¿Cómo se relacionan las leyes de la física con la expansión del universo? Si el universo se expande más rápido que la velocidad de la luz, ¿cómo se aplican?

Pregunta originalmente respondida: ¿Cómo se relacionan las leyes de la física con la expansión del universo? Si el universo se expande más rápido que la velocidad de la luz, ¿cómo se aplican?


El malentendido más importante que se muestra en esta pregunta es la afirmación de que ” El universo se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz “.

La velocidad es una medida del cambio de ubicación con el tiempo. Se mide en unidades de distancia sobre unidades de tiempo, por ejemplo [math] \ frac {m} {s} [/ math].

Sin embargo, la expansión es un cambio en el factor de escala (una cantidad adimensional) a lo largo del tiempo y se mide en unidades de tiempo inverso, por ejemplo [matemática] \ frac {1} {s} [/ matemática].

Estas son dos cantidades completamente diferentes y no se pueden comparar entre sí . Eso sería como decir que mi masa es mayor que mi longitud. Si bien es puramente numéricamente cierto (soy [matemática] 1.78 \, m [/ matemática] alta y tengo una masa de [matemática] 67 \, kg [/ matemática]), ¡la comparación no tiene sentido!

Pon tu mano delante de tu cara. ¿Se está alejando de ti a velocidades superluminales? Yo creo que no. Esto refuta la idea de que todos los puntos en el espacio se alejan unos de otros más rápido que la luz, o, alternativamente, ¡esto demuestra que siempre te estás moviendo a velocidades superluminales en el espacio! Tu mano debe moverse tan rápido en el espacio para permanecer frente a tus ojos. Claramente esto no tiene sentido.


La tasa de expansión de nuestro universo se ha medido aproximadamente en [matemáticas] 68 \, \ frac {km} {s \ cdot Mpc} [/ matemáticas]. Eso es [matemática] 68 \, \ frac {km} {s} [/ matemática] por cada [matemática] Mpc [/ matemática] de separación.

Entonces, un punto a [matemática] 1 \, Mpc [/ matemática] (que está a unos 3.3 millones de años luz) de distancia de usted, retrocederá a [matemática] 68 \, \ frac {km} {s} [/ matemática], que claramente es mucho más lento que la velocidad de la luz!

Un punto en [math] 10 \, Mpc [/ math] retrocederá en [math] 680 \, \ frac {km} {s} [/ math], nuevamente mucho más lento que la velocidad de la luz.

Es solo a una distancia de aproximadamente 13 mil millones de años luz de usted que las velocidades de recesión alcanzan la velocidad de la luz. Entonces hay una esfera a tu alrededor de radio [matemática] 13 \, Gly [/ matemática]. Dentro de esa esfera, todo se aleja de ti a velocidades más lentas que la luz. Más allá de esa esfera, no puedes ver nada. La luz enviada desde distancias más grandes hacia usted no puede salvar la distancia entre usted y nunca la verá.

También es muy importante darse cuenta de que todo esto es desde su perspectiva. Otro observador en otra parte del universo presenciará exactamente lo mismo y tendrá su propia esfera. ¡Estas dos esferas no coinciden!

Voy a sacar el ejemplo del globo otra vez.

Imagine una hormiga que puede gatear a 1 cm / s a ​​su velocidad máxima. La hormiga puede gatear sobre un globo pero nunca se aleja de otra hormiga en el globo a más de 1 cm / s si la otra hormiga está parada.

Ahora imagine que el globo se infla para que todo el globo se haga más grande. Aunque las hormigas solo pueden viajar a 1 cm / s, pueden separarse entre sí más rápido que eso porque la superficie en la que se encuentran también se está expandiendo.

La velocidad máxima de la hormiga representa la velocidad máxima en el universo, la velocidad de la luz y el globo en expansión representa la expansión del universo. Nada localmente puede moverse más allá de la velocidad de la luz, pero la expansión del universo puede hacer que se separen más rápido de lo que puede viajar la luz entre ellos.

Lo tienes de atrás hacia adelante. El principio de invariancia de la ley física se aplica primero, no el último. No hay razón para hacer las cosas innecesariamente complejas. La expansión no es extrafísica, se acomoda fácilmente en el marco de la relatividad general. La expansión no es el mismo tipo de movimiento que la traducción física, por lo que no viola la velocidad de los límites de luz en las operaciones de traducción.

Según Einstein, la velocidad de la luz es un límite inmutable que no se puede superar. Eso parecería indicar que el universo NO se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz, aunque parece que lo está haciendo más rápido de lo que me importa conducir mi automóvil. Eso me satisface, así que no veo ningún conflicto entre esa velocidad y las leyes de la física.