¿Por qué se teoriza que el ‘espacio’ se expande en lugar de sus componentes simplemente volando uno del otro en un continuo espacial preexistente? ¿Cuál es la prueba?

En la física moderna, no existe el espacio vacío. Cada unidad de espacio está llena: con campos, con partículas virtuales, con curvaturas producidas por masa, etc.

No hay término para un “espacio vacío” para que el universo se expanda. Supongo que nada le impide agregar uno, pero no contribuiría nada y al mismo tiempo dificultaría aún más las matemáticas.

En cosmología, el espacio-tiempo está definido por una métrica: te dice la distancia entre dos eventos. Estas métricas son soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein. No tiene ningún valor hablar de puntos más allá del Big Bang; No hay eventos para medir la distancia.

El universo comenzó como una explosión de espacio al comienzo del tiempo. Entonces, el espacio mismo se expande como lo explica la Ley de Hubble (los cúmulos de galaxias que están más lejos se alejan de nuestro cúmulo más rápido que los cúmulos cercanos), y el principio cosmológico (el universo se ve igual para todos los observadores).

En la imagen de Newton, el espacio y el tiempo fueron el telón de fondo, el escenario por así decirlo, para el drama cósmico. En la imagen actualizada de Einstein, el espacio y el tiempo también son personajes de la obra: pueden cambiar.

Entonces, las galaxias y los cúmulos de galaxias, cada uno de los cuales se mantienen unidos por su propia gravedad, se alejan uno del otro porque el espacio mismo se está expandiendo, como la superficie de un globo. Puede hacer esta demostración simple: cubra el globo con puntos y luego infle. No importa qué punto use como referencia, siempre observará la misma ley de Hubble: los puntos cercanos se alejan lentamente a medida que el globo se estira y los puntos más distantes se alejan más rápidamente. Ningún punto es especial. Ningún punto está en “el centro”. La superficie del universo globo se ve igual para todos los observadores porque todo su espacio se está expandiendo.

Si tuviera galaxias volando desde un punto, entonces el universo no se vería igual para todos los observadores y violaría el principio cosmológico.

Gran pregunta!

Nitpick:

El espacio no está ‘teorizado’ para expandirse. Se observa que se expande. Se nos ocurren hipótesis para explicar la expansión. Una explicación probada y verdadera basada en muchas hipótesis confirmadas sería una teoría de la expansión del espacio.

Volviendo a la pregunta: sabemos que el espacio se expande porque la luz de las galaxias distantes se desplaza hacia el rojo. Cuanto más lejos esté la galaxia, mayor será el desplazamiento al rojo. El desplazamiento al rojo se debe a la expansión del espacio que también expande las ondas de fotones (o esa es una forma de visualizarlo, creo).

Presumiblemente, el interlocutor no querría disputar ninguna parte fundamental de la Relatividad Especial (creo que no es necesario, para esta pregunta, preocuparse por la teoría General).

Dado que se ha visto que el universo visible a gran escala es uniforme en su distribución de cúmulos de galaxias, y desde que se ha observado que las velocidades de retroceso de galaxias muy distantes se aproximan a la velocidad de la luz, y dado que se comprende el aumento de estas velocidades, Es completamente razonable que haya galaxias alejándose de nosotros a una velocidad mayor que la de la luz. Por lo tanto, la existencia del interrogador de “espacio” dentro del cual ocurre la expansión (en oposición a la teoría aceptada de expansión del espacio en sí mismo) simplemente contradiría el “límite de velocidad fundamental” en Relatividad Especial.

Por supuesto, el simple hecho de aceptar la uniformidad de la distribución de grupos en todo el espacio contradeciría inmediatamente cualquier tipo de expansión dentro de un espacio vacío. Pero el argumento anterior solo depende de que haya al menos un poco de materia más allá de la distancia donde la recesión medida por nosotros es la velocidad de la luz, una ‘suposición’ mucho más débil, cuya negación sería bastante extraordinaria, dada la evidencia de uniformidad.

Las observaciones alrededor del universo muestran que todos los objetos se alejan de la Tierra … ¡y unos de otros! Además, los objetos que están dos veces más lejos se mueven dos veces más rápido que nosotros … y, de nuevo, uno del otro. Si pudiera imaginar un globo con puntos pintados, a medida que el globo se expande, este es el comportamiento que vería para cada punto. El Universo se está comportando como una superficie tridimensional de un espacio de 4 dimensiones que se está expandiendo.

a) Los datos (según Julian Macri) dicen que los objetos a distancia están retrocediendo, y cuanto más se alejan, más rápido retroceden. El hecho de que esos objetos estén “volando” lejos de nosotros sugiere que hubo una tremenda explosión centrada en nosotros. Por varias razones, sabemos que no somos el centro del universo. Además, las explosiones no resultan en mayores velocidades en la periferia que en el centro.

b) Otros datos dicen que los objetos lejanos en realidad se están acelerando lejos de nosotros. Esto dice que en realidad no se están alejando, sino que se los está obligando a alejarse.