Si [math] c [/ math] es el límite de velocidad cósmica, ¿cómo puede el universo expandirse más rápido que [math] c [/ math]?

Nada se mueve más rápido que c, incluso en un universo en expansión.

Sin embargo, en un universo en expansión (o en el espacio-tiempo curvo en general) mi [matemática] c [/ matemática] no es su [matemática] c [/ matemática], si no estamos en el mismo lugar y tiempo.

Como un ejemplo extremo, considere el horizonte de eventos de un agujero negro. El horizonte de sucesos es la superficie que rodea el agujero negro donde la velocidad de escape se convierte en [matemática] c [/ matemática]. Lo que significa, por el contrario, que cualquier cosa que caiga en el agujero negro llega a [matemática] c [/ matemática] justo cuando llega al horizonte de eventos.

Pero si estoy sentado fuera del horizonte de eventos, nunca llegaré a ver eso. Por el contrario, debido a la dilatación extrema del tiempo gravitacional, el momento en que un objeto que cae llega al horizonte de eventos permanece para siempre en el futuro para mí. En lugar de ver que las cosas se aceleran y alcanzan la velocidad de la luz, lo que veo desde lejos es que cerca del horizonte todo se ralentiza hasta arrastrarse … incluida la luz. Y finalmente, todo se detiene justo antes de llegar al horizonte.

Por otro lado, si yo mismo cayera en un agujero negro, nunca notaría nada anormal (siempre que el agujero negro sea lo suficientemente grande como para que sus fuerzas de marea no me destrocen demasiado pronto). Incluso después de cruzar en el horizonte, todo seguiría apareciendo normal, la velocidad de la luz seguiría apareciendo como siempre, y nada en mi vecindario se movería más rápido que un rayo de luz, incluido yo mismo.

La expansión cósmica es la misma. Supongamos que veo una galaxia distante en un universo acelerado. ¿Veo que la galaxia distante alcanza la velocidad de la luz? No. Por el contrario, veo que se ralentiza debido a la dilatación del tiempo. Su luz se desplazará cada vez más hacia el rojo y será cada vez más difícil de ver. Con el tiempo, desaparecerá de la vista sin ser visto nunca como alcanzar la velocidad de la luz; ese evento permanece para siempre en mi futuro.

Por otro lado, un observador sentado en esa galaxia distante podría estar observando nuestra Vía Láctea y ver exactamente lo mismo: pareceríamos estar disminuyendo la velocidad, la luz de nosotros sería cada vez más difícil de ver y, finalmente, desapareceríamos de la vista de ese observador. Todo el tiempo, para nosotros, aquí en nuestra casa, todo es perfectamente normal, y nada excede la velocidad de la luz.

En resumen, en el espacio-tiempo curvo, la velocidad de la luz sigue siendo un límite de velocidad local ; no limita la velocidad a la que los objetos distantes pueden acercarse o alejarse unos de otros. Pero cualquier cosa más rápida que la luz siempre está (hasta donde sabemos) oculta por un horizonte de eventos de algún tipo, por lo que nunca puedes ver un movimiento más rápido que la luz.

La expansión no es lo mismo que la velocidad. Cuando aceleras, ejerces una fuerza para impulsarte hacia adelante. La velocidad de la luz es una velocidad máxima que un objeto puede ser impulsado en este universo.

La gravedad y el espacio-tiempo, por otro lado, no parecen funcionar en función de la fuerza propulsora. En cambio, la gravedad combinada con el espacio es como estar en la pasarela móvil del aeropuerto. No estás ejerciendo fuerza, pero te estás moviendo. Si mira hacia abajo a sus pies, su marco de referencia está quieto, silencioso e inmóvil. Mire a su alrededor, la distancia entre el lugar donde pisó la pasarela móvil y, donde se encuentra ahora , se sigue ampliando.

Los planetas no tienen tubos de escape para expulsar el combustible y propulsarlos de aquí para allá. En cambio, la gravedad sirve como una especie de pasarela móvil. Cuanto mayor es el efecto gravitacional, más pronunciado es el cambio en la posición relativa del cuerpo celeste (galaxia, super cúmulo, etc.) y todo lo que contiene.

La constante c no cambia en términos del impacto de esa constante. Más bien, su valor está determinado por las circunstancias. Podría ser la velocidad de la luz, el efecto del electromagnetismo o, a escalas mucho más grandes, el efecto de la gravedad sobre la geometría del lugar donde tú o aquello que observas se sienta. esa cosa que llamamos espacio-tiempo.

Agradezco al profesor Muller por su libro Now , que me ayudó a entender esto un poco. Sus explicaciones sobre los marcos de referencia fueron muy perspicaces. Me ayudó a pensar en la gravedad en la forma en que lo describí.

Por supuesto, la gravedad puede muy bien funcionar basándose en mecanismos propulsores que aún tenemos que identificar. Basta decir que, al menos, me parece que los efectos de la gravedad pueden superar la velocidad de la luz. Ocupe el marco de referencia correcto en el que ocurre, y observará los efectos relativistas o experimentará condiciones que aún no están clasificadas.

Primero consideremos cuál es la velocidad máxima y cómo tiene el valor que tiene.


La velocidad máxima ([matemática] {c} _ {0} [/ matemática]) puede definirse útilmente en términos de dos constantes fundamentales relacionadas con el espacio: permeabilidad al vacío ([matemática] {\ mu} _ {0} [/ matemática ]) y la permitividad al vacío ([matemática] {\ varepsilon} _ {0} [/ matemática]).

La permeabilidad del espacio libre es la cantidad de resistencia encontrada al formar un campo magnético en el vacío y se define (en henrys) como: [matemática] {\ mu} _ {0} = 4 \ pi \ cdot {10} ^ {-7} [/ matemáticas]

La permitividad del espacio libre es la capacidad de un vacío para permitir líneas de campo eléctrico y es aproximadamente (en faradios / metro): [matemáticas] {\ varepsilon} _ {0} = 8.85 \ cdot {10} ^ {-12} [ /matemáticas]

Así, la velocidad de la luz en el vacío se define como:

[matemáticas] {c} _ {0} = \ frac {1} {\ sqrt {{{\ mu} _ {0} {\ varepsilon} _ {0}}}} = 3 \ cdot {10} ^ {8 } \ quad [m / s] [/ matemáticas]

Esta forma de ver las cosas da una razón clara por la cual la luz libre tiene una velocidad particular. Va tan rápido como lo permite la estructura del espacio.

(Tenga en cuenta que para un medio sin vacío uno incluye [matemática] {\ varepsilon} _ {r} [/ matemática] dentro del radical … que ilumina por qué la luz se ralentiza cuando encuentra una sustancia transmisora).

Para mayor exposición ver: Permitividad


Ahora lo anterior muestra cómo la estructura del espacio restringe la materia / energía. Sin embargo, esto no dicta inherentemente nada restrictivo sobre el espacio mismo. Si se da el caso de que se puede fabricar espacio (como postulan algunas teorías), entonces puede ser que la velocidad a la que esto ocurre no esté sujeta a los mismos límites que la materia / energía.

El límite de velocidad es para objetos que se mueven a través del espacio, no para el espacio mismo.

Considere una lámina de goma y una pequeña bola de metal.

Einstein dice que la velocidad de la pelota nunca puede exceder c.

Pero nadie dijo sobre el límite para expandir la lámina de goma.

El caucho puede expandirse a velocidades más rápidas que c, siempre que cualquier bola que viaje sobre él no supere c.

Tengo otra teoría sobre cómo mirarlo, aunque no estoy seguro de que sea correcto. Esto es lo que pienso:

En realidad, puede ver el espacio como hecho de particiones infinitesimales. Y cada una de estas particiones infinitesimales se está expandiendo, y cada una agrega incrementos a su partición infinitesimal. Obviamente, cada partición no se expande a la velocidad de la luz, es solo acumulando estas particiones que también acumula su expansión, obteniendo velocidades mayores que la velocidad de la luz. Entonces, tal vez la expansión del espacio en realidad todavía se limita a los límites de c, y ese espacio no se está expandiendo realmente a velocidades superiores a c, solo aparentemente.

¿Estoy teniendo sentido?

Se aplica el límite C a cualquier objeto / partícula que se mueve a través del espacio. Nada puede superar esta velocidad.

Ahora, el espacio en sí puede expandirse más rápido que C porque, como he dicho anteriormente, el límite solo se aplica a los objetos que se mueven dentro del espacio.

Si apuntaste con un láser al cielo y lo moviste completamente, técnicamente la distancia cubierta en ese movimiento consecuente habría sido a una velocidad mayor que C, aunque ningún objeto habría estado involucrado en ese movimiento para violar el límite.

Las galaxias y otras entidades cósmicas son objetos que se mueven dentro de la expansión espacial, aunque ninguno de estos excede ningún límite (las galaxias se mueven a alrededor de 60-600 km / s). La luz viaja a 186,000 millas / s . La gravedad (específicamente las ondas gravitacionales) juega un papel clave en la expansión y esta misma puede viajar en C.

Espero que esto ayude.

El límite de velocidad de la luz es más débil en la relatividad general que en la relatividad especial. En la relatividad general, el límite se aplica solo a la velocidad de un cuerpo en relación con un observador en el mismo punto espacio-tiempo. Un cuerpo en un punto espacio-tiempo diferente del del observador puede tener una velocidad mayor que c en el sistema de coordenadas del observador. Lo que tal cuerpo no puede hacer es adelantar a un fotón en su propia ubicación espacio-temporal.

Como dijo Lawrence Krauss: “Nada puede moverse a través del espacio más rápido que la luz. Al espacio no le importa. El espacio puede hacer lo que quiera ”. Básicamente, ningún objeto se mueve a través del espacio, sino que el espacio se expande. Puedes imaginarlo como puntos en la parte superior de un globo

A medida que el espacio se expande, las distancias entre las galaxias se hacen más grandes, pero las galaxias mismas no se mueven.

La constante universal c no es en absoluto un límite de velocidad “cósmico”. Al universo no le importa.

“C” como límite inalcanzable para la materia es una idea unida a la relatividad “especial”, útil y válida para la mayoría de lo que hacemos, pero simplemente errónea en cosmología. Bajo la relatividad general, es un límite solo localmente e incluso entonces solo para un marco de referencia que cae libremente en gravedad.

Donde los marcos de referencia pueden hacer lo que sea que necesitemos (es decir, en relatividad general, la velocidad inferida no está en absoluto limitada a la velocidad de la luz. El modelo estándar de cosmología, firmemente arraigado en la relatividad, hace que el universo se expanda, en promedio, a 21,000 kilómetros por segundo por billón de años luz de distancia de nosotros. Más allá de 14,3 billones de años luz (desplazamiento rojo z> 1,433) las galaxias se alejan de nosotros más rápido que la luz.

Z = 11, velocidad 675,000 km / s = 2.25 c

La galaxia GN-z11 [imagen del telescopio espacial Hubble, GOODS (Great Observatories Origins Deep Survey)] está a más de 32 mil millones de años luz de distancia y la velocidad del Hubble a 675,000 km / seg, mucho más del doble de la velocidad de la luz.

A pesar de la apariencia bastante roja de la imagen altamente desplazada hacia el rojo (z = 11), la galaxia está inundada de brillantes estrellas azules jóvenes (ahora con 13.400 millones de años).

Lo que es notable es que, incluso a grandes cambios rojos y velocidades que alcanzan más de tres veces la de la luz, vemos tales galaxias.

La luz galáctica tiene que haber sido emitida hace más de nueve mil millones de años, cuando nosotros y la galaxia estábamos separados por menos de 5.8 mil millones de años luz. Curiosamente, cuanto más antigua es la galaxia (y cuanto más tiempo ha tenido que alcanzarnos la luz), más cerca estaba inicialmente (y la lluvia de su luz, en promedio).

La luz que se fue “en nuestra dirección”, inicialmente se alejó de nosotros (al igual que su fuente). La única razón por la que lo vemos es que la “constante” del Hubble cambia con el tiempo, de modo que la distancia d del Hubble (a la cual Hd = c) supera la luz de retroceso cada vez más lenta.

Las galaxias mismas continúan alejándose de nosotros más rápido que la luz, como siempre lo han hecho.

En pocas palabras, c como límite se aplica a las cosas en el espacio, no al espacio en sí.

Compárelo con una banda elástica que estira (el universo)

Un pequeño caracol corre sobre la banda de goma (a la velocidad máxima del caracol c) desde su mano izquierda a su mano derecha.

Cuando el caracol esté a medio camino, estira la banda rápidamente. Ambas manos ahora se alejan del caracol a velocidades mucho más altas que la velocidad máxima del caracol c. (o eres un tirador muy lento).

Un caracol sentado en su mano izquierda seguramente verá que el caracol corriendo se está distanciando de él a velocidades superiores a la velocidad c del caracol, pero claramente el caracol en la banda nunca se movió más rápido que la velocidad máxima del caracol c en comparación con su punto en la banda de goma.

La única diferencia con el universo es que podemos ver la banda elástica, pero no un espacio de tela.

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