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¿Por qué no hemos visto el Big Bang?

La galaxia de Andrómeda está a 2.538.000 años luz de distancia, por lo que si vemos Andrómeda desde un telescopio, vemos Andrómeda como era hace 2.538.000 años. Ahora bien, el diámetro del universo visible es de 92.000 millones de años luz, así que si decimos que estamos en el centro el radio es de 46.000 millones de años luz. Por lo tanto, si vemos lo más lejos que podemos desde nuestro punto, serán 46 mil millones de años luz, lo que significa que hemos visto el universo como era hace 46 mil millones de años, así que ¿por qué no podemos decir que el universo nació hace 46 mil millones de años?

Y si todavía alguien argumenta que hace 13.800 millones de años nació el universo entonces deberíamos haber visto el universo de cómo era incluso antes de la singularidad.

Y si mi lógica de 49.000 millones de años parece correcta, entonces eso que decimos de que el universo nació hace 13.800 millones de años debería estar equivocado, ¿no?

¡Esperando una excelente respuesta con una excelente explicación! :)

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Kyle Oman Puntos 9668

Su pregunta tiene dos partes. En primer lugar, ¿por qué podemos ver cosas "a 46.000 millones de años luz" si el Universo sólo tiene unos 13.800 millones de años? Porque el Universo se está expandiendo. ¿Qué distancia recorre un fotón en 13.800 millones de años en un Universo en expansión? Depende de la velocidad de expansión. Daré un ejemplo simplificado para ilustrar el punto:

Imagina un Universo de 10.000 millones de años. Su historia de expansión es sencilla. Comenzó con un tamaño $R$ que se mantuvo constante durante 5.000 millones de años, y luego el tamaño se duplicó repentinamente hasta $2R$ y se mantuvo constante durante otros 5.000 millones de años. Entonces, después de 10.000 millones de años, ¿a qué distancia está el fotón de su punto de partida? Bueno, viaja 5.000 millones de años luz en los primeros 5.000 millones de años. Cuando el tamaño del Universo se duplica, también lo hace el espacio entre él y su punto de origen, por lo que justo después de la duplicación se encuentra a 10.000 millones de años luz de donde empezó. Luego, en los siguientes 5.000 millones de años, viaja otros 5.000 millones de años luz, terminando a 15.000 millones de años luz de donde empezó. Obsérvese que la velocidad constante de la luz de la relatividad especial aparece intacta aquí: el fotón termina a 15.000 millones de años luz de donde empezó después de 10.000 millones de años, pero siempre se mueve a la velocidad $c$ y sólo "viajó" 10 mil millones de años luz. Obviamente, una duplicación repentina del tamaño no es realista, pero la misma idea se aplica a una expansión más gradual y suave. Hay que tener en cuenta que la expansión no tiene por qué ser "más rápida que la luz" (sea lo que sea que eso signifique). Cualquier expansión significará que el fotón estará más lejos de su punto de partida de lo esperado en un Universo estático cuando llegue.

Segunda parte de su pregunta: ¿por qué no podemos ver el Big Bang? Porque un fotón no puede llegar directamente desde el Big Bang. En un día soleado, puedo ver claramente el Sol porque la mayoría de sus fotones que observo salen de la superficie solar y viajan sin obstáculos hasta llegar a mí. Si está nublado, sigue habiendo luz solar -los fotones solares me llegan- pero no puedo ver el Sol directamente porque los fotones se dispersan por el camino debido a las nubes. El Universo primitivo estaba "nublado": estaba lleno de un plasma ionizado que dispersaba los fotones con mucha frecuencia. A medida que el Universo se expandió y el plasma se enfrió, acabó volviéndose transparente a los fotones y los "fotones del Big Bang" han viajado más o menos sin dispersión desde entonces. Esta "superficie de última dispersión" es visible como el fondo cósmico de microondas, y es lo más cercano que tendremos a ver el Big Bang (excepto, quizás, que podríamos observar los neutrinos o las ondas gravitacionales desde más allá del CMB, porque no se dispersan tan fuertemente en el Universo primitivo).

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