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Pregunta: “�C�mo es posible que la luz de las estrellas situadas a miles de millones de a�os luz de la tierra haya llegado hasta nosotros si la tierra s�lo tiene miles de a�os?”
Respuesta:
Un a�o-luz es la distancia m�xima que la luz puede recorrer en un a�o en el vac�o del espacio. Por tanto, la luz tarda miles de millones de a�os en recorrer miles de millones de a�os-luz a trav�s del espacio. Desde nuestro punto de vista, aqu� en la tierra, podemos ver la luz de estrellas que est�n a miles de millones de a�os luz. As� pues, es razonable suponer que nuestro universo tiene al menos miles de millones de a�os de antig�edad, lo suficiente para que la luz de estas estrellas tenga tiempo suficiente para llegar a nuestro planeta a miles de millones de a�os luz de distancia.
Esta hip�tesis razonable contradice la perspectiva de la tierra joven (YE – por sus siglas en ingl�s), que afirma que el universo tiene menos de 10.000 a�os. Si la perspectiva de la tierra joven no tuviera argumentos cient�ficos s�lidos, esta contradicci�n no merecer�a ni una segunda consideraci�n. Sin embargo, el creciente conjunto de pruebas que apoyan la perspectiva de la YE es lo suficientemente importante como para justificar una investigaci�n concienzuda sobre si esta aparente contradicci�n puede o no resolverse de forma razonable. As� que nos preguntamos: �C�mo es posible que la luz de estrellas situadas a miles de millones de a�os luz llegue a la tierra en tan s�lo unos pocos miles de a�os?
Dilataci�n gravitacional del tiempo
Seg�n Albert Einstein, el espacio no es un “vac�o” como la mayor�a de nosotros lo percibimos. Est� lleno de lo que Einstein llam� �ter. El �ter se entiende como un medio el�stico y sin masa que lo impregna todo. Todo lo que existe dentro de los l�mites de nuestro universo lo hace dentro de este medio sin masa.
El �ter es el�stico, es decir, puede estirarse y distorsionarse. Para visualizarlo, imagina una tela bien estirada. Esto es el �ter. Ahora imag�nate que dejas caer una bola pesada (como una bola de bolos) sobre la tela, justo en el centro. Esto har�a que la tela se hundiera en el centro. La bola pesada representa la materia densa, como nuestro planeta. Einstein cre�a que la materia provocaba que el espacio se hundiera, del mismo modo que la bola pesada provocaba que la tela estirada se hundiera. Estos hundimientos en el espacio se conocen como pozos de gravedad.
Ahora bien, si coloc�ramos bolas m�s peque�as y livianas (como canicas) en la tela junto con la bola pesada, �stas rodar�an hacia el centro, donde se encuentra el pliegue causado por la bola pesada. Adem�s, ayudar�an a que la tela se hundiera, aunque s�lo fuera un poco. Este movimiento hacia el centro representa la gravedad. De acuerdo al punto de vista de Einstein sobre la gravedad, si las formas m�s peque�as y livianas de la materia est�n lo suficientemente cerca, pueden ser atra�das hacia los pozos de gravedad sobre las formas m�s grandes y densas de la materia. Aunque cada una de ellas crea su propio hueco en el espacio, algunos pozos de gravedad son m�s profundos e influyen m�s que otros (es decir, generan una fuerza gravitatoria m�s fuerte). Todos ellos tienen algo en com�n: distorsionan el tiempo.
En la d�cada de 1960, los f�sicos Robert Pound y Glen Rebka confirmaron experimentalmente una consecuencia te�rica de las teor�as de la relatividad de Einstein denominada efecto de dilataci�n del tiempo gravitacional (GTDE – por sus siglas en ingl�s). Pound y Rebka pudieron demostrar que el tiempo transcurre m�s lentamente para los objetos a medida que se adentran en un pozo gravitatorio. Por ejemplo, los sat�lites del Sistema de Posicionamiento Global (GPS – por sus siglas en ingl�s) est�n m�s alejados de la tierra que los objetos de la superficie del planeta y, por tanto, est�n menos inmersos en el pozo gravitatorio causado por la masa terrestre. El resultado es que el tiempo pasa un poco m�s r�pido para nuestros sat�lites GPS que para nosotros aqu� en la superficie, ya que estamos m�s dentro del pozo gravitatorio de la tierra. Los relojes at�micos a bordo de los sat�lites y aqu� en la tierra se han utilizado para detectar y medir esta diferencia en la velocidad de paso del tiempo.
Asimismo, un reloj at�mico en Greenwich, Inglaterra (a nivel del mar), registra un ritmo de tiempo m�s lento que el reloj at�mico de Boulder, Colorado (a 1.500 metros sobre el nivel del mar). En estas diferencias de altitud relativamente peque�as, el efecto medible es menor. El efecto a lo largo del cosmos puede ser mucho m�s impresionante. Cuanto m�s profundo sea un pozo de gravedad, m�s fuerte ser� el GTDE (por sus siglas en ingl�s). De hecho, seg�n la Relatividad General, el tiempo se detiene en el l�mite de un agujero negro, una zona conocida por los cient�ficos como “horizonte de sucesos”, donde la gravedad es tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar (de ah� el nombre de “agujero negro”).
Dejemos a un lado el GTDE por un momento y consideremos otro importante fen�meno astron�mico: los corrimientos al rojo de las estrellas. El corrimiento al rojo es un fen�meno de efecto Doppler en el que las longitudes de onda de la radiaci�n (como las de la luz de las estrellas) se alargan a medida que se alejan de un observador. El consenso general entre los astr�nomos es que los corrimientos al rojo de las estrellas observados indican que el universo se est� expandiendo (Ley de Hubble). Al extrapolar esta expansi�n hacia atr�s, se hace evidente que el universo original era algo m�s denso y compacto que el actual.
En un universo delimitado en el que la materia tiene un centro y un borde, la compresi�n de la materia descrita anteriormente servir�a para profundizar el pozo de gravedad causado por la masa combinada del universo. Esto intensificar�a el GTDE, haciendo que el tiempo transcurra mucho m�s lentamente cerca del centro del universo (m�s profundo en el pozo) que cerca de su borde (m�s cerca de la superficie del pozo).
La consecuencia es parad�jica: incluso si todo el universo fuera creado de una sola vez en el principio (y por tanto deber�a tener la misma edad), algunas partes pueden ser sustancialmente m�s j�venes que otras debido a la naturaleza relativista del tiempo. La luz podr�a viajar miles de millones de a�os luz a lo largo de miles de millones de a�os en algunas partes del universo en lo que nosotros en la tierra percibir�amos como un periodo de tiempo mucho m�s corto. A medida que el universo se expande y la materia se extiende por el espacio, el pozo de gravedad universal se igualar�a gradualmente, disminuyendo la tasa de diferencia de tiempo en todo el universo.
Muchos astrof�sicos y astr�nomos rechazan la idea de un universo limitado con nuestra galaxia, la V�a L�ctea, cerca o en su centro. Pero esto es una hip�tesis filos�fica, no una conclusi�n cient�fica basada en datos emp�ricos. Como explic� sinceramente el Dr. George F. R. Ellis, astrof�sico de renombre mundial, “la gente tiene que ser consciente de que hay una serie de modelos que podr�an explicar las observaciones. Por ejemplo, yo puedo construir un universo esf�rico y sim�trico con la tierra en su centro, y no se puede refutar bas�ndose en las observaciones… s�lo se puede excluir por motivos filos�ficos. En mi opini�n, no hay absolutamente nada malo al respecto. Lo que quiero sacar a la luz es el hecho de que estamos utilizando criterios filos�ficos en la elecci�n de nuestros modelos. Gran parte de la cosmolog�a trata de ocultarlo”. (W. Wayt Gibbs, “Perfil: George F. R. Ellis,” Scientific American, octubre de 1995, Vol. 273, No.4, p. 55)
Por tanto, el Efecto de Dilataci�n Gravitacional del Tiempo es una soluci�n te�rica al problema de la YE de la luz estelar lejana que, sorprendentemente, compagina la evidencia de una tierra joven con la evidencia de un universo m�s antiguo. Muchos astrof�sicos y astr�nomos rechazan uno de los principales supuestos en los que se basa la explicaci�n del GTDE (un universo limitado con la V�a L�ctea en el centro o cerca de �l), no por los datos observables sino por sus planteamientos filos�ficos.