¿Hay alguna región que tenga una temperatura CMB (fondo de microondas cósmico) de 0K? Si no, ¿se puede interpretar esto como una prueba de que hasta ahora no hay un lugar que se expanda más rápido que la velocidad de la luz?

No, el CMB es casi perfectamente uniforme, con fluctuaciones de temperatura que ascienden a no más de unas pocas partes en cien mil como máximo.

La temperatura finita del CMB no es prueba de que no haya regiones del universo que puedan estar alejándose de nosotros más rápido que la luz. Simplemente significa que las cosas más lejanas que podemos ver realmente no se mueven más rápido que la luz. Dependiendo de la geometría real del universo, puede haber cosas mucho más lejos que el gas caliente en el momento en que emitió la luz que ahora vemos como el fondo de microondas (ese gas se ha convertido en estrellas y galaxias y otras cosas; el vemos que el CMB se produjo hace casi 14 mil millones de años).

De hecho, las cosas que emitieron lo que vemos como el CMB hace 14 mil millones de años hoy pueden moverse más rápido que la luz en relación con nosotros, como resultado de la expansión acelerada. ¿Cómo veríamos esto si tuviéramos los medios? Supongamos que vives para siempre y sigues estudiando el CMB. De hecho, específicamente enfoca sus instrumentos en un bulto de gas en la distancia que emitía la luz que se desplazaba en rojo hacia la banda de microondas. Estudias esta masa de gas durante miles de millones de años y descubres que se aleja cada vez más rápido de ti. Esto significa que cualquier luz proveniente de ella se desplaza aún más hacia el rojo. En última instancia, la luz simplemente se desvanece, ya que tanto su frecuencia como su intensidad se acercan a cero. En realidad, nunca ves que ese trozo de gas alcanza la velocidad de la luz … simplemente desaparece de la vista.

Entonces, si hay lugares en el universo que se alejan de nosotros más rápido que la luz, son simplemente invisibles para nosotros. El hecho de que veamos las cosas que se mueven más lentamente que la luz ciertamente no es prueba de la inexistencia de regiones que se alejan de nosotros más rápido que la luz.

Creo que aquí es importante señalar un malentendido común sobre la expansión del Universo y la velocidad de la luz.

Si bien la longitud del espacio entre dos puntos muy distantes puede expandirse a una velocidad que excede la distancia que la luz podría atravesar al mismo tiempo, esto no significa que los dos puntos se muevan realmente uno respecto al otro, ni que el espacio se expanda más rápido que La velocidad de la luz en cualquier punto. Esto parece contrario a la intuición, pero ten paciencia conmigo.

Primero, lo que está sucediendo no es el movimiento de objetos a través del espacio, sino la expansión del espacio a través del cual se mueven los objetos, por lo que esto hace que la prohibición de romper la velocidad de la luz sea irrelevante.

Sin embargo (en segundo lugar), no hay necesidad de pensar que la expansión está ocurriendo más rápido que la velocidad de la luz.

Imagine que cada milímetro de espacio se expande en un micrómetro por día (en aras de la discusión, esta no es la tasa real). Ahora imagine cuánto espacio hay entre un punto aquí y un punto a un kilómetro (un millón de milímetros) de distancia. La expansión total acumulada de todos los micrómetros en esa distancia es de un metro. Mientras que los objetos estacionarios en milímetros cúbicos vecinos ahora estarán separados por un micrómetro adicional, los objetos que originalmente estaban separados por un kilómetro ahora estarán separados por un metro más, un millón de veces más. Pero ninguno de estos objetos se ha movido realmente a través del espacio, es el espacio el que se ha expandido.

Ahora imagine que dos objetos están separados por miles de millones de años luz. Mientras que el espacio se expande en cantidades microscópicas a escala local, la acumulación de esta expansión sobre escalas verdaderamente astronómicas es bastante expansiva, tanto que la distancia entre dos objetos podría aumentar más rápido de lo que la luz puede pasar entre los dos objetos.

Del mismo modo, si dibuja dos puntos en un globo e infla el globo, los puntos aparecerán más separados (y más grandes). Pero los puntos no se han movido en relación con la superficie del globo. La superficie en la que están se ha expandido.

Hay dos puntos conceptuales que hacer aquí:
(1) El espacio no se expande “a la velocidad de la luz”. La gran cantidad de expansión es solo la acumulación de una pequeña expansión en una distancia enorme.
(2) Nada se ‘mueve’ más rápido que la velocidad de la luz. El movimiento es algo que sucede a través del espacio, no al espacio. La regla de que las cosas no pueden moverse más rápido que la velocidad de la luz se aplica a las partículas en transición a través del espacio. Ninguna ley física establece que la distancia entre dos objetos estacionarios no puede expandirse en una cantidad que sea mayor que la distancia que la luz hubiera recorrido entre ellos al mismo tiempo.

En otras palabras: intuitivamente, cuando escuchamos que los objetos se están alejando de nosotros a un ritmo que impide que su luz nos alcance, suena como un caso de algo que se mueve más rápido que la luz. Pero, de hecho, es todo lo contrario. La incapacidad de ver esos objetos es una prueba más de que las partículas que salen de esos objetos no pueden viajar lo suficientemente rápido como para atravesar esas distancias en ese tiempo, es decir, para exceder la limitación de la velocidad de la luz.

Espero que esto aclare las cosas.

PD: Hasta hace muy poco nunca había entendido esto correctamente. Tengo que dar crédito a la respuesta de Thomas Pilgaard a ¿Cómo puede entenderse que el universo tiene 93 mil millones de años luz de diámetro y, sin embargo, solo 13.8 mil millones de años ?, explica este concepto de manera muy efectiva.

No. El CMB es bastante uniforme, con un diferencial de solo unos 20 µK.

Hay un punto frío CMB con un diferencial de 70 µK, o .0007K. Eso es extremadamente pequeño en comparación con la media de 2.7K, ni cerca de 0.

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