Si las galaxias distantes se alejan de nosotros a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, ¿tienen por lo tanto más masa y ejercen una atracción gravitacional mayor que las galaxias cercanas?

La respuesta “estándar” a su pregunta, de los “cosmólogos de precisión modernos” (MPC) es que las galaxias distantes, aunque aparentemente retroceden con velocidades muy altas, en realidad no se mueven (aparte de su velocidad peculiar): la distancia creciente entre ellas ( y nosotros) se debe al “nuevo espacio” que se crea continuamente en el medio, engañándonos para creer que realmente se están moviendo.

Ellos (los MPC) usualmente recurren a las viejas (y muy engañosas) analogías de “monedas pegadas a la superficie de un globo en expansión” o “pasas en una hogaza de masa de pan”. Sin embargo, en esas analogías, los objetos “aparentemente móviles” están firmemente unidos al medio , lo que no es el caso de las galaxias (a menos que alguna propiedad inexplicable hasta ahora del espacio vacío actúe como “pegamento”, forzando a las galaxias a separarse como “nuevo espacio” expande el volumen del universo). Me gusta esto:

Este BS (sistema de creencias) se basa en la suposición (una interpretación de los datos de observación de varias posibles) de que el desplazamiento al rojo observado es causado por el “espacio en expansión”, algún mecanismo inexplicable que inyecta de manera continua y uniforme más “espacio vacío” entre las galaxias sobre tiempo, creando la ilusión de que todas las galaxias distantes están retrocediendo de / en relación con la Tierra. Más distancia = mayor velocidad aparente. Antes de poder creer eso, necesito una explicación de esta “nueva fuerza” que es capaz de arrastrar a estas inmensas masas sin causar ninguna aceleración. Claro que suena como un buen truco!

En la analogía del globo (arriba), puedes imaginar que las galaxias (estrellas) están unidas entre sí. La “nueva fuerza” debe ser muy fuerte para romper esas ataduras (gravitacionales), pero sin ella, las estrellas seguramente no se moverían.

Una mejor analogía del “espacio en expansión” sería imaginar un grupo de objetos suspendidos en el agua, con una flotabilidad tal que los objetos estén estacionarios a su “profundidad designada”, y sin corrientes o turbulencias en el agua. Ahora, aumente la cantidad de agua. ¿Los objetos comenzarían a alejarse unos de otros? Respuesta: No, no lo harían.

Lo que es aún más notable que esta nueva fuerza es cómo el Universo manejó su contenido en los primeros días de expansión … Según la explosión, el Universo era enormemente denso en su creación (toda la masa en el Universo, un estimado de 9E52 kg, estaba abarrotada en una esfera con un radio de una longitud de Planck), con un agarre gravitacional correspondientemente enorme …

Aún así, la “fuerza” del “espacio en expansión” pudo aumentar el radio de esta bola de energía unas 1E25 veces en aproximadamente 1E-33 segundos (es decir, una velocidad de expansión que excede la velocidad de la luz en aproximadamente 100 000 000 000 000 000 000 000 veces (!). Este proceso recibió el nombre un tanto subestimado “inflación” ). Nuestros MPC nos dicen que esta expansión fue impulsada por la “energía del vacío”, y tenía esta notable capacidad de convertir el Universo extremadamente pequeño y enormemente denso en una esfera aproximadamente del tamaño de una pelota de baloncesto en ~ 1E-33 segundos, después de lo cual el Universo reanudó la expansión uniforme y suave, ahora “solo” a la velocidad de la luz. ¡Imagínese el impulso , ya que esta bola densa se expandió a 1E23 veces la velocidad de la luz, y aún así es capaz de desacelerar tan rápido (velocidad hiperluminal) hasta la parada abrupta (en comparación) de la simple expansión de la velocidad de la luz!

Y, por supuesto, esta velocidad de expansión realmente increíble (en el verdadero sentido de la palabra) no necesita explicación: los MPC nos dicen que “el espacio puede expandirse a cualquier velocidad arbitraria”. ¿Dice quién? ¿Y eso es realmente cierto? ¿Qué pasa con el estado de vacío y su energía de punto cero asociada? ¿Se agrega el ZPE al “espacio virgen” después de algún retraso? ¿Por qué proceso físico?

Aún así, parte de la respuesta “estándar” es invariablemente “¡las cosas que están fuertemente unidas, como los átomos y las cosas que forman, como las galaxias, no se expanden a medida que el espacio se expande” ! Esa habilidad se perdió de alguna manera en algún punto del camino, ya que no tuvo ningún problema para expandir el objeto más denso y estrechamente ligado que existió alguna vez, en los primeros momentos atrás en “el comienzo de los tiempos” … ¡Imagínate ese!

Mi BS personal (que no significa nada, ya que no soy miembro del club) es que no hubo explosión ni inflación, y que no hay “expansión espacial”: la única cosmología que tiene sentido físico para mí es un Universo eterno. Sin creación No se puede “crear” energía (primera ley), no se puede crear algo de la nada (solo las deidades sobrenaturales de cuentos de hadas pueden hacer eso), no se puede obtener el “almuerzo gratis” (cita de Alan Guth ). Pero ese soy yo.

Nota bene: “inflación”, “espacio en expansión”, “materia oscura” y “energía oscura” (sin mencionar “agujeros de gusano transitables” y “múltiples universos paralelos”) pertenecen propiamente a la metafísica. Todo esto se postuló (inventado de la nada) para salvar el hundimiento del teórico edificio del Big Bang del colapso total. Parece que los creacionistas realmente necesitan su momento “Que haya luz”. Jajaja

La respuesta es “no” por múltiples razones.

La primera es que la teoría especial de la relatividad solo se ocupa del movimiento relativo en el “espacio local”. Dado que el espacio se expande continuamente y lo ha estado haciendo a diferentes velocidades desde el llamado Big Bang, es el espacio en el que se encuentran estas galaxias distantes que se mueve rápidamente en comparación con nosotros, pero las galaxias no se mueven rápidamente en relación con otros objetos en su espacio local.

La segunda es que la idea de que la masa aumenta con la velocidad en el contexto de la teoría especial o la relatividad es algo que Einstein consideró primero y luego abandonó. Es una interpretación que es más confusa que útil. La masa de un objeto no cambia con la velocidad. Es la energía cinética lo hace.

El tercer problema fue señalado por Ken Brody. Los efectos gravitacionales de objetos distantes caen como el cuadrado de la distancia. Estas galaxias están muy lejos de nosotros para producir efectos gravitacionales significativos. relacionado con esto está la observación de que a gran escala el universo es bastante uniforme. Por cada trozo de masa a gran distancia que nos empuja hacia un lado con una fuerza pequeña, hay un trozo de masa aproximadamente igual en el otro lado de nosotros a la misma distancia que nos empuja hacia el otro lado con una fuerza pequeña. Tales efectos tienden a cancelarse, pero de todos modos no serían significativos.

  1. Este efecto de que “las cosas que están más lejos de nosotros en el universo tienen velocidades más grandes” se debe a la expansión del universo. La galaxia más cercana a nosotros que podría estar alejándose de nosotros a 200 km / s, la misma galaxia si guarda varios Mpc de distancia, se movería a una velocidad muy grande. Lo mismo se aplica a la vía láctea (si se observa desde muy lejos de la galaxia).
  2. la masa en reposo de un cuerpo es una constante, sin embargo, la teoría especial y general de la relatividad nos dice que la masa efectiva depende de la velocidad del sistema. pero la velocidad es un fenómeno dependiente del marco. si estoy en el mismo marco que el de la galaxia, mediría la masa restante de esa galaxia, ¿verdad (ya que su velocidad wrt para mí es cero)?
  3. La masa de las galaxias (cuando se calcula) no se obtiene simplemente sustituyendo el valor de la velocidad radial en la ecuación
    m = m_o / (sqrt (1 – v ^ 2 / c ^ 2))
    porque la velocidad radial se debe en parte al movimiento real de la galaxia + combinado con la expansión del universo. Además, las galaxias están tan lejos que su atracción (la atracción gravitacional es inversamente proporcional a la distancia) es insignificante para nosotros.
    entonces este problema puede abordarse de muchas maneras

La velocidad de la luz y el espacio por el que viaja es un fenómeno local. El experimento de Michelson-Morley que compara la velocidad de la luz de una estrella distante que se dividió en dos direcciones perpendiculares utilizando la superficie de nuestro planeta como punto de referencia en la década de 1890, no mostró diferencias en la velocidad de la luz que se mueve a lo largo de caminos perpendiculares; fue contradicho por el experimento de 1913 Georges Sagnac en una plataforma giratoria unida a la superficie de la Tierra, demostró que el movimiento relativo al campo gravitacional local suma y resta de la velocidad de la luz. (verificado por, Gravity Probe B ) Esto sugiere que la escala de espacio / tiempo está empaquetada en sistemas de coordenadas de movimiento isotrópico centrados en una fuente de gravedad.

Desde ese borde de distancia del universo, se verá igual en todas las direcciones que desde aquí. No veremos más allá de ese punto porque una onda de luz se estira en una línea plana y ya no es una onda, apareciendo como el fondo negro del espacio. (vea mi respuesta sobre la respuesta de Eugene Bunt a ¿Gravedad ralentiza la expansión del Universo?)

¡La masa de un objeto no aumenta cuando se acerca a la velocidad de la luz!

Entonces, la fuerza requerida para acelerar un objeto aumenta a medida que te acercas a la velocidad de la luz. Podrías pensar en esto como el aumento de la masa. Pero la forma en que esa masa aumenta depende de dónde la esté usando: ¡usaría un valor diferente dependiendo de la forma en que empuje!

Es por eso que ya no enseñamos que la masa aumenta a medida que te acercas a la velocidad de la luz. Causa más daño que bien, y conduce a este tipo de confusión.

En cambio, decimos que las ecuaciones de movimiento son diferentes. En lugar de decir que F = ma siempre es cierto, y es solo que m crece, decimos que F = ma no es realmente cierto, es solo una aproximación a bajas velocidades. Utilizamos la teoría de la relatividad para modificar esta ecuación para darnos la respuesta correcta. Esto da el mismo resultado, sin generar conclusiones confusas sobre (por ejemplo) que los objetos se conviertan en agujeros negros si se mueven lo suficientemente rápido.

El opuesto es verdad. La fuerza de la gravedad cae con el cuadrado de la distancia, por lo que incluso grandes masas a una distancia de miles de millones de años luz no tienen ningún efecto gravitacional discernible sobre nosotros. Sin embargo, eventualmente podemos detectar ondas de gravedad de estos fenómenos distantes.
El hecho de que se estén alejando de nosotros a velocidades cercanas a la velocidad de la luz es una indicación de su distancia de nosotros. Están incrustados en el universo en expansión y, en relación con un marco inercial local (para ellos), no se están acelerando en absoluto. Por lo tanto, no experimentan ganancia de masa relativista.
Henry Norman señala que los objetos unidos en una galaxia o un sistema solar no se están expandiendo, lo que deberían ser si el universo se está expandiendo. Sin embargo, todo se está expandiendo junto con el universo.
Una contradicción más significativa implica el efecto de la recesión en el espectro de galaxias distantes, que se enrojecen con el cambio Doppler. ¿Por qué observamos enrojecimiento Doppler y no ganancia de masa? La respuesta está en Relatividad general y la definición de un marco acelerado, pero esa es otra discusión.

Las galaxias distantes se están alejando de nosotros, pero en realidad no se están moviendo en el sentido tradicional. Dado que el espacio se está expandiendo, el espacio es lo que se aleja, y las galaxias están sentadas en el espacio, por lo que también se alejan.

Dado que ninguna energía cinética está haciendo que las galaxias se muevan, no están aumentando en masa, por lo que no tienen más fuerza gravitacional de lo que deberían.

¿Las galaxias distantes se están alejando de nosotros?

La noción de velocidad relativa es significativa para dos objetos cercanos, o en una región donde el espacio-tiempo es plano. En general, la velocidad relativa no está bien definida.

Entonces, ¿por qué se habla de galaxias distantes que se separan?

De una manera no rigurosa, es útil fingir que podemos, al construir definiendo un tiempo universal y una medida de los desplazamientos universales.

No.
El espacio entre nosotros se está haciendo más grande, por lo que la distancia aumenta, en muchos casos, a más de 299 792 458 m / s.

Pero esas galaxias de hecho no se mueven en absoluto.
Tanto ellos como nosotros, excepto (para movimientos locales) son estacionarios.

La gravitación es gong hacia abajo con el cuadrado de la distancia.

Tengo un problema para entender objetos con masas y que se mueven cerca de la velocidad de la luz.