Si el espacio se expande más rápido que la luz, ¿eso significa que tendremos que viajar más rápido que la expansión del espacio para llegar a otras galaxias?

Bien, antes que nada, aclaremos algunas cosas.

“El espacio se expande más rápido que la velocidad de la luz” … en realidad no. Por ejemplo, el espacio entre la galaxia de Andrómeda y la Vía Láctea se está expandiendo a una velocidad de alrededor de 50 km / s … una fracción muy pequeña de la velocidad de la luz.

Y realmente no es muy significativo hablar de la velocidad de expansión … porque esa velocidad depende de la distancia entre las cosas.

Es por eso que la tasa de expansión se especifica como aproximadamente 70 km / s / Mpc. Es decir, 70 kilómetros por segundo (una velocidad) por megaparsec .

Entonces, dos objetos que son un megaparsec (aproximadamente 3 millones de años luz) separados, ambos localmente en reposo con respecto al fondo cósmico de microondas, tendrían una distancia entre ellos que aumentaría en 70 km por segundo.

Dos objetos que son, digamos, un gigaparsec (1,000 Mpc) el uno del otro … ahora parece que retroceden unos de otros a 70,000 km / s, que es una fracción respetable de la velocidad de la luz. ¡Ahora estamos llegando a alguna parte!

Y es lógico, dado que supuestamente vivimos en un universo espacialmente infinito, que hay galaxias, digamos, 100 gigaparsecs desde aquí. Y aquellos se alejarían de nosotros a 7,000,000 km / s, más de veinte veces la velocidad de la luz.

Pero aquí está la cosa … no vemos esas galaxias. Están demasiado lejos y el universo es demasiado joven. La luz nunca nos alcanzó desde allí. Y puede que nunca lo haga.

Para ser más precisos … mire la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB). ¿Que ves? Gas resplandeciente. Y mira el CMB nuevamente mañana, en la misma dirección. Una vez más, ves un gas brillante. Pero ya no es el mismo parche de gas; Es un parche de gas un poco más lejos. Mientras tanto, el parche de gas que parecía brillar ayer parece haberse enfriado un poco más, dejó de brillar y se volvió transparente.

Si continuara monitoreando ese mismo parche de gas, durante millones de años, vería cómo se enfría, se expande, pero parte de él que era un poco más denso que otras partes puede comenzar a contraerse y finalmente colapsar en estrellas y protogalaxias. Y recuerda, estás viendo el pasado lejano. Ese mismo parche de gas que estás viendo probablemente se convirtió en galaxias maduras hoy.

En un universo en el que la tasa de expansión se ralentiza, en última instancia, verás que se desarrolla. Es posible que tenga que controlar ese parche de gas durante incontables miles de millones de años, pero lo vería evolucionar en galaxias maduras, en estrellas de primera, segunda y tercera generación, tal vez incluso en otra civilización en alguna parte.

Pero en un universo con expansión acelerada, eso no sucederá. Ese parche de gas parecerá retroceder cada vez más rápido. Lo que significa que la luz proveniente de ella se reducirá en frecuencia (desplazamiento al rojo) y las cosas parecerán más lentas. Eventualmente, el parche de gas desaparecerá lentamente de la vista, sin llegar al punto en que evolucionaría en galaxias. Entonces, el futuro de ese parche de gas permanece oculto para siempre por un “horizonte cosmológico”. No muy diferente del horizonte de eventos de los agujeros negros, con una diferencia crucial: el horizonte de eventos del agujero negro es el mismo para todos los observadores, sin embargo, este horizonte cosmológico depende de la ubicación y la velocidad del observador.

Pero la conclusión, y la respuesta a su pregunta, es que en un universo que se expande a un ritmo acelerado, la mayor parte de ese universo permanecerá inaccesible para nosotros. Estos son lugares que nunca podemos observar, ver desde lejos o visitar. Permanecen para siempre más allá de nuestro horizonte cosmológico.

Hay un “vacío de velocidad de la luz” que permite que las distancias cambien a velocidades arbitrariamente altas, incluso excediendo la velocidad de la luz. Sea D el cambio de distancia entre usted y algún objeto en el tiempo T. Entonces D / T puede ser mucho mayor que la velocidad de la luz c. Esto no requiere que ningún objeto se mueva; simplemente requiere que la cantidad de espacio entre ellos cambie rápidamente. Eso está permitido por la teoría general de la relatividad.

En mi nuevo libro Now: The Physics of Time, acuño el término “escapatoria de velocidad de la luz” para referirme a este fenómeno de cambio de distancia superluminal. El ejemplo más exótico de esto es viajar a través de agujeros de gusano, como lo postula Kip Thorne, pero hay formas mucho más simples de lograrlo. Aquí hay una cita de mi libro:

——— cita de Now: The Physics of Time——

Imagina que tú y yo estamos a unos metros de distancia, en el espacio, nada más alrededor. Supongamos que nuestros cuadros adecuados son idénticos, de modo que en ese cuadro ambos estamos en reposo. Ahora, obtenga un pequeño agujero negro primordial (completamente formado), tal vez uno que pese solo unas pocas libras. Ponlo justo entre tú y yo. La atracción gravitacional del agujero negro no es mayor que la de cualquier otro objeto con la misma masa, por lo que no sentimos fuerzas inusuales. Cuando el agujero negro está en su lugar, la distancia en línea recta entre usted y yo se vuelve infinita. Puedes ver esto en el diagrama de agujeros negros. La distancia entre nosotros ha cambiado. Sin embargo, nuestras ubicaciones no lo han hecho.

¿Nos hemos “movido”? No. ¿Ha cambiado la distancia entre tú y yo? Si. Enormemente. El espacio es fluido y flexible. Se puede comprimir y estirar. Se puede mover fácilmente una concentración infinita de espacio, ya que puede ser ligera en masa. Eso significa que las distancias entre objetos pueden cambiar a velocidades arbitrariamente rápidas, incluso años luz por segundo, o más rápido. Es como si te estuvieras moviendo a gran velocidad, aunque, de hecho, no te estás moviendo en absoluto.

——— fin de la cita de Ahora: La Física del Tiempo——

Además, no necesita objetos que viajen más rápido que la luz para que no se puedan alcanzar. Enciende tu linterna y envía un fotón al infinito. (Apunte entre las estrellas y las galaxias). Nunca puede alcanzar ese fotón. En lo que a usted respecta, siempre y cuando no golpee nada, está fuera de su universo observable.

Para poner esta pregunta en contexto, apenas tenemos la tecnología para viajar a la Luna, por lo que preocuparnos por viajar a la estrella más cercana, y mucho menos a la galaxia más cercana, no es una pregunta real, pero ese no es el punto.

La respuesta a esta pregunta depende de la naturaleza de Dark Energy. Si Dark Energy está causando la aceleración de la expansión del Universo, ¿cuál es el impacto en alguien o algo que viaja a través del espacio intergaláctico? Si el espacio intergaláctico en sí mismo se está acelerando en su expansión, ¿nosotros, como viajeros en ese espacio, también se aceleraríamos? Entonces, si estamos viajando bajo el poder de nuestro cohete (o cualquier sistema de propulsión que estemos usando) a través del espacio, y la expansión acelerada del espacio ya es por definición (si nuestra definición de Energía Oscura es correcta) transportándonos, entonces viajaríamos más rápido que la expansión del espacio.

La velocidad de la expansión del espacio no está limitada por la relatividad.

Sí, tarde o temprano la expansión del universo superará la velocidad de la luz y las galaxias lejanas estarán fuera de su alcance. Sin embargo, las galaxias cercanas en nuestro grupo local aún estarán al alcance, ya que la gravedad las acerca cada vez más, por ejemplo, la galaxia de Andrómeda y la Vía Láctea.

Así que no te preocupes, dado que podemos avanzar lo suficiente como civilización, ¡todavía tenemos la oportunidad de ser viajeros intergalácticos!

Tenga en cuenta la respuesta evasiva de Toth. Si el universo se está expandiendo, entonces hay una velocidad absoluta por la cual lo hace, es decir, el borde de ataque se movería una cierta distancia más por unidad de tiempo dada. Una cierta cantidad de kilómetros por segundo dicen.

Algunos físicos dicen que esto está sucediendo a una velocidad mayor que la de la luz, si esto es cierto, se rompería el principio de la física física en funcionamiento ahora, ya que el universo se expandiría a la velocidad de la luz tanto hacia la derecha como hacia la izquierda (y arriba / abajo) etc.) Esto significaría que los datos empirales prueban que el límite de velocidad impuesto por Einstein y los aduladores se rompería. Esa es también la razón por la que solo obtendrá respuestas vagas del físico sobre esta pregunta.

En cambio, vale la pena considerar si los instrumentos y las medidas que usamos para determinar la expansión son confiables y si las personas que los hacen tienen la objetividad y la verdad más importantes en sus mentes.

La respuesta corta es sí. Dado que el espacio parece estar expandiéndose, hay una distancia desde la Tierra en la que un punto en el espacio se está expandiendo lejos de nosotros de una manera que haría imposible llegar allí si estamos limitados a la velocidad de la luz. Me gusta pensar en esto como un horizonte de eventos delimitador. No podemos ver más allá de esta distancia porque la luz (información) proveniente de esta distancia nunca nos alcanzará.

Comenzaste con una entrada incorrecta. La expansión no es una velocidad. es una velocidad / m, es decir, la unidad es 1 / hora.

Obtiene una velocidad multiplicando el factor de expansión por la distancia a la que sabe qué tan rápido está huyendo.

Obtendrá velocidad de la luz para cosas que están muy, muy, muy lejos, en el horizonte de nuestro Universo.
Miles de millones de galaxias están “cerca” por este criterio.
(No los verías si no fuera el caso).