El tamaño actual del universo observable es de aproximadamente 46 mil millones de años luz. El significado de esto es que las protuberancias en el CMB (que están en 13.8 mil millones de años en nuestro cono de luz pasado), ahora se habrían convertido en galaxias y cúmulos de galaxias, y que esas galaxias ahora estarían a 46 mil millones de años luz de nosotros. Estos fotones CMB se emitieron cuando el universo tenía solo 380,000 años. Entonces la pregunta es: ¿Cuál habría sido el tamaño de la esfera dónde y cuándo se emitieron los fotones CMB?
Los fotones CMB se emitieron a una temperatura de aproximadamente 3000 Kelvin y ahora están a una temperatura de 2.7 Kelvin. Esto significa que se han desplazado al rojo en un factor de 1100. El desplazamiento al rojo es la relación del factor de escala del universo entre el momento en que se emitieron los fotones y el momento en que se recibieron. Por lo tanto, el tamaño del universo observable cuando se emitieron los fotones CMB habría sido un factor de 1100 más pequeño de lo que es ahora.
Entonces, el radio de lo que ahora se habría convertido en nuestro universo observable habría sido 43 millones de años luz a 380,000 años después del Big Bang. ¿Cómo era el universo entonces? Bueno, esta es una imagen del universo cuando tenía 380,000 años, lo que significa que esta esfera tiene un radio de 43 millones de años:
Para obtener más información sobre el CMB (que es esta imagen), vea: la respuesta de Frank Heile a Si miramos una estrella a millones de años luz de distancia, lo que hemos hecho, la luz tarda millones de años en llegar a nosotros, así que estamos mirando millones de años atrás en el tiempo. Usando este razonamiento, ¿qué es lo más lejos que podríamos mirar hacia atrás en el tiempo? lo que explica esta imagen.
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Quizás se pregunte cómo un universo observable que solo tenía 380,000 años podría tener un radio de 42 millones de años luz, ¿no implicaría eso que el universo tenía una velocidad superior a la velocidad de la luz? Bueno, cuando tienes alguna expansión, eso implica que habrá puntos en el espacio que aparentemente se están separando a una “velocidad” relativa mayor que la velocidad de la luz. Esto se debe a que la velocidad aparente entre dos puntos sería proporcional a la distancia entre ellos. Entonces, para cualquier tasa de expansión, habrá una distancia tal que cualquier punto que esté más alejado de esta distancia parecería separarse a una velocidad mayor que la luz. Esta distancia es la distancia al horizonte cósmico; cualquier cosa más allá de esa distancia no será visible; es la definición del universo observable, la porción del universo que está a menos de esa distancia. Esta velocidad aparentemente mayor que la velocidad de la luz no viola la relatividad especial, ya que la expansión del espacio no es equivalente a tener dos objetos que comienzan juntos y luego se aceleran, según la relatividad especial, esos dos objetos nunca tendrán una velocidad relativa que exceda la velocidad de la luz. ligero.
También puede preguntarse por qué les tomó a los fotones del CMB 13.8 mil millones de años recorrer esa distancia de 43 millones de años luz. ¡La razón es que a medida que los fotones viajaban a través de esos 43 millones de años luz, la expansión del espacio estaba haciendo que esa distancia fuera cada vez más grande, de modo que la luz recorrió 13.800 millones de años para recorrer esa pequeña distancia!