Cuando decimos que los rayos cósmicos provienen de Big Bang, ¿cómo es posible? ¿Nos alejamos más rápido que la luz que la luz nos está alcanzando ahora?

En realidad, son las microondas las que obtenemos desde el principio. Llamado el fondo cósmico de microondas, CMB.

Creo que la idea errónea que tienes es creer que el universo comenzó en algún punto único y se expandió desde allí. En realidad, no hay realmente ningún punto central desde donde comenzó el universo.

Pensar en el comienzo absoluto no es muy fácil, ya que hay un montón de infinitos sucediendo, pero imaginemos algunos (muy poco) momentos después de que comenzó.

Imagine que el universo ya era infinitamente grande o al menos bastante grande. Imagina que en cada punto de ese universo tuvieras una densidad increíblemente enorme de energía / materia.

Ahora imagine que todo comienza a expandirse, no a algo sino simplemente a expandirse. Todo se aleja de todo lo demás en el sentido de que si te imaginas en cualquier punto de ese universo te sentirás como el centro, ya que todo se alejaría de ti. Una analogía común es pensar en un globo. Dibujas algunos puntos en el globo y luego comienzas a inflarlo. Se alejarán unos de otros sin que ninguno de ellos sea el centro.

Entonces el universo se expandió y se expandió … Y cualquiera de los dos puntos que estaban bastante cerca el uno del otro ahora están bastante lejos.

A medida que el universo se expande, la densidad disminuye. Hay un punto, unos 300 mil años después del comienzo, cuando el universo ya no es tan denso y la luz puede viajar a través del espacio sin ser bloqueado.

En este punto, incluso las cosas que alguna vez estuvieron muy cerca una de la otra ahora están muy lejos, y otras que ya estaban bastante lejos, están inconcebiblemente más lejos.

Entonces, para ese momento, un punto que estaba muy lejos de donde nos emitían algo de luz y esa luz, después de viajar durante 13,8 mil millones de años, finalmente nos llegó.

Entonces, cuando miramos al espacio, cuanto más miramos, más antigua es la luz que vemos. Ha estado viajando por más tiempo y vino de algún lugar más lejano. Si sigues buscando más y más lejos, eventualmente chocas contra una pared, y esa es la luz más antigua que puedes ver cuál es el CMB. “Detrás” de que (en el espacio) hay más del universo, es solo que todavía no puedes verlo porque la luz aún no ha tenido tiempo de llegar a nosotros.

Cuando la luz de esos lugares finalmente llegue aquí, será la primera luz emitida desde allí, que es lo que llamamos el CMB.

La radiación de fondo cósmica se originó durante la “recombinación” a +400,000 años, que fue cuando el plasma se condensó en materia permitiendo que los fotones se muevan más libremente. La razón por la que todavía vemos los fotones hoy es que el universo ya estaba cerca de su tamaño completo debido a la inflación .

Durante la inflación, el universo se expandió más rápido que la velocidad de la luz , duplicando su tamaño quizás 100 veces o más en solo una fracción de segundo. La teoría de la relatividad especial de Einstein sostiene que ninguna información o materia puede viajar más rápido que la luz a través del espacio, pero la inflación fue una expansión del espacio en sí mismo, por lo que la regla no se aplica.

Por lo tanto, no es una esfera que dispersa fotones desde un solo punto, sino fotones que se originan del plasma de condensación que estaba en todas partes en el universo (inflado). Es por eso que podemos ver fotones que han viajado por más de 13 mil millones de años, realmente estaban tan lejos cuando fueron “liberados” del plasma.

La primera oración en los detalles de su pregunta ya proporciona parte de la respuesta, ya que representa un malentendido grave. Sí, todo fue muy denso en el Big Bang. Pero no, no todo estaba “dentro de un pequeño punto en el espacio”. De hecho, un universo espacialmente plano (que el nuestro es, según todos los indicios) era tan grande en el momento del Big Bang como lo es hoy: era infinito.

¿Cómo es eso posible? Piensa en una regla. Digamos que mide un pie de largo y tiene 12 muescas, una por pulgada. Si “expande” la regla para que el espacio entre las muescas se convierta en 2 pulgadas, la regla en sí tiene que hacerse más grande: ahora tiene 2 pies de largo. Pero la regla tiene una longitud finita.

Ahora piense en una línea, infinitamente larga. Imagina que se marca cada centímetro. Habrá un número infinito de marcas, por supuesto. Ahora “expanda” la línea marcándola cada dos pulgadas en su lugar. El número de marcas sigue siendo infinito. Peor aún, es el mismo infinito (hay tantos enteros como incluso enteros. Los infinitos se comportan de manera extraña de esta manera). Así que incluso cuando la línea “se expande” (las marcas en ella se vuelven menos densas) su longitud total (infinito) y la cantidad de marcas (infinitas) permanecen iguales.

Así que esto es lo que ocurre con un universo espacialmente plano como el nuestro: tiene una extensión infinita y una extensión infinita (mucho más densa) desde el principio.

(Si el universo no es plano sino “abierto”; todavía tiene una extensión infinita, por lo que se aplican los mismos pensamientos. Si está “cerrado”, entonces su extensión espacial es finita, pero si es un universo que sobrevive (al menos) 14 mil millones de años, todavía es mucho, mucho más grande que el universo “visible”, por lo que para cuando se produjo el CMB, unos 380,000 años después del Big Bang, el universo ya tenía miles de millones de años luz de diámetro).

Entonces, sí, el fotón CMB que llega a nuestro plato de microondas hoy viajó casi 14 mil millones de años luz en un universo infinito. Y dentro de mil millones de años, todavía habría fotones CMB (mucho más débiles), que alcanzarían instrumentos (si existen) después de un viaje de 1000 mil millones de años luz.

Hasta, oh, unos 400,000 años después del Big Bang, el universo era opaco o brumoso. Entonces los fotones rebotaron mucho. Fue solo después de que el universo se desacopló que la luz fue capaz de llegar a cualquier lugar significativo, y en este momento, el universo se estaba haciendo mucho más grande.

Hay algo similar pero menos grave en nuestro propio Sol. Si parte del hidrógeno se fusiona y emite luz, la luz tarda bastante en salir del Sol. ¿Cuánto cuesta? He escuchado un millón de años, pero no sé si eso es correcto. En cualquier caso, es mucho más largo de lo que tarda la luz en llegar a nosotros una vez que está fuera.

Ahora, en cuanto a la velocidad de la expansión del universo, si unes la edad del universo con el tamaño medido, obtienes un tamaño en años luz mucho más grande que la edad en años. Eso es desconcertante. Sin embargo, es un cálculo bastante ingenuo, haciendo suposiciones galileanas. Afortunadamente, tenemos la relatividad general. Desafortunadamente, tiene una gran cantidad de pequeños números.

A veces la gente dice que el espacio-tiempo se expandió más rápido que la luz, pero eso también es ingenuo y en algún lugar entre muy engañoso y totalmente equivocado. La relatividad general es puramente local, y tomando eso más la idea de que funciona en todas partes (y cada vez), obtienes la respuesta correcta. Sin embargo, las cosas que suceden a distancia parecen extrañas y contradictorias.

Me pidieron que respondiera. La pregunta ya ha sido respondida, pero supongo que aún puedo darle un giro adicional al tema.

Para aclarar, esta página de Wikipedia describe los rayos cósmicos:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/ …

Esta página describe el fondo cósmico de microondas (CMB):

https://en.m.wikipedia.org/wiki/ …

Los rayos cósmicos son partículas de alta energía que se originaron en ciertos eventos de alta energía, colisiones de objetos masivos, nova y supernova, material que se acelera en un agujero negro o estrella de neutrones y se irradia. Material que fluye desde las estrellas de neutrones y otras fuentes increíblemente fuertes de campos magnéticos. Ninguno de estos se relaciona directamente con el Big Bang. Todo lo que vemos dentro de nuestro universo proviene de la energía y el espacio-tiempo que se originó en el Big Bang, pero los rayos cósmicos no están más específicamente relacionados con el Big Bang que los humanos.

El CMB es el eco del tiempo 400,000 años después del Big Bang cuando nuestro universo visible se volvió transparente para los fotones. El CMB tampoco se originó en el Big Bang, realmente. Pero es la primera fuente útil de información observable que podemos usar para estudiar el Big Bang. Algunos neutrinos que llegan a la Tierra son muy anteriores al CMB, pero actualmente son demasiado difíciles de estudiar y ni siquiera podemos decir qué neutrinos vinieron del universo anterior.

Entonces, la pregunta busca la explicación de una presunción que no es cierta, pero aún puede aprender algo investigando lo que hay detrás.

Los fotones viajan a la velocidad de la luz. Y su velocidad es constante en todos los marcos de referencia. Este hecho es la base de la Relatividad Especial de Einstein. Significa que no importa si una persona se muda, la velocidad relativa de los fotones será igual a la de él en todo momento. Incluso si te mueves más rápido que los fotones (que por cierto no es posible), los fotones te alcanzarán. Entonces, incluso si la Tierra se aleja de los fotones a grandes velocidades, no es más rápida que la de los fotones, e incluso si lo fuera, los fotones nos habrían alcanzado de todos modos. Si no entendiste, envíame un PM. Salud. 🙂

Creo que su incomprensión se debe a que ve un 3D Bang en un espacio 3D, con la luz alejándose de un punto en el que ocurrió el golpe. No es así en absoluto. El Big Bang no sucedió en el espacio, creó el espacio. Y todo ese espacio estaba lleno de materia / energía, que se expandió y enfrió. Entonces, la radiación que vemos hoy proviene de otras partes del espacio creado en esa explosión, mientras que las microondas creadas aquí en la explosión son la radiación de fondo para una parte increíblemente distante del universo. Pero no había ninguna parte del universo en la que el Big Bang no ocurriera, ni afuera desde el cual mirar para ver cómo sucedía.

Mientras miramos en el espacio, vemos galaxias que están a miles de millones de años luz de distancia. Esto significa que los vemos como eran cuando el universo era mucho más joven, ya que la luz ha estado viajando a través del espacio vacío todo ese tiempo. Aquellos en el Campo Profundo Hubble y el Campo Ultra Profundo Hubble son visibles diferentes, mucho menos regulares y a menudo sufren colisiones drásticas.

La radiación de fondo cósmico es el extremo de esto, el material caliente original del universo antes de que formara galaxias. La luz y otras radiaciones electromagnéticas se dirigen en todas las direcciones, algunas hacia nosotros.

Un poco de él puede rebotar, pero no hay mucho de lo que pueda salirse.