Si nada puede moverse más rápido que la velocidad de la luz, ¿cómo se produjo la inflación más rápido que C después del Big Bang?

La respuesta corta es: la ley del universo es “Nada, absolutamente nada, puede ir más rápido que la velocidad de la luz, y el” Espacio “no es nada, por lo que no hay violación de la ley.

Explicación: Los físicos creen que el universo nació con el Big Bang como un punto denso e inimaginable. Cuando el universo tenía solo unos 10 ^ -35 segundos de antigüedad, experimentó un increíble estallido de expansión conocido como inflación cósmica , en el que el espacio mismo se expandió más rápido que la velocidad de la luz. Durante este período, el universo duplicó su tamaño al menos 90 veces, pasando de tamaño subatómico a tamaño de pelota de golf casi instantáneamente.

Para comprender cómo puede suceder esto, necesitamos distinguir entre la “expansión” que es más rápida que la velocidad de la luz y la “propagación de información” que es más rápida que la velocidad de la luz. Lo último está prohibido por las leyes de la física, pero lo primero está permitido; es decir, mientras no se transfiera información, es posible la velocidad superluminal.

¿Puede la información viajar más rápido que la luz?

La expansión del Universo es un “crecimiento” o el “estiramiento” del espacio-tiempo mismo; Este espacio-tiempo puede moverse más rápido que la velocidad de la luz en relación con alguna otra ubicación, siempre que las dos ubicaciones no puedan comunicarse entre sí o, en términos de luz, estas dos partes del Universo no puedan verse. Entonces, en este caso, los bordes del universo se estaban expandiendo más rápido que la velocidad de la luz; sin embargo, mientras esos bordes no puedan verse, no existe una ley física que lo prohíba. Hay regiones del cosmos que nunca veremos, incluso si pudiéramos esperar una cantidad infinita de tiempo para que su luz nos alcance.

Lectura adicional: cuando el espacio se expandió más rápido que la luz | EarthSky.org

Para explicar la isotropía (distribución uniforme) de la materia en el universo observable, los teóricos del big bang necesitaban postular que antes de que todo explotara, el huevo cósmico (¿Qué es el huevo cósmico?) Atravesó un período de inflación como una burbuja antes de Estallar. Todo esto es especulación, por supuesto, ya que no podemos ver nada de esto directamente.

En cambio, hace más de 30 años, los teóricos construyeron un modelo autoconsistente de física de partículas que permitió una suspensión temporal de las leyes de la física que hoy conocemos. Ellos teorizaron que dada la presión y densidad suficientes, las leyes son completamente diferentes.

Como joven pasante, vi a Andre Linde contar una historia de inflación muy enérgica y bastante convincente en una sala de conferencias de SLAC. Usó transparencias en un retroproyector e involucró burbujas y un pequeño hombre de dibujos animados que miró más y más profundamente en el espacio hacia el comienzo de los tiempos.

Desde entonces, se han construido muchos experimentos para confirmar la hipótesis de la inflación. En el momento de la conferencia de Linde, nunca soñé que tanta construcción de imperios de castillos de arena podría resultar de tal alondra.

Hoy, la teoría de la inflación no ha sido respaldada por ninguna evidencia experimental La evidencia de la teoría de la inflación cósmica muerde el polvo (espacial) e incluso su inventor lo ha abandonado.

El objetivo de la inflación era deshacerse del ajuste fino: explicar las características del modelo original de big bang que debe ajustarse para que coincida con las observaciones. El hecho de que tuvimos que introducir un ajuste fino para eliminar otro fue preocupante. Este problema nunca ha sido resuelto.

Pero mis preocupaciones realmente crecieron cuando descubrí que, debido a los efectos de fluctuación cuántica, la inflación es genéricamente eterna y (como otros pronto enfatizaron) esto conduciría a un multiverso. La inflación se introdujo para producir un universo que se ve suave y plano en todas partes y que tiene características en todas partes que concuerdan con lo que observamos. En cambio, resulta que, debido a los efectos cuánticos, la inflación produce una multitud de parches (universos) que abarcan todos los resultados físicamente concebibles (planos y curvos, lisos y no lisos, isotrópicos y no isotrópicos, espectros invariantes de escala y no, etc. .). Nuestro universo observable sería solo una posibilidad de un espectro continuo de resultados. Entonces, no hemos explicado ninguna característica del universo al introducir la inflación después de todo. Acabamos de cambiar el problema del modelo original del Big Bang (¿cómo podemos explicar nuestro universo simple cuando hay una variedad casi infinita de posibilidades que podrían surgir del Big Bang?) Al modelo inflacionario (¿cómo podemos explicar nuestro universo simple? ¿Cuándo podría surgir una variedad casi infinita de posibilidades en un multiverso? Tengo que admitir que al principio no me tomé en serio el problema del multiverso a pesar de haber estado involucrado en descubrirlo. Pensé que alguien resolvería una resolución una vez que se revelara el problema. Eso fue en 1983. Estaba equivocado. El físico critica la teoría cósmica que ayudó a concebir.

Esto no ha impedido que la comunidad física más grande se aferre a la inflación como una balsa salvavidas.

Hay algunas buenas alternativas a la inflación. Son ideas antiguas enumeradas en la paradoja de Olbers, el tema central: si nada es más rápido que la velocidad de la luz, entonces, ¿cómo llega allí la oscuridad?

La premisa de la pregunta es simplemente incorrecta. La velocidad de la luz no limita absolutamente la velocidad del material en cosmología, con o sin inflación.

La relatividad especial afirma que en un entorno libre de gravedad y aceleración, la velocidad de vacío de la luz, c, es constante y las velocidades del material

La constante c juega un papel fundamental en la teoría moderna de la gravedad, pero no como un límite de velocidad absoluto. Para un observador que cae libremente en gravedad, la velocidad es c. Para un observador que no cae es c ‘(φ) = (1 + 2φ / c ^ 2) c, donde φ es el potencial gravitacional. En el caso más simple, con un potencial estelar φ = -GM / r, la velocidad es algo más lenta que c, pero puede ser mayor, sin límite. También puede ser cero, como en el horizonte de un agujero negro.

En la cosmología GR, la distancia implica un factor de escala dependiente del tiempo a (t). La velocidad de una galaxia a una distancia d = a (t) δ (t) se puede calcular:

v ‘= – a • tasa de cambio (δ) – δ • tasa de cambio (a)

= v [local] – Hd

donde la constante de Hubble H = tasa de cambio (a) / a. Solo el término local está sujeto a una relatividad especial. A una distancia mayor que d [Hubble] = c / H, v ‘excede la velocidad de la luz.

En el universo temprano, la distancia del Hubble era bastante pequeña y las velocidades típicas podían ser> 100c. (Esto es mucho después del momento de cualquier inflación propuesta,} Incluso ahora, la MAYOR parte de la materia en el universo visible se aleja de nosotros más rápido que la luz.

El objeto más distante que conocemos está a 46 mil millones de años luz. Su velocidad es 3.3c.

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