¿Por qué los científicos afirman que el espacio vacío se mueve / expande?

En el marco de la relatividad general, eso es precisamente lo que es la gravedad: es la distorsión del “tejido” del espacio-tiempo.

Si no le gusta la idea de la distorsión del espacio-tiempo, puede pensar de manera bastante equivalente en que el espacio-tiempo permanece fijo, pero la forma en que se miden las longitudes y el tiempo depende exactamente de dónde se encuentre.

Me veo obligado a decir “bastante” de manera equivalente porque si el espacio-tiempo se transforma entre dos configuraciones diferentes de topología diferente, entonces esta explicación ya no funciona. Dicho esto, actualmente no sabemos si esto es algo que el espacio-tiempo puede hacer.

Entonces, por simplicidad, pensaré en el espacio-tiempo como flexión.

Esto es, sin duda, difícil de imaginar porque el espacio-tiempo es de 4 dimensiones, por lo que realmente no podemos obtener una imagen visual de lo que está sucediendo, a pesar de que podemos describirlo perfectamente matemáticamente.

Entonces, nuevamente, por simplicidad, vamos a pretender que solo hay 2 dimensiones espaciales, e ignoraremos el hecho de que la 1 dimensión temporal realmente debería considerarse junto con las otras dos. Aunque este modelo está enormemente simplificado, debería darle una primera idea de lo que está sucediendo, porque ahora puede visualizar lo que está sucediendo; piense en el espacio-tiempo como una hoja que se puede ondular y doblar.

Si vives en la sábana, no puedes realmente “ver” estas ondas, pero puedes medir con precisión su existencia al notar que la medida de las longitudes no coincide con lo que esperarías si estuvieras viviendo en una sábana plana .

De hecho, este es un viejo teorema de Gauss: puede reconstruir completamente la geometría de cualquier múltiple simplemente considerando las mediciones realizadas dentro de ese múltiple.

Si esto parece exagerado, debe saber que la relatividad general está bastante bien probada. Hemos enviado a los astronautas a la órbita con relojes atómicos: la diferencia en el tiempo medido con la superficie estaba de acuerdo con la relatividad. Nuestros satélites GPS deben tener en cuenta la relatividad general para obtener la precisión que esperamos de ellos. Hemos observado lentes gravitacionales (donde el camino de la luz se distorsiona debido a un objeto masivo, como una galaxia, en su camino). Y, lo más emocionante, acabamos de observar ondas gravitacionales directamente a principios de este año.

Esto abarca la noción de movimiento del espacio-tiempo en general. También está el caso específico de la expansión del espacio-tiempo, y esto es realmente bastante interesante.

Para tener una idea de lo que esto significa, quiero que te imagines que eres una hormiga que vive en un globo. Piense en la superficie del globo como espacio-tiempo, de la misma manera que imaginó que la superficie de la hoja mencionada es espacio-tiempo.

Si sopla aire dentro del globo, se expandirá. ¿Qué verá la hormiga en la superficie del globo? Bueno, verá todo a su alrededor alejándose de él.

Resulta que esto es precisamente lo que observó Edwin Hubble en 1929 (aunque nunca aceptó esa interpretación de sus datos): sus datos demostraban que todas las galaxias se estaban alejando de nosotros.

De hecho, esto estaba de acuerdo con la teoría: en 1922, Alexander Friedmann había derivado un conjunto de ecuaciones de la relatividad general que describía cómo podría expandirse el universo, junto con una predicción de qué tan rápido podría ocurrir la expansión si este fuera el caso.

Sin embargo, lo sorprendente es que la predicción de Friedmann estaba equivocada ; de hecho, todos habían asumido que si el universo se estaba expandiendo, entonces la tasa de expansión tendría que estar disminuyendo. Sin embargo, los datos que tenemos ahora muestran que está sucediendo algo muy diferente: ¡la tasa de expansión está aumentando!

Podemos modelar esto matemáticamente, pero nadie sabe realmente por qué debería ser así, en la actualidad nos referimos al mecanismo detrás de esto como energía oscura.

Lo que realmente sucede en nuestro universo es que las distancias entre los objetos aumentan con el tiempo, dependiendo de qué tan lejos estén. Sin embargo, en lo que a nosotros respecta, el hecho de que estamos viviendo en una galaxia llena de materia y energía significa que no podemos ver esta expansión en nuestra propia galaxia debido a la gravedad (todavía está allí, pero efectivamente simplemente no lo veo), sin embargo, si miramos galaxias distantes, podemos ver que la luz de ellas está cambiando de tal manera que implica que la distancia entre nosotros y otras galaxias se está expandiendo. ¡Esto NO significa que las galaxias se están alejando de nosotros! Si esta imagen fuera cierta, las velocidades a las que algunas galaxias distantes se alejan de nosotros parecerían ser mayores que la velocidad de la luz, y esto no está permitido según la teoría de la relatividad de Einstein. Una analogía para pensar es dos puntos en un globo (aunque no empuje esta analogía demasiado lejos, ¡nuestro universo no se parece en nada a un globo!). Ahora, a medida que infla el globo, estos puntos se alejan más y más el uno del otro. Además, cuanto mayor es la distancia original entre los dos puntos, mayor es la velocidad a la que se separan a medida que infla el globo, esto es análogo a la forma en que vemos las cosas más lejos de nosotros, no más cerca de nosotros, retrocediendo a medida que El universo se expande. Sin embargo, en este análogo, el globo bidimensional (es solo una superficie curva y bidimensional) se está expandiendo en un espacio tridimensional. La teoría de nuestro universo en expansión no implica que el universo se esté expandiendo en nada. Probablemente la forma más limpia de describir lo que está sucediendo en nuestra época actual es decir que el universo está cambiando de forma de una manera que implica que los puntos distantes se están separando cada vez más.

¿Por qué los científicos afirman que el espacio vacío se mueve / expande?

La relatividad general (desarrollada en 1915) predijo que el universo se estaría expandiendo o contrayendo. De cualquier manera que mires al espacio, habría una media de rojo / azul que sería más grande cuanto más lejos estuvieras mirando. Esta expansión no sería movimiento, por lo que no se limitaría a la velocidad de la luz. Einstein odiaba esto y pensó que era un defecto en su teoría.

Hubble no sabía de esta predicción.

Hubble en la década de 1920 quería saber cómo se movía nuestra galaxia en relación con los demás.

Descubrió que había una camiseta roja promedio que era más grande cuanto más lejos miraba. Si esto era movimiento, era muy extraño. Es como si fuéramos el centro absoluto de una gran explosión. Esto es muy poco probable en un universo tan grande y sería problemático para los físicos.

Entonces alguien recordó la predicción de GR.

Esto predijo este resultado sin importar en qué parte del universo estuvieras.

La expansión no parece limitarse a la velocidad de la luz (no podemos ver una expansión más rápida que c, pero podemos inferirla), por lo que esa es otra predicción positiva hecha por la expansión del espacio, pero no la interpretación de la explosión.

¿Eso ayuda?