He leído que algunas galaxias muy muy distantes se están alejando con la velocidad de la luz, ¿es posible?
El universo se está expandiendo. Cuando digo que el universo se está expandiendo, lo que quiero decir es que el espacio mismo se está expandiendo y todo en el universo se está alejando de todo lo demás a distancias suficientemente grandes * .
Esto implicaría que la velocidad a la que dos cosas se alejan unas de otras es directamente proporcional a la distancia entre ellas. Esto se llama la ley de Hubble. Este resultado no tiene nada de complicado, ya que es de naturaleza puramente geométrica. Por ejemplo, en un universo 1D (existente en una línea), suponga que todas las distancias se estiran uniformemente en un 10% en un intervalo de tiempo de 1 segundo. [matemática] r_ {AB} [/ matemática] se convierte en [matemática] 1.1 r_ {AB} [/ matemática], [matemática] r_ {BC} [/ matemática] se convierte en [matemática] 1.1 r_ {BC} [/ matemática] y [math] r_ {AC} [/ math] se convierte en [math] 1.1 r_ {AC} [/ math]. Las velocidades de retroceso correspondientes son
[matemáticas] v_ {AB} = (1.1 r_ {AB} – r_ {AB}) / 1s = 0.1 s ^ {- 1} r_ {AB} [/ matemáticas],
[matemáticas] v_ {BC} = (1.1 r_ {BC} – r_ {BC}) / 1s = 0.1 s ^ {- 1} r_ {BC} [/ matemáticas] y
[matemática] v_ {AC} = (1.1 r_ {AC} – r_ {AC}) / 1s = 0.1 s ^ {- 1} r_ {AC} [/ math].
es decir, las velocidades son proporcionales a la distancia. La cantidad [matemática] 0.1 s ^ {- 1} [/ matemática] se llamará la constante de Hubble para nuestro universo de juguetes 1D.
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Ahora, de vuelta a nuestro propio universo. Dado que todo se aleja de todo lo demás a una velocidad proporcional a la distancia entre ellos, si el universo es lo suficientemente grande, habrá una distancia para la cual la velocidad de retroceso sea igual a la velocidad de la luz (esto se llama horizonte cosmológico) . Para cosas aún más lejos de eso, la velocidad de retroceso será más que la velocidad de la luz. ¿Cómo es eso posible? La respuesta es que aquí, el espacio mismo se está expandiendo. Si el espacio fuera estático, entonces no hay dos objetos que puedan tener una velocidad relativa mayor que la velocidad de la luz, como lo dicta la relatividad especial. Pero la relatividad especial es una teoría sobre el espacio-tiempo plano y estático. Como el universo no es estático, la relatividad especial no se puede aplicar a todo el universo; para eso, se necesita la relatividad general. Esto no conduce a ninguna paradoja porque no puede haber relaciones causales entre dos objetos separados por más que la distancia del horizonte cosmológico. El “universo observable” solo se extiende hasta el horizonte cosmológico.
* Digo distancias lo suficientemente grandes porque a distancias pequeñas, la materia forma sistemas unidos, como átomos, gotas de líquido, estrellas, galaxias, cúmulos de galaxias, etc. La distancia entre los sistemas vinculados no se expande junto con la expansión del universo: se han “desacoplado del flujo de Hubble”.
