cambio insignificante en los patrones de luz (abajo, sólido) en comparación con lo que se esperaba si la relatividad galileana fuera cierta (abajo, punteado). La velocidad de la luz era la misma independientemente de la dirección en la que se orientara el interferómetro, ya fuera con, perpendicular o en contra del movimiento de la Tierra en el espacio. Albert A. Michelson (1881); A. A. Michelson y E. Morley (1887)

Esto nos enseñó algo increíblemente importante: la velocidad de la luz es independiente de cualquier movimiento relativo a través del espacio. No importa quién seas, dónde estés, a qué velocidad o en qué dirección viajes por el Universo, siempre observarás todas las ondas de luz viajando por el espacio a esa misma velocidad universal límite: la velocidad de la luz en el vacío. Si tú y la fuente os alejáis el uno del otro, la longitud de onda de la luz se desplaza hacia el rojo; si os acercáis el uno al otro, la longitud de onda se desplaza hacia el azul. Pero la velocidad de la luz en sí nunca cambia a través del vacío del espacio.

Esta idea fue revolucionaria cuando Einstein la propuso, y muchos físicos profesionales se resistieron (erróneamente) a ella durante décadas. Sin embargo, la oposición no la hizo menos cierta. Pero aún quedaba el gran premio: incorporar la gravitación a la ecuación.

Se han realizado innumerables pruebas científicas de la teoría general de la relatividad de Einstein, sometiendo la idea a algunas de las restricciones más estrictas jamás obtenidas por la humanidad. La presencia de materia y energía en el espacio le dice al espaciotiempo cómo curvarse, y ese espaciotiempo curvado le dice a la materia y a la energía cómo moverse. Colaboración científica LIGO / T. Pyle / Caltech / MIT

Antes de Einstein, la gravitación era un fenómeno newtoniano. Según Newton, el espacio y el tiempo eran entidades absolutas y no relativas. La fuerza de atracción gravitatoria entre dos masas cualesquiera tenía que propagarse infinitamente rápido, en lugar de estar limitada por la velocidad de la luz.

La mayor revolución que Einstein aportó a la física fue el derrocamiento de esta imagen de la gravitación. Claro que se podía utilizar la gravedad newtoniana como una muy buena aproximación para casi todas las condiciones, pero en situaciones en las que la materia o la energía pasaban cerca de una gran masa, Newton no daba las respuestas correctas.

La órbita de Mercurio precesaba más de lo que Newton predecía. La luz que pasaba cerca del Sol durante un eclipse se doblaba más de lo que Newton podía explicar.

mostró, de forma concluyente, que la teoría general de la Relatividad describía la curvatura de la luz de las estrellas alrededor de los objetos masivos, derrocando la imagen newtoniana. Esta fue la primera confirmación observacional de la Relatividad General de Einstein, y parece alinearse con la visualización de la «tela doblada del espacio». The Illustrated London News, 1919

Como la evidencia mostraba claramente, la Relatividad General de Einstein -donde la masa y la energía curvaban el espacio y ese espacio curvado determinaba el movimiento de la masa y la energía- había sustituido a la gravedad newtoniana. Esta nueva conceptualización de la gravitación y del propio tejido del espacio y el tiempo trajo consigo otra revelación: el hecho de que el tejido del Universo, si estaba lleno de cantidades aproximadamente iguales de materia y energía en todas partes, no podía ser estático e inmutable.

En cambio, como las observaciones ya empezaron a mostrar definitivamente en la década de 1920, había una relación sistemática entre la distancia de un objeto a nosotros y la cantidad de desplazamiento hacia el rojo que se observaba en su luz. Es cierto que las galaxias se mueven en el espacio unas respecto a otras, pero sólo a velocidades de hasta unos pocos miles de km/s. Sin embargo, cuando vemos los corrimientos al rojo reales de las galaxias distantes, corresponden a velocidades de recesión muy, muy superiores a esos valores.

Los objetos más distantes de todos, vistos desde sus supernovas de tipo Ia. Los datos favorecen fuertemente un Universo en aceleración. Nótese cómo el eje Y incluye velocidades que superan la velocidad de la luz, pero esto no cuenta la historia completa de lo que realmente ocurre con el Universo en expansión. Ned Wright, basado en los últimos datos de Betoule et al.

La razón por la que vemos estos corrimientos cósmicos hacia el rojo en función de la distancia, como los científicos se dieron cuenta rápidamente, es porque el propio tejido del Universo se está expandiendo. Al igual que las pasas en una masa de pan de pasas, todas las galaxias del Universo ven cómo las otras galaxias se alejan de ellas, y las pasas (o galaxias) más distantes parecen alejarse a mayor velocidad.

Pero, ¿por qué ocurre esto?

No es porque las pasas se muevan con respecto a la masa en la que están incrustadas, ni porque las galaxias individuales se muevan a través del tejido del espacio. Más bien, se debe al hecho de que la propia masa -al igual que el tejido del espacio- se está expandiendo, y las pasas (o galaxias) sólo están acompañando el viaje.

Universo, donde las distancias relativas aumentan a medida que el espacio (masa) se expande. Cuanto más alejadas estén dos pasas entre sí, mayor será el corrimiento al rojo observado en el momento de recibir la luz. La relación entre el desplazamiento al rojo y la distancia predicha por el Universo en expansión se confirma en las observaciones, y ha sido consistente con lo que se sabía desde la década de 1920. NASA / WMAP Science Team

Mientras tanto, como estos objetos son galaxias, están llenos de estrellas que emiten luz. Emiten luz continuamente desde el momento en que se encienden por primera vez, pero nosotros sólo podemos observarlas desde el momento en que la luz llega por primera vez a nuestros ojos después de viajar a través del Universo.

No el Universo newtoniano, ojo: el expandido y einsteiniano.

Esto significa que hay galaxias ahí fuera cuya luz acaba de llegar aquí a la Tierra por primera vez, después de viajar a través del Universo durante más de 13.000 millones de años. Las primeras estrellas y galaxias se formaron apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang, y hemos descubierto galaxias de épocas tan lejanas como cuando el Universo tenía apenas un 3% de su edad actual. Y, sin embargo, esa luz ha sido tan gravemente desplazada al rojo por el Universo en expansión que la luz era ultravioleta cuando se emitió, pero ya está muy lejos en el infrarrojo cuando podemos observarla.

Los desplazamientos al rojo y cómo las distancias entre los objetos no ligados cambian con el tiempo en el Universo en expansión. Obsérvese que los objetos comienzan estando más cerca que el tiempo que tarda la luz en viajar entre ellos, la luz se desplaza al rojo debido a la expansión del espacio, y las dos galaxias acaban estando mucho más lejos que el camino que recorre la luz entre ellas. Rob Knop

Si nos preguntáramos, desde nuestra perspectiva, qué significa esto para la velocidad de esta galaxia lejana que estamos observando ahora, concluiríamos que esta galaxia se aleja de nosotros muy por encima de la velocidad de la luz. Pero en realidad, esa galaxia no sólo no se mueve por el Universo a una velocidad relativista imposible, sino que apenas se mueve. En lugar de velocidades superiores a 299.792 km/s (la velocidad de la luz en el vacío), estas galaxias sólo se mueven por el espacio a un ~2% de la velocidad de la luz o menos.

Pero el propio espacio se está expandiendo, y eso explica la inmensa mayoría del corrimiento al rojo que vemos. Y el espacio no se expande a una velocidad; se expande a una velocidad por unidad de distancia: un tipo de tasa muy diferente. Cuando se ven números como 67 km/s/Mpc o 73 km/s/Mpc (los dos valores más comunes que miden los cosmólogos), se trata de velocidades (km/s) por unidad de distancia (Mpc, o unos 3,3 millones de años luz).

La restricción de que «nada puede moverse más rápido que la luz» sólo se aplica al movimiento de los objetos a través del espacio. La velocidad a la que se expande el propio espacio -esta velocidad por unidad de distancia- no tiene límites físicos en su límite superior.

Puede parecer extraño considerar todo lo que esto implica. Como tenemos energía oscura, la tasa de expansión nunca caerá a cero; permanecerá en un valor positivo y finito. Significa que, aunque sólo han pasado 13.800 millones de años desde el Big Bang, podemos observar la luz de objetos que ya están a 46.100 millones de años luz. Y significa que más allá de una fracción de esa distancia -unos 18.000 millones de años luz- ningún objeto lanzado hoy desde la Tierra podría alcanzarla.

Pero ningún objeto se mueve realmente por el Universo más rápido que la velocidad de la luz. El Universo se está expandiendo, pero la expansión no tiene una velocidad; tiene una velocidad por unidad de distancia, que equivale a una frecuencia, o a un tiempo inverso. Uno de los hechos más sorprendentes sobre el Universo es que si se hacen las conversiones y se toma la inversa de la velocidad de expansión, se puede calcular el «tiempo» que se obtiene.

¿La respuesta? Aproximadamente 13.800 millones de años: la edad del Universo. No hay una razón fundamental para ese hecho; es sólo una fascinante coincidencia cósmica.

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