¿Qué es la teoría del estado estacionario?
La teoría del estado estacionario es un modelo cosmológico en el cual el Universo siempre tiene la misma apariencia, sin importar ni el lugar ni el momento en el que se observe. Esto significa que aún en los sitios más recónditos hay planetas, estrellas, galaxias y nebulosas hechos con los mismos elementos que conocemos y en la misma proporción, pese a que es un hecho que el Universo se está expandiendo.
Debido a ello, la densidad del Universo se calcula que disminuye en apenas la masa de un protón por kilómetro cúbico y por año. Para compensar esto, la teoría del estado estacionario postula la existencia de una continua producción de materia.
Además afirma que el Universo siempre ha existido y continuará existiendo por siempre, aunque, como se dijo antes, no niega su expansión, ni la consiguiente separación de las galaxias, hechos plenamente confirmados por la ciencia.
Historia de la teoría del estado estacionario
La teoría del estado estacionario fue propuesta en 1946 por el astrónomo Fred Hoyle, el matemático y cosmólogo Hermann Bondi y el astrofísico Thomas Gold, a partir de una idea inspirada en la película de horror Dead of night de 1945.
Anteriormente, Albert Einstein había formulado un principio cosmológico donde afirmaba que el Universo debe ser “invariante bajo traslaciones espacio-temporales y bajo rotaciones”. En otras palabras: debe ser homogéneo y carecer de dirección preferencial alguna.
En 1948 Bondi y Gold añadieron este principio como parte de su teoría del estado estacionario del Universo, afirmando que la densidad del mismo se mantiene uniforme pese a su continua y eterna expansión.
Explicación de la teoría del estado estacionario
El modelo estacionario asegura que el Universo se seguirá expandiendo para siempre, porque siempre habrá fuentes de materia y energía que lo mantengan tal como lo conocemos.
De esta forma, nuevos átomos de hidrógeno se crean continuamente para formar nebulosas que finalmente darán lugar a nuevas estrellas y galaxias. Todo al mismo ritmo con el que las viejas galaxias se alejan hasta volverse inobservables y siendo las nuevas galaxias completamente indistinguibles de la más antiguas.
¿Cómo se sabe que el Universo se está expandiendo? Examinando la luz de la estrellas, compuestas principalmente de hidrógeno, el cual emite líneas características de emisión electromagnética que son como una huella digital. A este patrón se le denomina espectro y se observa en la siguiente imagen:
Las galaxias están conformadas por estrellas cuyos espectros son los mismos que emiten los átomos en nuestros laboratorios, salvo una pequeña diferencia: están desplazados hacia longitudes de ondas más altas, es decir, hacia el rojo debido al efecto Doppler, lo que es señal inequívoca de un alejamiento.
La mayoría de las galaxias presenta este desplazamiento hacia el rojo en sus espectros. Apenas unas pocas en el cercano “grupo local de galaxias” presentan corrimiento hacia el azul.
Una de ellas es la galaxia de Andrómeda, que se está acercando y con la que posiblemente, dentro de muchos eones, se fusionará la Vía Láctea, nuestra propia galaxia.
El alejamiento de las galaxias y la ley de Hubble
Una línea característica del espectro del hidrógeno es la que está a 656 nanómetros (nm). En la luz de una galaxia, esa misma línea se ha desplazado a 660 nm. Por lo tanto, tiene un desplazamiento hacia el rojo de 660-656 nm = 4 nm.
Por otra parte, el cociente entre el corrimiento de longitud de onda y la longitud de onda en reposo es igual al cociente entre la velocidad de la galaxia v y la velocidad de la luz (c=300.000 km/s):
Δλ/λo = v/c
Con estos datos:
4/656 = v/c = 0.006
v = 0.006c
Es decir, esta galaxia se aleja a 0.006 veces la velocidad de la luz: unos 1.800 km/s. La ley de Hubble establece que la distancia de una galaxia d es proporcional a la velocidad v con la que se aleja:
d ∝ v
La constante de proporcionalidad es el inverso de la constante de Hubble, denotada como Ho, cuyo valor es:
Ho = 73,5 km/s /Mega Pársec.
Esto significa que la galaxia del ejemplo está a una distancia de:
d = (1/ Ho)v =1800/73,5 Mega Pársec = 24,5 Mega Pársec = 80 millones de años-luz.
Actualidad de la teoría del estado estacionario
Hasta el momento, el modelo cosmológico más aceptado sigue siendo la teoría del Big Bang. Sin embargo, algunos autores continúan formulando teorías fuera de ella y respaldando la teoría del estado estacionario.
- Investigadores a favor de la teoría del estado estacionario, El astrofísico hindú Jayant Narlikar, quien trabajó en colaboración con uno de los creadores de la teoría del estado estacionario, ha hecho publicaciones relativamente recientes apoyando el modelo estacionario. Ejemplo de ellas: “Creación de materia y corrimiento al rojo anómalo” y “Teorías de absorción de radiación en universos en expansión”, ambas publicadas en 2002. Estos trabajos buscan explicaciones alternativas al Big Bang para explicar la expansión del Universo y el fondo de microondas. El astrofísico e inventor sueco Johan Masreliez es otro de los defensores contemporáneos de la teoría del estado estacionario, mediante la propuesta de la expansión cósmica a escala, una teoría no convencional alternativa al Big Bang. La Academia de Ciencias de Rusia, en reconocimiento a sus trabajos, publicó una monografía de sus aportes en astrofísica en 2015.
- Radiación del fondo cósmico. En 1965 dos ingenieros de la Bell Telephone Laboratories, A. Penzias y R. Wilson, descubrieron una radiación de fondo que no podían eliminar de sus antenas direccionales de microondas. Lo más curioso es que no lograban identificar una fuente de las mismas. La radiación permanecía idéntica en cualquier dirección a la que dirigieran la antena. A partir del espectro de radiación, los ingenieros determinaron que su temperatura era de 3.5 K. Cercano a ellos y basándose en el modelo del Big Bang, otro grupo de científicos, esta vez astrofísicos, predijeron una radiación cósmica de la misma temperatura: 3.5 K. Ambos equipos llegaron a la misma conclusión en forma completamente distinta e independiente, sin saber de los trabajos del otro. De manera coincidencial, los dos trabajos fueron publicados en la misma fecha y en la misma revista. La existencia de esta radiación, llamada radiación de fondo cósmico, es el argumento más fuerte contra la teoría estacionaria, porque no hay manera de explicarla a menos que se trate de los restos de la radiación del Big Bang. Sin embargo, los defensores se apresuraron a proponer la existencia de fuentes de radiación esparcidas por el Universo, las cuales dispersaron su radiación con el polvo cósmico, aunque hasta ahora no hay evidencias de que estas fuentes realmente existan.
Argumentos a favor de la teoría del estado estacionario
Cuando fue propuesta y con las observaciones de las que disponía, la teoría del estado estacionario fue una de las más aceptadas por físicos y cosmólogos. Para entonces –mediados del siglo XX–, no había diferencia entre el Universo más cercano y el lejano.
Los primeros cálculos partiendo de la teoría del Big Bang, dataron al Universo en unos 2 mil millones de años, pero en ese momento se sabía que el sistema solar ya tenía 5 mil millones de años y la Vía Láctea entre 10 y 12 mil millones de años.
Este cálculo errado se convirtió en un punto a favor de la teoría del estado estacionario, ya que evidentemente el Universo no podía haber comenzado después de la Vía Láctea o el sistema solar.
Los cálculos actuales basados en el Big Bang calculan la edad del Universo en 13.700 millones de años y hasta la fecha no se han encontrado objetos en el Universo anteriores a esta edad.
Argumentos en contra de la teoría del estado estacionario
Entre 1950 y 1960 se descubrieron fuentes brillantes de radiofrecuencias: los cuásares y las radiogalaxias. Estos objetos cósmicos solo se han encontrado a muy grandes distancias, lo que equivale a decir en el pasado distante.
Bajo las premisas del modelo de estado estacionario, estas fuentes intensas de radiofrecuencias deberían estar repartidas en forma más o menos uniforme por todo el Universo presente y pasado. Sin embargo, la evidencia muestra lo contrario.
En cambio, el modelo del Big Bang es más concreto con esta observación, puesto que cuásares y radiogalaxias pudieron haberse formado en etapas más densas y calientes del Universo, convirtiéndose luego en galaxias.
Las vistas del Universo
- Panorama lejano. La imagen superior corresponde al extremo campo profundo captada por el telescopio espacial Hubble en 2009. Corresponde a una pequeñísima fracción menor a 0,1º del cielo sur en la constelación Fornax, lejos del resplandor de la Vía Láctea, en una zona donde los telescopios normales no captan nada. En la fotografía pueden apreciarse galaxias espirales similares a la nuestra y nuestras vecinas cercanas. La fotografía también muestra galaxias rojas difusas, donde la formación de estrellas ha cesado, así como puntos que son galaxias aún más distantes en el espacio y en el tiempo. Se calcula que el Universo tiene una edad de 13.700 millones de años y la fotografía del campo profundo muestra galaxias a 13.200 millones de años-luz. Antes del Hubble, las galaxias más lejanas observadas estaban a 7.000 millones de años-luz, y el panorama era similar al mostrado en la fotografía de campo profundo. La imagen del espacio profundo no solo muestra el Universo distante, también muestra el Universo pasado, porque los fotones que sirvieron para construir la imagen tienen 13.200 millones de años de antigüedad. Es por tanto la imagen de una porción del Universo primitivo.
- Panorama cercano e intermedio. En la imagen inferior, el grupo local de galaxias contiene a la Vía Láctea y las vecinas Andrómeda, galaxia del Triángulo y una treintena más, a menos de 5.2 millones de años luz. Esto significa una distancia y un tiempo 2.500 veces menor que las galaxias del campo profundo. Sin embargo, el aspecto del Universo y la forma de sus galaxias luce similar al Universo distante y más antiguo. Esta imagen es una muestra del rango intermedio del Universo explorado. Se trata del grupo de galaxias Hickson-44 a 60 millones de años luz en la constelación de Leo. Como puede apreciarse, la apariencia del Universo a distancias y tiempos intermedios es semejante a la del Universo profundo 220 veces más lejano y a la del grupo local, cinco veces más cercano. Esto lleva a pensar que la teoría del estado estacionario del Universo tiene cuando menos fundamento observacional, ya que el panorama del Universo a distintas escalas espacio-temporales es muy similar. En el futuro es posible que se llegue a crear una nueva teoría cosmológica con los aspectos más acertados tanto de la teoría del estado estacionario como la del Big Bang.
Referencias
- Bang – Crunch – Bang. Recuperado de FQXi.org.
- Steady state theory. Recuperado de britannica.com.
- Modelo de estado estacionario. Recuperado de neofronteras.com.
- Teoría del estado estacionario. Recuperado de es.wikipedia.org.
- Principio Cosmológico. Recuperado de es.wikipedia.org.