¿Es cierto que la expansión del espacio es la velocidad más rápida conocida que conocemos?

La tasa de expansión del universo (la constante de Hubble) generalmente se da como aproximadamente 70 kilómetros / segundo / megaparsec. Ahora megaparsec es una unidad de distancia. Lo que este número expresa es que dos objetos que están separados por un megaparsec se alejan el uno del otro a una velocidad de 70 km / s. Los objetos que están separados por dos megaparsecs retroceden a 140 km / s. Y así.

Como dije, megaparsec es una unidad de longitud. Son aproximadamente 31 millones de billones (18 ceros) de kilómetros. Entonces, ¿qué sucede cuando divido 70 km / s por 31 millones de billones de km? Las unidades de km se cancelan (una en el numerador, una en el denominador) y obtengo 1 dividido por 440 mil billones de segundos. Convirtiendo segundos a años, es 1 dividido por aproximadamente 14 mil millones de años.

Ahora, no por casualidad, 14 mil millones de años es la edad conocida de nuestro universo. (El cálculo real es más complicado, ya que la “constante” del Hubble misma cambia con el tiempo, pero no es del todo una coincidencia que el número salga casi bien).

Entonces, la constante de Hubble está realmente más relacionada con la edad de nuestro universo, no con ninguna velocidad en particular.

Dicho esto … como resultado de la expansión, las cosas distantes se alejan de nosotros muy rápidamente. Lo más distante que podemos ver realmente es la radiación cósmica de fondo de microondas, o más bien, el gas caliente en el universo primitivo que emitió esta radiación. La luz de este gas caliente cambia de frecuencia en un factor de aproximadamente 1.100. Esto significa que este gas caliente se está alejando (o más bien) de nosotros a una velocidad que es solo unas pocas partes por millón por debajo de la velocidad de la luz.

Pero entonces … las partículas elementales en un acelerador de partículas son mucho más rápidas. Una vez que el Gran Colisionador de Hadrones alcance su energía de diseño de 7 TeV por protón, los protones se acercarán a 299792455 m / s, a solo 3 m / s (una parte en cien millones) por debajo de la velocidad de la luz. El predecesor del LHC, el LEP (el gran colisionador de electrones y positrones, que usaba el mismo túnel pero aceleraba electrones mucho más ligeros) tenía velocidades aún más altas, viajando a menos de un cm / s por debajo de la velocidad de la luz. Y finalmente, algunas partículas de rayos cósmicos superaron incluso este récord: la llamada Partícula Oh-My-God (una de las partículas de rayos cósmicos más poderosas jamás detectadas) viajó a 0.9999999999999999999999951 veces la velocidad de la luz, o aproximadamente 299792457.999 999 999 999 998 5 m / s. Eso es un poco más de 1 femtómetro / s menos que la velocidad de la luz. A esta velocidad, si tal partícula hubiera sido emitida por el mismo gas que es la fuente del fondo cósmico de microondas, durante su viaje de 14 mil millones de años, habría caído solo unos 650 metros detrás de los fotones emitidos al mismo tiempo por el mismo fuente; solo habría llegado unos dos milisegundos más tarde que el fotón correspondiente. Entonces, esta partícula es probablemente la cosa más rápida que hemos conocido hasta la fecha.

Finalmente, es cierto que puede haber partes distantes del universo que se alejan de nosotros más rápido que la velocidad de la luz. Sin embargo, precisamente porque estos bits se mueven más rápido que la velocidad de la luz, están ocultos para nosotros por una especie de horizonte de eventos. La pregunta era sobre cosas de las que estamos “conscientes” y, por definición, no podemos estar conscientes de las cosas que permanecen ocultas para siempre (solo podemos especular sobre su existencia).

La velocidad de la luz (299 792 458 metros por segundo) es la velocidad más alta conocida, así como la velocidad más alta permitida por la física (= la velocidad más alta que conocemos). Entonces, si el espacio “se expande a la velocidad de la luz”, entonces la respuesta a su pregunta es . En teoría, es verdad.

Sin embargo, la velocidad de “expansión espacial” teórica tiene más de lo que se ve a simple vista: la ” Variable de Hubble ” ( H 0) nos dice qué tan rápido se expande el espacio y su valor actual de “mejor ajuste” ( Bennett et al., 2014) es el no tan impresionante ≈ 2.27E-18 m / s (≈ 70 km / s / Mpc), pero el efecto acumulativo de ≈ 14 mil millones de años de expansión es que la “superficie virtual” de la ” Burbuja Hubble ” ( es decir, nuestro ” Universo Observable “) se aleja de nosotros a la velocidad de la luz. Lo que significa que c (velocidad de la luz, en m / s) dividido por H 0 (en m / s) produce el radio actual del “Universo Hubble” como c / H 0 ≈ 299 792 458 / 2.27E-18 ≈ 1.32E + 26 metros ≈ 13.97 Gly (mil millones de años luz), lo que significa que la “edad” actual del Universo ≈ 13.97 gigayears. ¡Matemáticas fáciles!

Entonces resulta que, si suponemos que comenzamos a 0 metros en el tiempo 0 (o más bien, una Longitud de Planck en un “golpe” de Planck Time ), y 13.97 mil millones de años después medimos que el radio del Universo “observable” es 13.97 mil millones de años luz, la única conclusión lógica es que el espacio (“el Universo”) se ha expandido a una velocidad (velocidad) 299 792 458 m / s, aunque el “espacio” a su alrededor (y a mí) solo se expande a una velocidad de 2.27 ¡E-18 m (≈ 2.3 am, aproximadamente 50 veces el “tamaño” de un electrón) por segundo! Aquí hay un gráfico de la expansión del universo “modelo estándar” a lo largo del tiempo (ambas escalas logarítmicas), que incluye la inflación cósmica “tipo Alan Guth ” (línea azul):


Nota al margen semántica: Técnicamente, la “velocidad” (una relación de distancia en el tiempo) no se mueve, es simplemente un número. Entonces, la velocidad de la luz es la velocidad más alta conocida (no la velocidad conocida “más rápida”). Cualquier cosa puede moverse “más rápido que la velocidad de la luz”, porque la velocidad no se mueve en absoluto (la luz sí lo hace).

La velocidad es la distancia dividida por el tiempo. Debido a que en el universo en expansión la distancia cambia constantemente (se hace más grande) es difícil hablar de velocidades cósmicas. Algo que viajó 1 año luz en 5 años de repente se encuentra a 3 años luz de distancia de su origen, no 1 año luz, porque mientras tanto 1 año luz se ha expandido para convertirse en 3 años luz, por lo que su velocidad parece haber sido 3/5 en lugar de 1/5 (olvídate de las unidades y magnitudes, no son realistas, solo para ilustrar el principio). La velocidad se estira por la expansión cósmica.

Entonces, si pensamos o miramos, digamos, 2 galaxias lejanas que se alejan unas de otras a 0.8 la velocidad de la luz, la expansión del universo lo convertirá en significado de que se mueven unas de otras al decir (por ejemplo, nuevamente no ‘ No piense en las cifras, es solo el principio) 1.5 veces la velocidad de la luz.

No se mueven más rápido que la velocidad de la luz en su propio entorno espacial, es solo que el espacio entre ellos se hace más grande mientras se mueven, por lo tanto, calculan una velocidad mayor.

Desde este punto de vista, la velocidad más rápida concebible sería la velocidad de la luz en el espacio que se expande más rápidamente.

Suponiendo que el espacio-tiempo se expandió varias veces más rápido que la velocidad de la luz justo después del Big Bang, toda la materia que se creó después en el universo primitivo también debe haber viajado casi tan rápido. Esto contradice la relatividad de Einstein ya que nada puede viajar más rápido que la luz. Demasiadas teorías complejas intervienen para explicar el universo primitivo y su expansión.

Si desechamos todos los eventos especulativos u ocultos en el universo porque no podemos cuantificar lo que no podemos ver, entonces la luz es lo más rápido que podemos ver. Como Víctor dijo tan elocuentemente, todo lo demás se queda corto, incluso si es solo por la cantidad más pequeña.

Ciertamente no puedo mejorar la respuesta de Viktor, pero agregaría:
Parece que algunas galaxias se están separando más rápido que c.

Ciertamente, la distancia entre ellos aumenta en esa cantidad, pero de hecho ninguna de esas galaxias se está moviendo (excepto en una forma gravitacional local).

Todas las galaxias permanecen quietas, pero el espacio entre ellas se está haciendo más grande.

Falso, ya que las unidades no coinciden (velocidad / longitud no es velocidad)