¿Cómo se puede entender que el universo tiene 93 mil millones de años luz de diámetro y, sin embargo, solo 13.8 mil millones de años?

Bueno, 13.8 mil millones de años es el tiempo transcurrido desde el Big Bang y en cosmología física se llama la era del universo. Los astrónomos han medido que la edad del universo tiene aproximadamente 13.8 mil millones de años. Debido a la conexión entre la distancia y la velocidad de la luz, esto significa que pueden mirar una región del espacio que se encuentra a 13.8 mil millones de años luz de distancia. Al igual que una nave en el océano vacío, los astrónomos en la Tierra pueden girar sus telescopios para mirar 13.8 mil millones de años luz en todas las direcciones, lo que coloca a la Tierra dentro de una esfera observable con un radio de 13.8 mil millones de años luz. La palabra “observable” es clave; la esfera limita lo que los científicos pueden ver pero no lo que hay allí.
Pero aunque la esfera parece tener casi 28 mil millones de años luz de diámetro, es mucho más grande. Los científicos saben que el universo se está expandiendo. Por lo tanto, si bien los científicos podrían ver un lugar que se encuentra a 13.8 mil millones de años luz de la Tierra en el momento del Big Bang, el universo ha seguido expandiéndose durante su vida útil. Hoy, ese mismo lugar está a 46 mil millones de años luz de distancia, lo que hace que el diámetro del universo observable sea una esfera de alrededor de 92 mil millones de años luz.

Imagínese en un camino. Un camino muy largo. No puedes ver el final, incluso en un día despejado.

Este es un camino muy especial.

Exactamente a 1 metro (~ 3 pies) de usted, a lo largo del camino, se encuentra otra persona. En ambas direcciones. Este es el caso a lo largo del camino. Una nueva persona cada 1 metro.

Aquí viene la parte especial sobre el camino:

Imagina que el camino se expande. Puedes ver a las personas a tu lado alejarse de ti, pero no caminan ni se mueven en absoluto. Están parados quietos. Es el camino mismo el que se está expandiendo.

Llamemos a usted persona 0. Junto a usted está la persona 1, y del otro lado está la persona -1. Detrás de ellos, personas 2 y -2. Como una escala numérica:

Ahora, pregúntese: como la persona 1 parecía alejarse de usted (persona 0) debido al espacio entre usted en expansión, ¿la persona 1 se acercó a la persona 2?

No. Las personas 1 y 2 experimentaron la misma expansión del espacio entre ellas, como usted (persona 0) y la persona 1. – Lo mismo ocurre en su otro lado. De hecho, todos en todo el camino experimentaron lo mismo. Todos están ahora a 2 metros (~ 6 pies) de distancia sin haberse movido una pulgada.

Entonces, la persona 1 está a 2 metros de ti. La distancia entre ustedes ha aumentado en 1 metro. – Pero mira a la persona 10! La persona 10 solía estar a 10 metros de ti, pero ahora está a 20 metros de ti. ¡Eso es un aumento de 10 metros! Cuanto más lejos se encuentre una persona, más se alejará de usted dentro del mismo período de tiempo. Dicho de otra manera: cuanto más lejos se encuentre una persona, más rápido parece que esa persona se aleja de usted (a pesar de que nadie se mueve en absoluto).

Ahora imagine un automóvil viajando en esta carretera (no se preocupe, no va a golpear a nadie). – A medida que el automóvil emprende su viaje, sabemos a qué distancia está el destino. Cuando llega el auto, notamos que el viaje ha sido mucho más largo. – ¿Por qué?

Porque el camino se ha expandido mientras el automóvil ha estado en tránsito.

Más importante aún, algunos autos están tan lejos de nosotros, que incluso a la velocidad máxima, nunca podrán alcanzarnos. El espacio entre ellos y nosotros es cada vez mayor, más rápido de lo que el automóvil puede viajar a la velocidad máxima.

Si pudiéramos observar el automóvil (no podemos), de hecho parecería estar alejándose de nosotros, a pesar de estar claramente hacia nosotros. Aparece más camino entre nosotros de lo que puede viajar, lo que aumenta la distancia entre nosotros.

De vuelta a su pregunta:
Si bien la luz podría haber estado viajando durante un período de 13.8 mil millones de años ( esa es la edad del universo), y por supuesto habrá recorrido una distancia de exactamente 13.8 mil millones de años luz debido a la definición de un año luz, el objeto que emitió la luz se ha estado alejando más de nosotros durante ese tiempo.

Por lo tanto, la cifra de 46 mil millones de años luz es el radio actual del universo observable (dándole un diámetro de ~ 93 mil millones de años luz). 46 mil millones de años luz en cualquier dirección son objetos que están actualmente a esa distancia de 46 mil millones de años luz de distancia, pero cuya luz nos acaba de llegar después de ser emitida hace 13.8 mil millones de años.

Nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. – Pero esto solo se aplica a los automóviles que viajan por la carretera. El camino en sí no está viajando. Se esta expandiendo. Y en realidad no tenemos leyes científicas que impidan que esto suceda a cualquier velocidad.