Una excelente pregunta! En términos generales, la respuesta es que la luz solo viaja a través del espacio a la velocidad de la luz. El espacio mismo puede transportar luz a cualquier velocidad.
Puede pensarlo de la siguiente manera: suponga que tiene una banda elástica entre sus manos, que actualmente tiene 2 pulgadas de largo, pero que puede estirarse indefinidamente. Eso representará el universo.
En un extremo, digamos, en el extremo izquierdo, hay una hormiga. Esta hormiga representa la luz. Se arrastrará de izquierda a derecha, y su objetivo es alcanzar el extremo derecho de la banda elástica, pero puede arrastrarse a solo 1 pulgada por segundo, de acuerdo con la Teoría especial de la relatividad. El problema es que al final de cada segundo, la banda elástica se estira otras 2 pulgadas. Al menos, eso es lo que nos dice la teoría de la Big Band.
Así que veamos de dónde saca la hormiga. Al final del primer segundo, la hormiga llega al punto medio de la banda de goma de 2 pulgadas, pero luego la banda de goma se estira de 2 pulgadas a 4 pulgadas. Debido a que la banda elástica estira la hormiga, todavía está en el punto medio de la banda elástica, pero ahora eso es 2 pulgadas del camino a lo largo de la banda elástica de 4 pulgadas.
Puede parecer que la hormiga no ha progresado: comenzó a 2 pulgadas de distancia y terminó a 2 pulgadas de distancia, pero veremos que eso no es así.
Sigamos más a la hormiga. Va otra pulgada en el segundo giro, por lo que ahora está a 3 pulgadas de la izquierda, o 3/4 del camino. Ahora la banda elástica se estira nuevamente, hasta una longitud total de 6 pulgadas. Pero la hormiga todavía está a 3/4 del camino; ahora, está a 4–1 / 2 pulgadas de la izquierda.
En el tercer giro, la hormiga se arrastra otra pulgada, a 5–1 / 2 pulgadas a través de la banda de goma de 6 pulgadas. Proporcionalmente, son 11/12 del camino hasta allí. ¡Casi! Pero antes de que pueda llegar allí, la banda elástica se estira una vez más, a 8 pulgadas de largo. La banda de goma lleva la hormiga a 7-1 / 3 pulgadas de ancho.
Dado que la hormiga ahora está a solo 2/3 de pulgada de distancia, se arrastra por toda la banda de goma, llegando al extremo derecho antes de que hayan transcurrido cuatro segundos.
Ahora, aquí está el punto principal: en ningún momento la hormiga se arrastró a una velocidad superior a 1 pulgada por segundo. Sin embargo, atravesó una distancia que ahora se mide en 8 pulgadas, y lo hizo en mucho menos de 8 segundos; de hecho, lo hizo en menos de 4 segundos. Fue capaz de hacer eso porque la banda elástica lo llevó durante el viaje durante gran parte de esa distancia de 8 pulgadas.
Es tentador decir que eso es una especie de trampa, la hormiga realmente no gateó la mayor parte de esa distancia de 8 pulgadas, excepto que de hecho eso es algo que está sucediendo con el universo. Tampoco el hecho de que diferentes partes de la banda elástica se estiren a más de una pulgada por segundo (el límite de velocidad impuesto por la Teoría Especial de la Relatividad) representa algún tipo de ruptura de reglas, porque ese límite de velocidad, desarrollado por antrofísicos, solo se aplica a la velocidad de las hormigas que se mueven sobre bandas de goma, no a las mismas bandas de goma.
Las diferencias fundamentales entre el mundo de las hormigas y el universo son que
- La hormiga solo viaja a 1 pulgada por segundo, mientras que la luz viaja a unos 300,000 kilómetros por segundo. La expansión del universo también es a mayor escala: cada segundo, cualquier cosa que esté a mil millones de años luz de distancia se aleja en unos 20,000 kilómetros.
- El recorrido ligero y la expansión universal no “se turnan” como lo hicieron la hormiga y la banda elástica; eso fue algo que hice para que el concepto fuera un poco más fácil de seguir. Ambos se mueven al mismo tiempo, y tenemos que usar el cálculo para descubrir cómo funciona.
- La banda de goma se expande a una velocidad constante. El universo no hace eso. Comenzó a una tasa de expansión particular; luego se desaceleró, ya que la gravedad colectiva de los objetos en el universo desaceleró esa expansión; pero luego, sorprendentemente, parece que se aceleró nuevamente.
A pesar de todas estas arrugas adicionales, la metáfora básica de la hormiga y la banda elástica (creo que puedes encontrarla en Esopo, originalmente *) aún se mantiene. Y algo así como un modelo matemático de cómo el universo realmente se extiende con el tiempo permite a los astrofísicos decir que la distancia actual de los objetos más antiguos cuya luz ha tenido tiempo de alcanzarnos en la vida útil de 13.8 mil millones de años del universo es más como 46 mil millones de luz. años. No conozco la barra de error en ese número, pero probablemente no esté desactivada por un factor de 2.
*No claro que no.