Vamos, admítelo, tienes esta pregunta. Le damos la misma respuesta insatisfactoria, pero realmente la explicamos, para que su insatisfacción ya no lo persiga.
La respuesta corta es que esta es una pregunta sin sentido, el Universo no se está expandiendo en nada, solo se está expandiendo.
La definición del Universo es que contiene todo. Si algo estuviera fuera del Universo, también sería parte del Universo también. ¿Fuera de eso? Todavía universo. ¿Fuera de eso? También más universo. Es Universo hasta el fondo. Pero sé que encontrarás esa respuesta insatisfactoria, así que ahora te voy a romper el cerebro.
O el Universo es infinito, continúa para siempre, o es finito, con un volumen limitado. En cualquier caso, el universo no tiene ventaja. Cuando imaginamos que el Universo se expande después del Big Bang, imaginamos una explosión, con un chorro de materia proveniente de un solo punto. Pero esta analogía no es precisa.
Una mejor analogía es la superficie de un globo en expansión. No es el globo tridimensional, solo su superficie bidimensional. Si fueras una hormiga arrastrándose alrededor de la superficie de un globo enorme, y el globo fuera todo tu universo, verías el globo esencialmente plano debajo de tus pies.
Imagina que el globo se está inflando. En cada dirección que mires, otras hormigas se alejan de ti. Cuanto más lejos están, más rápido se alejan. Aunque parezca una superficie plana, camine en cualquier dirección el tiempo suficiente y volverá a su punto de partida.
Puede imaginar un círculo creciente y preguntarse en qué se está expandiendo. Pero esa es una pregunta sin sentido. No hay ninguna dirección en la que puedas arrastrarte que te lleve fuera de la superficie. Su cerebro de hormigas bidimensional no puede comprender un objeto tridimensional en expansión. Puede haber un centro en el globo, pero no hay un centro en la superficie. Solo una forma que se extiende en todas las direcciones y se envuelve sobre sí misma. Y, sin embargo, su viaje para dar una vuelta alrededor del globo toma más y más tiempo a medida que el globo se infla más.
Para comprender mejor cómo se relaciona esto con nuestro Universo, necesitamos escalar las cosas en una dimensión, desde una superficie 2-d incrustada en un mundo 3-d, hasta un volumen 3-d incrustado dentro de un universo 4-d. Los astrónomos piensan que si viajas en cualquier dirección lo suficiente, volverás a tu posición inicial. Si pudieras mirar lo suficiente al espacio, estarías mirando la parte posterior de tu propia cabeza.
Y así, a medida que el Universo se expande, te tomaría más y más tiempo dar la vuelta al Universo y volver a tu posición inicial. Pero no hay ninguna dirección en la que pueda viajar que lo lleve afuera o "fuera" del Universo. Incluso si pudiera moverse más rápido que la velocidad de la luz, simplemente volvería a su posición inicial más rápidamente. Vemos otras galaxias alejándose de nosotros en todas las direcciones al igual que nuestra hormiga vería otras hormigas alejándose en la superficie del globo.
Una gran analogía proviene de mi coanfitrión de Astronomy Cast, la Dra. Pamela Gay. En lugar de una explosión, imagine que el Universo en expansión es como una hogaza de pan de pasas que se eleva en el horno. Desde la perspectiva de cualquier pasa, todas las demás pasas se están alejando en todas las direcciones. Pero a diferencia de una hogaza de pan de pasas, puede viajar en cualquier dirección dentro del pan y eventualmente regresar a su pasas de partida.
Recuerde que toda nuestra comprensión se basa en 3 dimensiones. Si fuéramos criaturas de 4 dimensiones, esto tendría mucho más sentido. Para una explicación mucho más profunda, te recomiendo que mires a mi buen amigo, Zogg the Alien, explicar cómo el Universo no tiene ventaja. Después de ver sus videos, debe comprender totalmente las posibles topologías de nuestro Universo.
Espero que esto te ayude a entender por qué no hay una respuesta a "¿hacia dónde se está expandiendo el Universo?" Sin ventaja, no se está expandiendo a nada, solo se está expandiendo.
También puede escuchar nuestro episodio de podcast que explica esto aquí:
¿En qué se está expandiendo el universo? - Mostrar notas y transcripción
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