Los cosmólogos nos dicen que el universo se ha expandido desde el Big Bang, pero la Tierra no se está alejando del Sol. ¿Porqué es eso?

Esto resulta no ser el caso. La Tierra se aleja del Sol muy, muy lentamente, a unos 15 centímetros por año.

Esto no se debe principalmente a la expansión del espacio. También se debe a que el Sol está perdiendo masa continuamente al fusionar hidrógeno con helio, y al expulsar el viento solar y las eyecciones de masa coronal. Además, la Tierra y otros planetas aumentan las mareas en el Sol, lo que ralentiza la rotación del Sol muy, muy ligeramente, y aumenta las distancias a los planetas.

¿Por qué la Tierra se aleja del sol?

La Luna se aleja de la Tierra unos 4 cm al año debido a las mareas Tierra-Luna. Podemos medir ese cambio utilizando retroreflectores colocados en la Luna por astronautas y sondas de robot. Brillamos pulsos láser extremadamente cortos a través de telescopios, lo que reduce sus rayos, y unos segundos después podemos recoger algunos fotones que regresan de los reflectores a través de esos mismos telescopios y medir el tiempo de viaje de la luz.

Imagina que estás parado en un campo grande en un día ventoso. Tu hijo te pregunta de repente: “¿Por qué el viento no nos separa como todas estas hojas?” Tu sabes la respuesta. Se necesitaría una tormenta muy fuerte para derribarte.

La expansión del universo es una fuerza muy débil. Pero sobre distancias astronómicas, operando en un espacio vacío puede acumularse. Coloque cualquier objeto con masa en el espacio vacío, la fuerza de la gravedad será mucho más fuerte que la expansión del espacio. El Sol, la galaxia en su conjunto crea un campo gravitacional demasiado fuerte. Pero lejos, en el espacio vacío, no hay nada que detenga la expansión. Hay mucho más espacio vacío en el universo que las galaxias. El universo no contiene suficiente materia para detener la expansión a gran escala, solo cerca de galaxias.

Podrías hacer mejores preguntas … ¿Por qué no nos estamos expandiendo? 😉

La expansión del universo se debe a algo que aún no conocemos. Pero especulamos una especie de repulsión creada por el espacio y la llamamos energía oscura.

Ahora solo te afectaría esta energía oscura si fuera una fuerza dominante

Piensa en ello de esta manera. Supongamos que usted y su amigo están conectados por una cuerda, y el suelo debajo de usted se estaba expandiendo. ¿Se separarían unos de otros?
No cierto? El suelo simplemente se deslizaría junto a ti Porque la cuerda los mantiene unidos

Del mismo modo, a menor escala, las fuerzas electromagnéticas actúan como esa cuerda que nos mantiene unidos

Incluso a escalas astronómicas, la gravedad actúa como esa cuerda que nos mantiene unidos … Por ejemplo, la vía láctea y Andrómeda no se ven afectadas por la expansión … Todavía se mueven entre sí debido a la gravedad

Sin embargo, si considera faaaaar distancias suficientes, entonces sería como si usted y su amigo estuvieran conectados por un resbaladizo … A medida que el suelo se expande debajo de usted, el resbaladizo intenta mantenerlos juntos, pero el terreno comienza a ganar y hacer que la analogía sea correcta. necesitaría un slinky cuya fuerza se vuelva más y más patética cuanto más se estire (lo que es opuesto a nuestro slinky regular … Pero no se me ocurrió nada más)

Entonces, ¿por qué la cuerda se volvió resbaladiza a grandes distancias? Porque la gravedad comienza a debilitarse cada vez más a grandes distancias y luego el efecto de la expansión del universo se siente realmente

La gravedad es más fuerte que la fuerza que separa al universo. Entonces los objetos y las colecciones de objetos permanecen juntos.

La física de los minutos tiene una bonita ilustración:
¿Nos expandimos con el universo?

La tasa actual de expansión del universo es de aproximadamente 75 km / s por megaparsec, lo que equivale a aproximadamente un metro por segundo por 40 años luz. El Sol está a unos 500 segundos luz de la Tierra, por lo que la tasa de expansión para esta distancia es de aproximadamente 12 metros por año (más de 150 millones de kilómetros).

Durante la vida útil del Sistema Solar, incluso esta pequeña tasa de expansión podría contribuir con el 40% de la distancia del Sol a la Tierra, PERO se cree que a nivel local (dentro de una galaxia o incluso más grande) las otras fuerzas de la naturaleza ( gravedad, electromagnetismo, nuclear) abruman la tendencia del espacio a expandirse. Como resultado, las distancias locales y todos los procesos atómicos y moleculares siguen siendo los mismos.

Nuestro sistema solar se formó hace unos 4.600 millones de años. En ese momento, la inflación rápida muy temprana del espacio había terminado hace mucho. Desde que se formó nuestro sistema, la tasa de expansión del espacio ha sido de aproximadamente 68 km / s por Mpc, según lo medido más recientemente por el telescopio espacial Planck. Un Mcp mide aproximadamente 3 x 10 ^ 22 m. La distancia del sol a la Tierra es de 1.5 x 10 ^ 11 m. Eso significa que la tasa de expansión del espacio entre la Tierra y el Sol es actualmente de 3.4 x 10 ^ -7 m / s. Esta tasa no es observable, y la interacción gravitacional entre el sol y la Tierra abruma cualquier cosa tan pequeña.

Sin embargo, dos grupos descubrieron en 1998 que la tasa de expansión del universo está aumentando. Si esto continúa, en cientos de miles de millones a muchos billones de años, la tasa de expansión primero será lo suficientemente grande como para expandir las galaxias y luego mover los planetas más lejos de sus estrellas y luego separar estrellas y planetas, etc. Por otra parte, es probable que ninguna de esas cosas exista por otras razones en ese momento, y simplemente no nos importará mucho.

Bueno, no es cierto decir que la distancia de la tierra al sol o la distancia de la tierra a la luna nunca cambia, pero las cantidades por las que cambian son increíblemente pequeñas en relación con la escala de la que estamos hablando.

Sin embargo, el punto más importante a entender es que el hecho de que el universo mismo se está expandiendo no necesariamente afecta la relación posicional entre el sol y la tierra. La tierra está unida por la gravedad del sol, lo que significa que nos estamos moviendo más o menos con ella.

Usemos una analogía. Imagine que está en una gran multitud con su hijo, quien a su vez trajo su juguete favorito. La multitud se mueve en todas las direcciones y se expande sobre un área más grande, pero mantiene a su hijo cerca de usted porque no quiere separarse. Su hijo, asimismo, mantiene su juguete cerca, temeroso de la separación. Es como si fueras el sol, y tu gravedad está manteniendo cerca a la tierra (tu hijo), cuya gravedad a su vez mantiene a la luna (su juguete) cerca. La multitud todavía se está moviendo hacia afuera en todas las direcciones, expandiéndose en un espacio más grande, pero el sistema de padres e hijos se mantiene bastante constante.

Digamos que usted y un amigo están patinando sobre hielo en un lago helado. Para divertirse, toma una cuerda y cada uno de ustedes ata un extremo alrededor de su cintura y comienza a patinar en un gran círculo, tirando de la cuerda con fuerza. Si llega un fuerte viento y comienza a empujarlo a través del hielo, continuará girando en círculo mientras lo empujan lejos de su punto de partida. Esto es similar a la forma en que la gravedad (la cuerda) mantiene las cosas juntas, mientras que el Big Bang (el viento) las empuja.