OK, déjame ser el contrario aquí, el valor atípico, a la luz de las respuestas ya proporcionadas …
En pocas palabras, ni siquiera tiene sentido hablar de la expansión del espacio en un universo infinito. No hay medida de la expansión del espacio. El espacio no lleva pequeños marcadores o hitos que podamos medir, y la física, la última vez que lo verifiqué, tiene que ver con la medición.
No, lo que medimos es la distancia entre las cosas . Objetos. Cúmulos de galaxias. Y cuando la distancia entre dos cosas aumenta en función del tiempo, esa es la definición de movimiento de un libro de texto .
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No me creas Permítanme esbozar un poco de la física newtoniana en un universo infinito, homogéneo e isotrópico lleno de polvo. Recuerde, realmente no hay “expansión del espacio” en la física newtoniana. El espacio y el tiempo en el mundo de Newton son absolutos. Entonces, elige un punto arbitrario en el espacio y llámalo origen. Tome la masa contenida dentro de una esfera de radio [matemática] R [/ matemática] alrededor del origen para que sea [matemática] M [/ matemática]. Si la densidad de la materia cambia, dado que la masa se conserva en la física newtoniana, más adelante la misma masa ocupará una esfera de radio [matemática] R (t) [/ matemática]. La densidad de masa viene dada por [math] \ rho (t) = 3M / 4 \ pi R (t) ^ 3 [/ math]. Por otro lado, el teorema de la cáscara nos dice que la materia fuera de la esfera no tendrá una atracción gravitacional neta en el límite de la esfera, por lo que la materia en el límite se acelerará de acuerdo con [matemáticas] \ ddot {R} = – 4 \ pi GR \ rho / 3 [/ math]. Al integrar esta ecuación y luego escribir [matemáticas] H = \ dot {R} / R [/ matemáticas], obtenemos otra ecuación en la forma [matemáticas] H ^ 2 – C / R ^ 2 = 8 \ pi G \ rho / 3 [/ math], donde [math] C [/ math] es una constante de integración. (Para detalles adicionales más allá de este boceto, ver Fundamentos físicos de la cosmología de Mukhanov, Cambridge, 2005; por supuesto, el libro de Mukhanov no es la única referencia que muestra cómo las ecuaciones de Friedmann pueden derivarse de la física puramente newtoniana).
Sí, estas son las ecuaciones de Friedmann para polvo sin presión. De la física puramente newtoniana. La física puramente newtoniana nos dice, en otras palabras, que el universo debe estar expandiéndose (o contrayéndose), a pesar de que en la física newtoniana, el espacio no está haciendo absolutamente nada: el espacio es rígido, eterno e inmutable. Es cuestión de hacer el movimiento.
Por supuesto, es cierto que en la relatividad general, el campo métrico cambia con el tiempo. Este campo, a diferencia del espacio-tiempo, tiene una realidad tangible: lleva energía e impulso, por ejemplo, en forma de ondas gravitacionales. Pero recuerde cuál es el papel de la métrica: le dice a la materia cómo moverse . Y sí, la materia se mueve absolutamente en un universo en expansión: fragmentos de materia se alejan de otros fragmentos de materia. El hecho de que, al mismo tiempo, estos fragmentos de materia permanezcan en reposo con respecto al marco de referencia localmente isotrópico no cambia el hecho de que las cosas están volando separadas unas de otras , porque esos marcos de referencia localmente isotrópicos también están volando. separados el uno del otro . Pero esto no significa que el espacio se esté expandiendo (de nuevo, piense en la física newtoniana y también recuerde que el espacio no tiene marcadores por los que pueda medir su expansión).
Sin mencionar que este negocio de “expansión del espacio” crea la noción muy engañosa de que de alguna manera, el espacio está arrastrando cosas consigo, cuando nada podría estar más lejos de la realidad. Las cosas están volando aparte porque nacieron en un estado de vuelo separado, no por lo que el espacio podría o no estar haciendo. Las cosas no están pegadas al espacio, y el espacio no las lleva a ninguna parte. Si la distancia entre dos cosas está aumentando, es porque están volando lejos una de la otra. Una espada es una espada es una espada. Si pudieras estirar una cuerda de una galaxia a otra galaxia distante, esa galaxia distante se movería junto a la cuerda en un clip decente. Si atabas el otro extremo de la cuerda a la segunda galaxia, la cuerda se rompería. Si eso no es movimiento, debo ser Santa Claus.
De acuerdo, perdón por el largo desvío y el argumento contundente, pero he visto esto muchas veces, personas que intentan confundirse a sí mismas y a otros que sugieren que las cosas en un universo en expansión no se mueven, solo “el espacio se expande” (pero nunca decirle cómo miden la expansión del espacio.) Sin embargo, lo que debería quedar claro de lo anterior es que el espacio realmente no es algo que se pueda medir. No se puede saber cuánto espacio hay; solo puedes medir el espacio entre las cosas . Y el espacio tampoco es una cantidad conservada. No es energía, no es momento, no es una constante del movimiento. Entonces, la misma pregunta, “el espacio ha permanecido del mismo tamaño”, no tiene sentido.
A menos que … a menos que vivamos en un universo cerrado y finito. En tal universo, hay un número finito de cosas y, por lo tanto, podría ser posible ofrecer un cálculo significativo del volumen total del espacio, y de hecho cambiaría en función del tiempo. Tal universo se expandiría, alcanzaría un tamaño máximo y luego volvería a colapsar. Pero en la medida en que podamos decirlo, no vivimos en tal universo. La curvatura espacial en el universo actual parece insignificante, lo que significa que en el universo primitivo, tenía que ser asombrosamente pequeño. Cuando una cantidad sin unidades de medida adjuntas parece sorprendentemente pequeña, es una apuesta segura en física que probablemente sea cero; en cuyo caso, vivimos en un universo espacialmente plano y, por lo tanto, infinito, que siempre ha sido infinito (al igual que el universo newtoniano anterior) incluso cuando las cosas se expanden dentro de él.
