La pregunta supone un hecho no crucial, que el universo observable es la región en la que el universo se expande a menos de la velocidad de la luz.
Las mediciones satelitales de COBE, WMAP y Planck tienen “el universo observable” que se extiende a una distancia de aproximadamente 46 mil millones de años luz, a la cual el material se aleja de nosotros a una velocidad de Hubble v = Hd = 3.3c, más de tres veces la velocidad de ligero.
La velocidad de la luz emitida en sí? Localmente, para el material que lo emite, la luz viaja en c.
- ¿Por qué todo se mueve a una velocidad constante, c, en el espacio-tiempo? ¿Por qué no podemos aumentar la magnitud de la velocidad y solo la dirección?
- ¿Qué pasaría si acelerara a bolas de 10 kg a la velocidad de la luz y luego las estrellara? ¿Qué tan grande sería el efecto en la atmósfera de la Tierra?
- ¿Aproximadamente qué tan rápido tendrías que moverte antes de que pudieras ver las estrellas que empiezan a moverse más allá de ti (suponiendo que puedas verlas a esa velocidad)?
- ¿Puede un haz de luz arrojar una sombra sobre otro rayo de luz? Si es así, ¿cómo?
- ¿Cómo funcionarían los semáforos a la velocidad de la luz?
Relativo a nosotros?
La respuesta corta: la luz “hacia nosotros” se comporta como Galileo creía, además:
c ‘= c – Hd = -2.2c
Esto es más del doble de “la velocidad de la luz”, lejos de nosotros.
Las dos mansiones de la relatividad, SR en 1905 y GR en 1916, son conceptualmente simples, pero en el discurso popular a menudo se confunden.
La relatividad especial tiene una visión simple y absoluta de la velocidad de vacío de la luz, pero en gran parte de la cosmología las condiciones establecidas para derivar SR no están disponibles. En la teoría general, la velocidad local de la luz es la constante invariante c solo en un marco de referencia que cae libremente. En un eclipse solar total, como ejemplo, la caída libre hacia el sol no es de gran interés, pero el comportamiento de la luz de las estrellas al borde puede calcularse (a partir del comportamiento de caída libre y el principio de equivalencia) como movimiento en relación con nosotros en :
c ‘= c – 2GM / cr
donde G es la constante de Newton, M la masa del Sol yr el radio, y de ahí la desviación angular de la luz de la estrella (1.74 segundos de arco).
En una escala cosmológica, los marcos de referencia para los cuales la velocidad local de la luz es simplemente c se alejan de nosotros en v = Hd. Por encima de d = 14 mil millones de años luz (desplazamiento rojo z = 1.433), esto es más rápido que la luz.
Sorprendentemente, cualquier galaxia visible que nos envió su luz hace cinco mil millones de años o más.
. en ese momento se alejaba de nosotros más rápido que la velocidad de la luz,
. continúa retrocediendo más rápido que la luz, y
. en ningún momento intermedio nunca ha retrocedido en v> c.
Entonces, ¿cómo lo vemos?
La forma habitual de describir por lo que tiene que pasar la luz que vemos es:
La expansión en el universo primitivo se desaceleró, permitiendo que el “espacio” “alcance la luz que ya está en vuelo”.
La descripción es
• útil para aclarar que la relatividad especial juega un papel menor, aunque
• un poco peligroso para atraer a muchos a pensar que el movimiento y la velocidad sin expansión y relacionados con la expansión son, de alguna manera, menos “reales” que el movimiento o la velocidad locales descritos por el SR. (“No es velocidad; es expansión”).
Aquí está la secuencia:
- Un objeto que se aleja de nosotros más rápido que la luz emite luz “hacia nosotros” (localmente) que con respecto a nosotros en realidad retrocede aún más lejos.
2. La desaceleración de la expansión sigue una ley de Hubble cada vez más lenta (verdadera en el universo primitivo). El objeto emisor de luz en sí mismo nunca se ralentiza tanto como c, pero la luz, aunque retrocede, está siempre más y más cerca de nosotros que el objeto.
3. Eventualmente, la luz está a una distancia para la cual la ley de Hubble tendría una expansión de no más de c, la “velocidad de la luz”, y luego menos. Porque, localmente, en el marco de referencia de caída libre de donde sea que esté la luz, la luz viaja precisamente a c, el movimiento de la luz, en nuestro marco de referencia (terrestre), es, por primera vez, realmente hacia nosotros, aunque despacio.
4. Con el tiempo la luz nos enseña.
La luz emitida hoy desde el límite extremo del universo visible nunca nos alcanzará. Sin embargo, lo vemos ahora, como solía ser. Este ejemplo extremo es el fondo cósmico de microondas, la luz del plasma que se une a los átomos de H / He a 42 millones (millones, no mil millones) de años luz en el año 380,000 del Big Bang. La luz solo nos está llegando después de 13.800 millones de años.
Comenzó su viaje a la velocidad 110 veces c, lejos de nosotros. (La expansión era un puntazo en aquellos días.) Hace aproximadamente cinco mil millones de años, esta luz (de nuestro marco de referencia) cambió de dirección, momentáneamente parada (nuevamente, desde nuestro marco de referencia), acelerando gradualmente a su velocidad local asintótica (por nosotros) de c.
Su velocidad, exactamente 299 792 458 m / s a medida que llega, ha promediado solo 900 km por segundo para un viaje que comenzó en la dirección equivocada.
