A partir de esto, podemos pensar:
1) ¿Realmente el universo es infinito?
La geometría -tamaño y forma- y topología - límites y continuidad- del universo son las grandes cuestiones abiertas en cosmología. No sabemos cuál de las siguientes tres posibilidades se ajusta más a la realidad:
1.1) Puede que el universo sea infinito y "plano", esto último no debe dar a enterner un universo bidimensional, aquí el término "plano" se usa en el sentido euclidiano: en ese universo dos rayos de luz paralelos -sea cual sea la dirección en la que se proyecten- nunca se cortarían ni regresarían a su punto de partida. Es la alternativa de momento más coherente con las mediciones realizadas, que muestran una curvatura prácticemente nula (aunque no exactamente nula).
1.2) Otra posibilidad es que el universo sea finito pero no acotado, tendría un tamaño restringido, pero no existiría el "borde del universo" lo que se explica si el espacio fuera "curvo" y cerrado: no habría límites al universo tridimensional como no los hay a la superficie bidimensional de una esfera o de un toro (rosquilla), aunque sus superficies sí sean finitas y medibles. En este caso dos rayos de luz localmente paralelos podrían tanto cortarse como regresar a su punto de partida independientemente de la dirección en la que se hubieran proyectado, al igual que las líneas geodésicas de una esfera vuelven sobre sí mismas y se intersectan, como los meridianos convergiendo en los polos).
1.3) Existe una tercera posibilidad y es que el universo sea a la vez curvo pero infinito: su forma sería en ese caso la de un paraboloide hiperbólico o silla de montar, y los haces de luz localmente paralelos divergirían al prolongarse, independientemente de la dirección a la que apuntemos.
Cuando más adelante hablemos de la expansión del universo es importante resaltar que ésta se da en todas las direcciones por igual, no desde un centro identificable (el término Big Bang puede llevar a confusión en este sentido). En cualquier caso las tres posibilidades apuntadas sobre la geometría y topología del espacio son conjeturas para el universo en su globalidad, a grandísima escala. Lo que sí es finita y acotada es la esfera que define el universo observable (un subconjunto del universo total que describiremos en el punto 3 y que sí tiene centro en el propio observador, o tantos centros como observadores, lógicamente). Un conteo de las estrellas existentes en este universo observable desde la Tierra arroja una cifra de 10^24, suficiente para afirmar que la premisa de la paradoja de Olbers debería cumplirse: mires al punto que mires en el universo, al prolongar lo suficiente la trayectoria de tu visual deberías encontrar en algún momento un astro luminoso. Como bien sabemos, esto no es así, sigamos.
2) ¿qué parte del universo vemos a simple vista?
En buenas condiciones de oscuridad (alejados de zonas urbanas y a una buena altitud para evitar la bruma superficial), cualquier persona sin patologías oculares puede distinguir unas 9.000 estrellas diferentes a lo largo de un año (no todas simultáneamente, sino que cada día vemos la fracción que afrontamos desde la cara de la tierra que está oculta al sol, una vista dinámica noche a noche debido a los movimientos de traslación y rotación de la Tierra). Además, la propia Tierra oculta la mitad del firmamento: vemos un casquete semiesférico de 2π estereoradianes, mitades diferentes (con cierto solape ecuatorial) según estés en el hemisferio norte o en el sur. Considerando todo lo anterior, en una noche óptima podemos ver no más de 3.000 objetos brillantes al mismo tiempo.
Hay sin embargo excepciones a esto: sí somos capaces de ver a simple vista unos pocos objetos fuera de este círculo. Históricamente han podido verse algunas supernovas mucho más allá de esa distancia, aunque son fenómenos efímeros. Además, vemos nuestra galaxia vecina, Andrómeda (a 2,5 millones de años·luz), aunque la percibimos como si fuera un punto.
3) Nos olvidamos del "a simple vista", ¿qué parte del universo podemos ver con telescopios y otros instrumentos sensibles a cualquier rango del espectro electromagnético?
Cuando cambiamos de escala y empezamos a hablar de los cúmulos de galaxias que ponen en contexto la ubicación de la Vía Láctea me empiezo a marear y a sentir tan perdido como un campesino de hace 500 años al que le muestran por primera vez un mapamundi y le señalan la ubicación de su aldea. La primera pregunta que me haría es ¿cómo han podido elevarse tanto como para coger perspectiva y dibujar los límites de los continentes? (evidentemente ese no es el método que siguieron los cartógrafos de la época, generalmente navegantes que bordeaban las costas anotando las coordenadas de sus contornos para poder dibujarlas...)
Volviendo a lo que sabemos en la actualidad: nuestra galaxia se encuentra el el Grupo Local, y éste forma parte del supercúmulo que hemos venido a denominar Laniakea (cielo infinito, en hawaiano); no deja de tener mérito que hayamos llegado a esta visión desde el punto en el que nos encontramos, y sin ser capaces de ver a simple vista ni siquiera el centro de nuestra galaxia.
Pero Laniakea es tan solo uno entre seis millones de supercúmulos de galaxias en el universo observable, supone un 4% del mismo: aún podemos alejarnos más para tomar perspectiva.
Para ello toca hablar de dos elementos un tanto contraintuitivos porque vamos a superar la velocidad de la luz:
A) la inflación inicial del universo que creó el propio espacio-tiempo en el primer instante del Big Bang y situó la materia que luego daría lugar a estrellas y galaxias a distancias enormes de manera casi instantánea, en tal solo una fracción de segundo, superando para ello en varios órdenes velocidad de la luz.
B) la expansión actual del universo, esa enlongación del espacio que se da en cualquier dirección y sin un centro definido: imaginemos una larguísima goma sobre la que hemos dibujado marcas a cada km: entre la marca M0 y la M1 hay 1 km de separación, lo mismo que entre la marca M299.000 y la M300.000. Si estiramos la goma de tal modo que cada segundo las marcas duplican su distancia, tras un segundo la marca M0 y la M1 habrían pasado de estar a 1km de separación a distar 2km, igual que la M299.000 y la M300.000, pero relativamente entre sí las marcas M0 y M300.000 se habrán separado a la velocidad de la luz, c=300.000km/s. Si en M0 y en M300.001 hubiera sendas estrellas, la luz de una ya no llegaría en adelante jamás a la otra, pues ambas se están distanciando a una velocidad superior a la de la luz, sin embargo la luz que emitieron en el pasado, cuando ocupaban posiciones relativas más cercanas, sí que podrá verse a medida que transcurra el tiempo y nuestro horizonte visible se ampliase. Esto es lo que nos ocurre más allá del umbral que denominamos Volumen de Hubble: una esfera creciente de radio actual 13.800 millones de años·luz, la edad del universo: se trata de una frotera móvil que cada punto de observación del universo tiene en todas las direcciones, y que va creciendo a medida que a la luz de los objetos más alejados a dicho punto de observación le da tiempo alcanzar el centro de esa esfera, viajando a la velocidad de la luz durante un tiempo igual a la edad -creciente- del universo.
Hay que recalcar que el Volumen de Hubble no marca el límite del universo observable, al irse expandiendo el Volumen de Hubble éste irá alcanzando la luz emitida en el pasado por los objetos que ocuparon posiciones que antes estaban fuera de ese límite pero que ahora han sido sobrepasadas por su expansión, como explica el punto 3.3 de este artículo.
Supongamos en el momento actual t1 a nuestro Sol y a una estrella E situados a distancia D1 más allá de sus respectivos volúmenes de Hubble. A medida que transcurre el tiempo hasta t2 ocurren dos cosas:
- El espacio entre el Sol y la estrella E se estira, arrastrando a ambos objetos a velocidad Ho por cada Megaparsec de distancia inicial. Esta cifra Ho se denomina constante de Hubble, y sus mediciones oscilan entre 67 km/s y 75 km/s por 1 Megaparsec de separación (1Mp= 3,26 millones de años·luz). Dado que la distancia inicial entre ambos objetos D1 era superior a LH1=13.800 millones de años·luz (D1>4.233 Megaparsecs), al calcular la velocidad de recesión a la que se separan el Sol y E obtenemos que ésta es superior a la velocidad de la luz: 4.233 · Ho > c(299.792 km/s)
- Las esferas de Hubble tanto del Sol como de la estrella E se amplían, avanzando como una ola a la velocidad de la luz, por tanto más lentamente de lo que se separan el Sol y la estrella E, pero alcanzando en algún momento la posición E1 que en el momento t1 ocupaba la estrella E. De este modo recibiremos en el futuro (dentro de 13.800 millones de años, lo que tarde en llegar la luz desde el umbral de sucesos del borde de nuestro volumen de Hubble hasta el Sol) una imagen desfasada de dicha estrella con corrimiento al rojo por su distanciamiento hacia el punto E2, lo que nos permitirá calcular su posición E2 -mucho más alejada que E1- aunque no la podamos verla ya en esa nueva posición.
De este modo el mensaje del pasado más lejano que estamos percibiendo -en cualquier dirección a la que apuntemos los radiotelescopios- es la radiación de fondo cósmico, el eco del Big Bang que, esta vez sí, marca los límites de nuestro universo observable (inferimos que en la actualidad este límite está a 46.500 millones de años·luz de distancia aún sin poder verlo directamente).
¿Significa esto que el universo acaba ahí, en el borde del universo "observable" a 46.500 millones de años·luz de distancia? Si el espacio es curvo y cerrado, quizá sí. En ese caso podríamos incluso estar viendo en la distancia imágenes tempranas de galaxias que en realidad tenemos mucho más próximas y que también percibimos (doblemente) en nuestra proximidad en una fase posterior de su evolución (como un vigía naútico que pudiera verse el cogote al mirar al horizonte, sería en todo caso un cogote de sí mismo mucho más joven). Sin embargo si el universo finalmente fuera plano e infinito, queda claro que, por definición, no acabaría ahí: habría universo más allá del horizonte cosmológico, solo que nunca lo llegaremos a ver.
Y hemos llegado así a una más que problable explicación a la paradoja que Heindrich W. Olbers planteaba en 1823: no vemos blanco el cielo nocturno porque a la luz de muchas estrellas no le ha dado aún tiempo a llegar a nuestro punto de observación en 13.800 millones de años. Además, aunque sabemos que hay objetos más allá del volumen de Hubble, solo podemos percibir la luz que emitieron en el pasado (y con corrimiento al rojo, por estar alejándose de nosotros arrastrados por la expansión del universo); la luz que emiten en la actualidad desde sus nuevas posiciones sólo nos llegará si en algún momento es alcanzada por el volumen de Hubble.
