Si todos los marcos inerciales tienen velocidades entre sí menores que c, ¿qué pasa con las galaxias que se separan más rápido que c debido a la expansión espacial?

Es un error común pensar que las galaxias que retroceden a velocidades mayores que c están de alguna manera engañando a la relatividad especial. De hecho, sus velocidades relativas a las nuestras se infieren de una medición de su desplazamiento al rojo, utilizando un modelo aproximadamente lineal. Por el contrario, si solo usa los cálculos para el desplazamiento al rojo de acuerdo con la relatividad especial, todos los desplazamientos al rojo son subluminales. Por lo tanto, algo es diferente en los métodos utilizados para cambiar entre el desplazamiento al rojo medido y la velocidad de recesión para las observaciones astronómicas. El simple hecho de que si usamos los cálculos de la relatividad especial, todos los desplazamientos al rojo serán subluminales, debería ser suficiente para asegurarle que todo está bien.

En el caso de las galaxias superluminales, el demonio está realmente en los detalles. Debido a que los desplazamientos al rojo son finitos, no deberíamos emocionarnos demasiado. Las llamadas galaxias superluminales realmente deberían llamarse galaxias de alto desplazamiento al rojo. La velocidad de recesión que se les asigna es una suma lineal de su velocidad local (menor que c) y su velocidad de expansión, dada por la relación de Hubble. Todo esto se interpreta utilizando el modelo de cosmología LambdaCDM, que es el modelo utilizado para predecir la edad del universo.

Cabe señalar que interpretar los datos de desplazamiento al rojo exclusivamente de acuerdo con la teoría de la relatividad especial no puede igualar la tendencia de los datos astronómicos que relaciona el desplazamiento al rojo con la distancia, lo que indica que la relatividad especial es inadecuada para interpretar los datos cosmológicos. En cambio, debe usar la relatividad general.

La conclusión es que la relatividad especial se mantiene localmente, pero la relatividad general funciona mejor en escalas cosmológicas. Las llamadas galaxias superluminales no violan ninguna propiedad de las teorías de la relatividad, sino que solo sirven para ilustrar la naturaleza de la expansión cósmica.

Aquí hay una manera de pensar sobre las cosas. La luz emitida hacia nosotros desde una galaxia muy lejana puede inicialmente retroceder efectivamente, en lugar de avanzar, porque la expansión a esa distancia es mayor que c. Sin embargo, localmente todavía viaja en c. Es como si nadara contra la corriente de expansión cósmica. Eventualmente llegará a un punto donde la tasa de expansión es menor que c, donde ahora avanzará efectivamente. En todo momento, la luz viajaba hacia nosotros y, en relación con todos los marcos de referencia locales, viajaba en c.

La relatividad especial limita el movimiento relativo observado entre cuadros a la velocidad c cuando y solo cuando la velocidad relativa observada es constante, y solo donde el espacio permanece plano. La relatividad especial no tiene nada que decir sobre la velocidad relativa observada variable, o sobre el movimiento en el espacio curvo.

Hay dos puntos pasando aquí. En primer lugar, como dice la otra respuesta, las velocidades no se suman como vectores en la relatividad de Einstein. En segundo lugar, no tiene que ser cierto que los cuadros inerciales tengan una velocidad relativa, si se trata de observarlo o medirlo. Es posible una velocidad relativa mayor que c , pero en el mejor de los casos se infiere. No puedes ver que algo se aleja de ti tan rápido como eso. Debe explicar exactamente lo que quiere decir con “velocidad relativa”, ya que una velocidad que no puede medir, incluso en principio, no tiene un significado evidente.

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