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El universo se expande

¿Cómo sabemos que el universo está en expansión?
 
La teoría del Big Bang, o teoría de la gran explosión, es una teoría que trata de describir el origen del universo y su evolución posterior a partir de una singularidad del espacio y el tiempo. Esta teoría se basa en que todo el universo estaba concentrado en un punto hasta que tuvo lugar el llamado Big Bang, una especie de explosión en la cual surgió el tiempo y el espacio, y con ella toda la materia que hoy conocemos y que conforma los planetas, las estrellas, a nosotros mismos, etc. 
No es el cometido de esta entrada explicar exhaustivamente qué es el Big Bang, sino una de sus mayores evidencias experimentales: el universo se está expandiendo. Para llegar a esa conclusión de que el universo se expande lo que observamos es el corrimiento hacia el rojo
Para entender qué es esto del corrimiento hacia el rojo primero hay que saber qué es una onda y qué es el efecto Doppler, cosa que los seguidores de este blog tienen muy clara, ya que hablé de ello aquí
La luz, al igual que el sonido, tiene naturaleza ondulatoria, pero en el caso de la luz esta onda es electromagnética, no mecánica, de modo que puede propagarse en el vacío. A la hora de describir una onda nos fijamos en su frecuencia o en su longitud de onda (son inversamente proporcionales entre sí).
Aquí debajo encontramos un esquema donde se recogen todos los tipos de ondas electromagnéticas, que van desde elevadas longitudes de onda (radio, microondas, infrarrojos) hasta pequeñas longitudes de onda (ultravioleta, rayos X). Y casi en el centro, en una pequeña franja de longitudes de onda, encontramos las únicas ondas que son visibles para el ojo humano, y por ello las llamamos luz visible.

 

A este esquema de ondas electromagnéticas lo conocemos como espectro electromagnético.
Dentro del la zona del espectro visible podemos observar que las ondas de mayor longitud de onda (las que parecen más estiradas) se corresponden con los colores rojizos (cálidos), mientras que las de menor longitud de onda (las que tienen las crestas de onda más juntas) se corresponden con los colores azulados (fríos).
En la anterior entrada de este blog habíamos llegado a la conclusión de que si un objeto que emite cierta onda se está acercando, apreciaríamos esa onda con una longitud de onda más corta de lo que en realidad es, como si la onda se comprimiese. En el caso de que la onda, en lugar de un sonido, fuese una onda de luz, observaríamos que en lugar de ver su luz o color original, lo apreciaríamos más frío o azulado.
Si por el contrario, el objeto emisor de luz se está alejando de nosotros, la onda parecería estirarse, apreciaríamos una longitud de onda mayor a la realmente emitida, y por tanto, en lugar de ver el color o luz original de ese objeto, lo veríamos más cálido o rojizo. Por este motivo, cuando un objeto emisor de radiación lo observamos más rojizo, con mayor longitud de onda de la que emite, es que estamos ante un corrimiento hacia el rojo.
Esta variación entre la longitud de onda emitida y la observada cuando el foco emisor está en movimiento es lo que conocemos como efecto Doppler.
Este efecto es muy sutil, y sólo es apreciable a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, pero sí es un efecto medible. 
 
Lo que experimentalmente se hace es observar la radiación que nos llega de otras galaxias lejanas y compararlas con la radiación original, con la que verdaderamente emiten. Cuando hacemos eso, lo que apreciamos es que esa radiación nos llega con una longitud de onda mayor, un corrimiento hacia el rojo, como si la onda se hubiese estirado, lo que se corresponde con un objeto emisor que se aleja.
Como todo lo que medimos a nuestro alrededor parece sufrir este fenómeno de corrimiento hacia el rojo, es fácil concluir que el universo está en expansión, pilar de la famosa teoría del Big Bang.
A partir de aquí, puede surgir una duda: ¿cómo sabemos que la onda observada tiene una longitud de onda mayor que la emitida? Podemos medir la longitud de onda observada, pero ¿cómo medimos la emitida, la real?
 
Para ello contamos con muestras de los mismos elementos que conforman las otras galaxias, y podemos saber qué longitudes de onda emite realmente cada elemento. Esto se hace por medio del espectro de emisión de cada elemento, que es como una huella dactilar del mismo. Lo que se hace es lo siguiente: se toma una muestra de dicho elemento en un estado en el que esté excitado, que emita radiación, y esta radiación se hace pasar por un prisma o lente que la descomponga en las ondas de diferente longitud de onda que forman esa radiación, de la misma manera que las gotas de lluvia hacen con la luz del Sol cuando vemos un arco iris. Esto lo registramos en una especie de placa fotográfica y obtenemos el espectro de emisión del elemento.
 
Si comparamos el espectro de emisión original de cada elemento con el obtenido, el observado de otras galaxias lejanas, lo que vemos es que las líneas de ese espectro están desplazadas, es decir, que han sufrido un corrimiento hacia el rojo.
 
Hay que tener en cuenta que no toda la radiación electromagnética es visible. Por ejemplo, la radiación ultravioleta no la vemos, pero también puede sufrir un corrimiento hacia el rojo, lo que significa que la longitud de onda observada es más larga que la emitida, no que vayamos a ver rojizo todo lo que se aleje.
Por todo esto se dice que el corrimiento hacia el rojo es un caso particular de aplicación del efecto Doppler, y una de las principales evidencias experimentales de que el universo está en expansión.
 

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