Pregunta originalmente respondida: ¿Podría la expansión acelerada del Universo explicarse por la gravedad ejercida por la masa más allá del horizonte cósmico?
Los datos actuales sugieren que la expansión del Universo se está acelerando. Varias teorías sostienen explicar por qué, de las cuales la ‘energía oscura’ está a la vanguardia. Una posible respuesta es la presencia de una atracción gravitacional (o alguna otra fuerza) ejercida por la masa más allá del horizonte cósmico. Dado que hablar sobre el multiverso está de moda (es decir, cosas que incluyen universos adicionales enteros que se encuentran más allá de nuestro universo), ¿por qué invocar una influencia más allá de nuestro horizonte de luz sería más especulativo que algún efecto desconocido de la física dentro de nuestro Universo?
En la pregunta principal, usted habla de la gravedad como explicación, mientras que en los detalles menciona también alguna otra fuerza.
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Ignoraré la opción ‘otra fuerza’, porque para responder eso requeriría identificar esa fuerza. Me parece que ninguna de las otras tres fuerzas fundamentales serían posibles explicaciones, por lo que eso requeriría una nueva fuerza.
Además, esa nueva fuerza tendría que interactuar con la masa para acelerarla. Lo que haría que uno se pregunte cuál es la diferencia entre esta nueva fuerza y una forma de gravedad modificada, que en realidad se está investigando como una posibilidad. No conozco ninguna teoría que explique con éxito todas las observaciones.
Dicho esto, intentaré responder la pregunta restante tal como está escrita en la pregunta principal.
Si asumimos que hay una fuerza externa neta que causa la expansión, entonces eso nos diría algo sobre la distribución de masa a nuestro alrededor. Si la masa se distribuyera homogéneamente por todo el espacio, uno esperaría que no hubiera fuerza neta en ninguna dirección. Las fuerzas debidas a la masa en cualquier dirección particular serían canceladas por las fuerzas debidas a la masa en la dirección opuesta.
La única posibilidad que veo que podría explicar el movimiento observado lejos de nosotros sería que aparentemente estamos en una región del espacio poco densa en el sentido de que estamos en una región que contiene menos materia que la densidad de masa promedio fuera del región. La gravedad tendría una tendencia a vaciar esta región, creando un vacío aquí a largo plazo. Entonces se podría intentar calcular si podemos encontrar una diferencia en la densidad de masa entre las dos regiones que explicaría las observaciones.
Parte de esas observaciones sería que presenciamos una distribución de la materia que es homogénea e isotrópica, y la recesión de los objetos distantes también es la misma en todas las direcciones, lo que implica que cualquier masa circundante también debe ser homogénea e isotrópica en una buena aproximación. distribución. Si no fuera así, esperaríamos ver una dirección preferida en el movimiento de objetos distantes, así como una velocidad de recesión que depende no solo de la distancia sino también del ángulo con respecto a esa dirección preferida.
Otra parte de estas observaciones sería que la velocidad con la que somos testigos de los objetos que se alejan de nosotros satisface una relación conocida como la ley de Hubble. Esta ley predice que los objetos más alejados se alejarán de nosotros a mayores velocidades.
Ahora, debería ser un poco más cuidadoso, lo que realmente se observa es una relación entre la distancia y el desplazamiento hacia el rojo. Y ese cambio rojo está compuesto en principio de dos componentes. Habría un componente debido al movimiento en el espacio que es un efecto Doppler, y también habría un componente debido a una eventual expansión del espacio. El hecho de que las velocidades sean a veces una fracción significativa de la velocidad de la luz también exigiría tener en cuenta los efectos relativistas.
Pero el hecho es, hasta donde sabemos, que esto se traduce en una correlación entre la distancia y la velocidad.
Quizás lo anterior sea factible, puede existir una solución, pero no he intentado encontrarla. Y la razón de esto es que es otra observación bastante reciente, que es que esta tasa de expansión parece estar acelerándose. Según su interpretación, la expansión misma sería una fuerza (gravedad) que provocaría una aceleración de los objetos distantes. Entonces, una expansión acelerada implicaría una fuerza creciente, o equivalentemente una masa decreciente bajo la misma fuerza.
Entonces la respuesta a su pregunta parecería ser no.
Sin embargo, al final, ¿qué es la gravedad? Si entendemos bajo la gravedad, el fenómeno descrito por las ecuaciones de campo de Einstein, lo cual hago, entonces la respuesta es sí, parcialmente.
Digo esto porque las ecuaciones de Einstein contienen un término que usa una constante, conocida como la constante cosmológica. Y precisamente este término proporciona un parámetro a la teoría que permite la variación en la tasa de expansión. En particular, podría explicar una expansión acelerada.
Entonces, en este sentido, la gravedad, incluida la gravedad debida a fuentes gravitacionales fuera del horizonte cósmico. Ahora espere un minuto, algo fuera de nuestro horizonte cósmico no puede afectar causalmente nada aquí, en virtud del hecho de que se alejaría de nosotros a velocidades más rápidas que la luz. Pero el horizonte cósmico está determinado por la edad del universo y, por lo tanto, se expande con el tiempo. Es una esfera que nos rodea y crece hacia afuera. Y la tasa de expansión es variable. Algo dentro del horizonte puede desaparecer más allá y también es posible lo contrario.
Más allá de eso, en cualquier caso, si nuestros modelos cosmológicos son remotamente correctos, todo lo que presenciamos fue en el pasado mucho más cercano y dentro del contacto causal, contribuyendo al comportamiento actual de los objetos visibles, aunque no pude estimar el tamaño o la importancia de Esta contribución.
