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

Esta entrada la escribo como respuesta a algunos comentarios que he recibido en las entradas relacionadas con la expansión del universo. 

 Y justamente quiero 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:

Imagen obtenida del sitio web de la revista LIFE. 

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…

 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.