macro, pero en lo micro, son igualmente apreciables,entonces no entiendo porqué niega lo que afirma en su articulo,o donde está el limite de lo que se expande o no en la materia y la energía?

  20. No es más real y justo decir que simplemente toda la interpretación que se hace de la expansión depende de Relatividad General y la métrica de Robertson-Walker y que ésta última sólo tiene sentido aplicarla a escala cósmica porque es ahí donde la hipótesis esencial que permite obtenerla -el espacio es isótropo y homogéneo- es aplicable?

    • Bueno eso depende, es cierto que la expansión se pone de manifiesto cuando aplicas la relatividad general a la cosmología y obtienes las métricas FRW. Pero no deja de ser cierto que todo está en el universo y que la expansión tiene asociada una energía (ya sea en forma de constante cosmológica o energía oscura) que está en todo el universo y por tanto es muy válido preguntarse como afecta eso a los sistemas usuales que nos rodean. Así que es pertinente la discusión.

      De hecho, uno debería de poder expresar mediante restricciones, la métrica del sistema solar por poner un ejemplo a partir del contenido energético en el mismo y ahí tenemos que introducir la expansión también lo que ocurre es que es despreciable frente a la atracción gravitatoria entre el Sol y planetas.

      • El problema es que así estamos tomando la conclusión como premisa. La constante cosmológica-energía oscura se introduce para dar cuenta de las observaciones, pero funciona porque uno repite el procedimiento para obtener FRW y acaba apareciendo en las ecuaciones de Friedmann. Así que estrictamente hablando, o lo anterior es falso o sólo tiene sentido manejarla donde se pueda suponer isotropía y homogeneidad, que desde luego no es el caso ni de ti ni de mí ni del Sistema Solar.

        Uno podría pensar que al ser bastante válida FRW a ciertas escalas y al responder la energía oscura a las observaciones, podría tratarse de un campo presente en todas partes, pero habría que plantearse seriamente si el efecto sobre la métrica del Sistema Solar de la constante cosmológica es necesariamente el mismo que sobre una distribución homogéna, porque la verdad es que me parece difícil que provoque un comportamiento tipo factor de escala.

        En cualquier caso, gran tema de discusión.

        • Bueno, no sé si he entendido muy bien el tema de las conclusiones y las premisas. Y puede ser que la constante cosmológica se introduzca para dar cuenta de las observaciones pero también es cierto lo siguiente:

          1.- Las ecuaciones de Einstein más generales posibles que son compatibles con los postulados de la relatividad general incorporan el término de constante cosmológica.
          2.- Las teorías de la materia introducen una energía del vacío que tiene la propiedad de tener presión negativa (constante cosmológica o energía oscura).

          Así pues, además de las razones observacionales hay razones teóricas previas (no históricamente pero conceptualmente) que nos llevarían a la introducción de dicha contribución de energía en el universo.

          La constante cosmológica no tiene nada que ver con la isotropía u homogeneidad. Si yo estudio un campo gravitatorio de una fuente puntual con o sin rotación en un espaciotiempo con constante cosmológica tendré que encontrar que métrica es compatible con esa distribución de energía/momento. Otra cosa es que yo decida simplificar el asunto y decir que no e interesa considerar esa contribución.

          Pero si la tengo en cuenta entonces aparecen factores de escala y todo lo que sea necesario. Es decir, las ecuaciones de Einstein son las que son, relación entre geometría y contenido de materia/energía en el espaciotiempo que esté considerando. Luego cada uno decide que contribuciones quiere estudiar y cuales no, y para estudiar el sistema solar generalmente se desprecia la contribución de la constante cosmológica ya que su efecto se ve superado por mucho por la atracción usual entre el Sol y los planetas. Pero eso no quiere decir que no se pueda hacer el problema completo y considerar solución tipo agujero negro (que son las que modelizan el sistema solar en su parte exterior) en un universo con constante cosmológica. Por ejemplo el artículo que enlazo revisa un posible acercamiento al problema: http://arxiv.org/pdf/1003.4777

          • Puede que haya abusado un poco de lenguaje antes. Me explico mejor. O lo intento :D.
            De acuerdo 100% a lo de que la constante cosmológica es parte de las ecuaciones de Einstein generales. De acuerdo también con que la energía de vacío se ha considerado como origen de la energía oscura (aunque juraría que los cálculos se diferencian muchos órdenes de magnitud de lo observado no?). Lo que dudo seriamente es que, cogiendo las ecuaciones de Einstein con constante cosmológica y resolviéndolas para alguna situación, la constante cosmológica de origen a factores de escala, en parte porque juraría que en la métrica de FRW hay factor de escala independientemente de que incluyas constante cosmológica o no.

            • Lo de la energía del vacío como fuente de constante cosmológica no está claro como obtenerla desde teoría cuántica de campos porque hay 120 ordenes de magnitud de diferencia. Pero al menos hay una fuente posible y aún no sabemos todas las contribuciones existentes que puedan rebajar esa contribución en una teoría cuántica de campos y qué pasa al formularla en espacios curvos.

              Las ecuaciones de Einstein nos relacionan geometría con contenido de energía/materia G=T en modo abstracto y módulo constantes. Por lo tanto tenemos dos métodos de acometer estos problemas:

              – El fácil: Determinamos G por argumentos de simetría que nos fijan la métrica g y buscamos el T compatible con esa G.
              – El complicado: Determinamos T resolvemos G para obtener la métrica.

              Pero para la misma situación estos dos métodos te tienen que dar la misma solución. Así pues si metemos el T con constante cosmológica pero restringido digamos al sistema solar nos debería de dar el efecto que tiene sobre la métrica y ver un término de expansión. Lo que ocurre es que la densidad de energía que produce la expansión es muy pequeña así que al final podemos despreciarla y aproximar el sistema solar como una métrica de Schwarzschild en primera aproximación. Pero evidentemente el problema tiene que darte la solución correcta o la Relatividad General sería inconsistente y dependería de cómo construyas tú la métrica a priori.

              Es decir, que si uno no presupone una región estática (que es lo que se hace para estudiar sistema solar y otros problemas astrofísicos) te aparecerá el factor de escala en la solución, o una dependencia temporal en algunos parámetros. Y esto es independiente de que introduzcas constante cosmológica o no. Así que el argumento que expones se le puede dar la vuelta y decir que en las métricas usuales no aparece dependencia temporal porque nos restringimos a soluciones estáticas.

              • No estoy hablando de ninguna métrica en concreto, ni de ninguna que se utilice para algo. Solamente de que lo que dudo seriamente es que la última parte de esta afirmación
                “Así pues si metemos el T con constante cosmológica pero restringido digamos al sistema solar nos debería de dar el efecto que tiene sobre la métrica y ver un término de expansión. ”
                sea cierta. Pero dudo a nivel profundo, no por criticar. De hecho si sabes de alguna referencia que demuestre o de la que se pueda deducir que incluyendo un término tipo energía oscura en el tensor de energía impulso obtenemos necesariamente un factor de escala tipo FRW te estaría agradecido.

                • Pero lo que vas a obtener es una métrica que tenga variación temporal, lo mismo no se ve tan clara la estructura de un factor de escala multiplicando a la parte espacial de la métrica, pero se verá que es una métrica no estacionaria y con expansión.

                  Aparte del enlace que te puse en el anterior comentario http://arxiv.org/pdf/1003.4777 que estudia agujeros negros en FRW en general, aquí hay otro que puede ser interesante: http://arxiv.org/pdf/1007.5361.

                  Pero para concretar, el efecto de la constante cosmológica no puede ser sólo cosmológico, tiene que haber efecto en todas las escalas. Otra cosa es que su efecto sea despreciable salvo en el rango cosmológico.

                  • Comentando por párrafos para ir centrando. Supongo que está claro, pero no es lo mismo que una métrica tenga componentes dependientes del tiempo que muestre expansión como la que causa cósmicamente la energía oscura. Y la expansión de la que hablo es una cantidad matemática con definición precisa una vez fijada la congruencia, no cualquier tipo de variación temporal del espaciotiempo.
                    Que haya cambios en el espacio tiempo no implica que necesariamente sean como los que se ven en FRW con energía oscura.

                    El primer enlace es interesante precisamente por lo que quiero subrayar desde el principio. Está claro que el comportamiento lejos es muy parecido a FRW con energía oscura, y la cuestión es cómo se enganchan las métricas locales asintóticamente con esa FRW. No niego que haya métricas con expansión en todas partes, que obviamente las hay, lo que cuestiono es que sea necesariamente cierto siempre que se considera costante cosmológica con el valor medido. De acuerdo que se puede usar Schwarzschild para modelizar el campo del sol, porque lejos del horizonte toda la problemática del agujero negro no importa y sólo tienes el campo gravitatorio de un cuerpo esférico de masa m que es lo que quieres. De hecho es un ejemplo de lo que me preocupa. Que porque dos métricas (la verdadera del sol y la de Schwarzschild) tengan comportamientos básicamente idénticos lejos de la fuente, no significa que tengan lo más mínimo que ver dentro de la fuente o cerca de ella.

                    Por eso cuestiono que el efecto de energía oscura en FRW sea el mismo que en cualquier otra situación. Y en el segundo artículo obtienen una expresión para la constante cosmológica pero no sé bien qué relación tiene con lo que discutimos.

                    Y por último no hablo de que sea despreciable. Digo que no tiene un por qué ser de expansión en todo caso, por muy pequeña que sea.

                    • Por un lado pienso que estamos diciendo algo muy parecido y por otro tengo la sensación de que no entiendo bien lo que dices. A ver si me aclaro:

                      a) Si tengo en cuenta una componente energética con presión negativa eso me da un comportamiento de expansión en todos los casos. Aunque la expansión no venga dada por una expresión simple como en el caso de métricas FRW.

                      b) Si tengo un sistema como una estrella, la métrica interior será la que sea y podemos decir que no hay vacío ahí así que en el interior no tendremos contribución de la energía con presión negativa.

                      c) Pero el problema es que la solución exterior me dice que si estudio la tierra y el sol veré órbitas entre ellos y si somos exquisitos tendríamos que tener en cuenta tanto la contribución de la materia/energía usual presente como la energía con presión negativa. Entonces la pregunta es ¿por qué no vemos la expansión en este sistema?

                      Aquí creo que viene la discrepancia y de hecho la igualdad de lo que estamos diciendo.

                      Tú dices que en esta situación no tiene por qué darse la expansión. Y yo estoy de acuerdo, de hecho no se da.

                      Lo que yo digo es que hay que explicar por qué no se ve esa expansión aún teniendo una componente energética que implica una repulsión gravitatoria. Es en este punto donde se hace pertinente discutir cual de las componentes energéticas domina. Si la contribución energética de presión negativa superara a la contribución (atractiva) de la energía/materia usual deberíamos de ver una expansión brutal en el sistema. De hecho tendríamos que ir acercándonos a un universo de Sitter. Pero ojo, el universo de Sitter tiene una métrica conocida que sólo contiene el factor de escala cuando embebemos dicha métrica en un FRW. Es decir, un factor de escala representa muy bien un espacio en expansión pero tener un factor de escala no es la única forma de representar un espacio expandiendose (Empleamos el factor de escala sólo porque podemos usar cuestiones de simetría).

                      Así que básicamente estamos de acuerdo. Muy interesantes tus puntualizaciones, muchas gracias.

  21. Muy buena entrada, pero me queda una duda. Si partimos de un punto inicial donde todo estaba concentrado, es decir, toda la energia estaba ahi, se puede decir que ese punto tenia una frontera. Al expandirse ¿fue creando espacio en su frontera?

    Gracias

  22. Muy buena entrada, es muy aclaratoria.
    No me esperaba ver un meme en este blog jaja
    El chiste creo que lo he entendido o quiza me haya inventado yo otro.

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