4. ESPECULACIONES SOBRE EL CORRIMIENTO AL ROJO.

Una teoría completa del corrimiento al rojo tiene que llevar a resultados que cumplan los siguientes requisitos.

1. El corrimiento al rojo es análogo a un efecto Doppler, es decir, Δλ / λ para una nebulosa dada es una constante.

2. La aparente velocidad Doppler es proporcional a la distancia r y asciende a 558 kilómetros por segundo por millón de parsecs.

3. No existe notable absorción y dispersión de la luz en el espacio, que se puede asociar con el corrimiento al rojo.

4. La definición de las imágenes ópticas de las nebulosas es tan buena como lo esperado del poder de resolución de los instrumentos. La distancia de los objetos aparentemente desempeña el papel esperado de las consideraciones geométricas.

5. Los tipos espectrales de las nebulosas son esencialmente independientes de la distancia.

6. La gran dispersión de los valores individuales de las velocidades radiales de las nebulosas de grupos densos deben explicarse en el contexto del corrimiento al rojo.

7. La velocidad de la luz, en su largo camino de la nebulosa a nosotros, es prácticamente la misma velocidad de la luz que conocemos de mediciones terrestres. Esto fue encontrado por mediciones de la aberración en nebulosas por Strömberg y van Biesbroeck.

8. Una teoría del corrimiento al rojo, que al mismo tiempo no proporciona una explicación de los resultados de van Maanen, es, como mínimo, insatisfactoria.

Los hechos mencionados reflejan el material observado hasta una distancia de unos 150 millones de años-luz. Para su explicación en la actualidad hay dos sugerencias generales. La primera incluye todas las teorías de carácter cosmológico, que se basan en la teoría de la relatividad. En la segunda se asume una interacción de la luz con la materia en el Universo.

A) Teorías cosmológicas.

En los últimos años se hicieron un gran número de intentos para explicar el corrimiento al rojo en base a la teoría de la relatividad. Algunas ideas esenciales en este aspecto son las siguientes.

La teoría general de la relatividad ha dado lugar a dos puntos de vista con respecto a la estructura del espacio. El primero de ellos está representado por el mundo cuasi-esférico de Einstein, mientras que de Sitter ha derivado la posibilidad de un espacio hiperbólico para el caso de densidad de masa extremadamente pequeña.

Mientras que la geometría del espacio de Einstein no conduce directamente a un corrimiento al rojo, necesariamente está vinculada con el universo de de Sitter. Sin embargo, R. C. Tolman ha demostrado que para este último caso el valor de Δλ / λ no sólo depende de la distancia de la nebulosa, sino también de su velocidad propia. Se deduce entonces que, aparte del corrimiento al rojo uno también tiene que esperar un corrimiento al azul que en promedio sería más pequeño, pero en general de la misma magnitud como los corrimientos al rojo, lo cual contradice las observaciones. Por lo tanto no era posible relacionar el corrimiento al rojo directamente a la curvatura del espacio.

Una sugerencia más importante proviene de Friedmann, Tolman, Lemaitre y Eddington, cuyo trabajo sugiere que un espacio estático, según la teoría de la relatividad, es dinámicamente inestable y por lo tanto comienza a contraerse o expandirse. Este resultado fue interpretado entonces por él [el autor no deja claro por QUIEN] que el corrimiento al rojo correspondería a una expansión real del Universo. Esta propuesta desde entonces ha sido discutido por muchos investigadores. La formulación más sencilla fue dada recientemente por Einstein y de Sitter (A. Einstein y W. de Sitter, Proc. Nat. Acad. Sci., Vol. 18, p. 213, 1932). Estos dos investigadores temporalmente han abandonado la idea de una curvatura global del espacio. La curvatura del espacio fue esencialmente una consecuencia de la introducción de la llamada constante cosmológica Λ en las ecuaciones de campo de Einstein, que es equivalente a postular una fuerza repulsiva que compensa la atracción de Newton para distancias muy grandes. Este postulado era históricamente necesario para comprender la existencia de una densidad media no despreciable que de lo contrario conduce a potenciales gravitatorios infinitos en el caso límite de un espacio estático infinito. Esta última dificultad sin embargo desaparece automáticamente, si todas las masas en el espacio se alejan, o se acercan uno entre los otros. Omitiendo la constante cosmológica Λ y la curvatura media, la expansión de la materia entonces puede ser relacionada directamente con la densidad media. Una expansión de 500 km/s por millón de parsecs, según Einstein y de Sitter, corresponde a una densidad media ρ ≃ 10^-28 g/cm³. En base a observaciones de la materia auto-luminosa, Hubble estima ρ ∼ 10^-31 g/cm³. Por supuesto es posible que la materia luminosa, junto con la oscura (fría), tenga una densidad significativamente mayor, y el valor de ρ ∼ 10^-28 g/cm³ por lo tanto, no parece irrazonable. Además la teoría de Einstein da la siguiente relación más precisa para el corrimiento al rojo

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Esto significa que, para distancias grandes, el corrimiento al rojo debe aumentar más fuerte que linealmente con la distancia. En base al material observado anterior, lamentablemente no es posible todavía demostrar esta importante conclusión. Los valores observados más recientes, de Δλ / λ ∼ 1/7 para las mayores distancias, son sin embargo suficientemente grandes como para esperar desviaciones considerables (25%) de la relación lineal.

La teoría también conduce a ciertas conclusiones en cuanto a la distribución de brillos, cantidad de nebulosas, diámetro, etc., en función de la distancia, los cuales igualmente aún no se han comprobado.

Hasta ahora ninguna de las teorías cosmológicas ha abordado el problema de la gran dispersión de velocidad en cúmulos densos, tales como el sistema de Coma.

B) Influencia directa de la materia existente en el espacio en la frecuencia de la luz

Hace varios años ya intenté tomar en cuenta varios efectos físicos tales como el efecto Compton en electrones estacionarios o en movimiento en el espacio exterior, el efecto Raman, etc., para explicar el corrimiento al rojo (F. Zwicky, Proc. Nat. Acad. Sci., Vol. 15, p. 773, 1929). Resultó que ninguno de ellos puede jugar un papel importante. Al considerar los efectos, que tienen su origen en una interacción inmediata espacial entre la luz y la materia, resulta imposible explicar la transparencia del espacio intergaláctico.

En cambio, yo había sugerido otro posible efecto, que sin embargo será difícilmente observable en la Tierra, pero para su existencia se pueden presentar algunas razones teóricas. Según la teoría de la relatividad, a cada fotón, o cuanto de luz, de la frecuencia ν puede asignarse una masa tanto inerte como gravitatoria, de h ν / c². Por lo tanto, existe una interacción (atracción) entre la luz y la materia. Si el fotón es emitido y absorbido en dos diferentes puntos, P₁ y P₂, respectivamente, con idénticos potenciales gravitacionales, entonces, en el camino de P₁ a P₂, el fotón perderá una cierta cantidad de movimiento [impulso] lineal y lo liberará a la materia. Este fotón enrojecerá. Este efecto podría ser descrito como fricción gravitacional y es causada básicamente por la velocidad finita de la propagación de efectos gravitatorios. La fuerza del efecto depende en la densidad media de la materia, así como de su distribución. En este caso el corrimiento al rojo Δλ / λ depende no sólo de distancia, sino también en la la distribución de la materia. Estudios para probar estas conclusiones están en curso.

En conclusión hay que decir que ninguna de las teorías actualmente propuestas es satisfactoria. Todos se han desarrollado sobre bases extremadamente hipotéticas, y ninguno de éstos ha permitido descubrir nuevas relaciones físicas.