¿A qué velocidad se está expandiendo el universo? ¿Es más rápido o más lento que la velocidad de la luz?

Se cree que la tasa actual de expansión del universo se trata de

[matemáticas] 70 [/ matemáticas] km / s por mega Parsec

Un megaparsec es una unidad de distancia aproximadamente igual a tres millones de años luz.

Esta velocidad no es una velocidad, es una velocidad por distancia, por lo que no se puede comparar con una velocidad (como la de la luz). Las unidades SI son en realidad tiempo inverso, o por segundo, ya que las distancias se cancelan.

Podemos decir que dos objetos separados por un megaparsec (aproximadamente la distancia entre la Vía Láctea y las galaxias de Andrómeda) se separarían aún más a una velocidad de 70 km / s debido a la expansión del espacio. Como sucede, estos dos objetos particulares se acercan más rápido que eso (a unos 300 km / s) debido a la gravedad y se fusionarán en una vasta danza cósmica en unos cuatro mil millones de años.

Los objetos separados por más de cuatro mil megaparsecs (unos 12 mil millones de años luz) se separan aún más a una velocidad superior a la de la luz: este radio nos da el volumen del Hubble. El universo observable actual tiene aproximadamente 93 mil millones de años luz de diámetro, por lo que la mayor parte se está separando de nosotros más rápido que la velocidad de la luz.

Todavía podemos ver objetos más allá del Volumen del Hubble por dos razones:

  1. El objeto puede haber estado dentro del volumen del Hubble cuando se emitió la luz; y
  2. El tamaño del volumen del Hubble depende de la velocidad de expansión, que es una función del tiempo.

La línea mundial de la luz que nos alcanza es, por lo tanto, una integral complicada de su velocidad peculiar constante sobre su ubicación, la velocidad de expansión y el tiempo. [Gracias a Giacomo Baso por su comentario y referencia a un documento que dejó en claro estos detalles. ¡Mira ese papel si quieres los detalles!]

La tasa de expansión aumenta lentamente y, con el tiempo, los objetos distantes se moverán más allá del horizonte de eventos. Este es un horizonte de eventos diferente al de un Agujero Negro: se define como la superficie desde la cual la luz emitida no nos alcanzaría incluso en un tiempo infinito. Depende de la evolución futura de la tasa de expansión del universo y es, por lo general, más distante que la Esfera de Hubble.

Más allá del horizonte de eventos, los objetos no serán observables de ninguna manera y habrán abandonado efectivamente nuestro universo. Se cree que esto eventualmente sucederá a todos los objetos en el universo más allá de nuestro Grupo Local de galaxias y, dependiendo de los detalles desconocidos de la evolución a largo plazo de la Energía Oscura, incluso puede conducir a un Gran Desgarro en el que toda la materia se desgarra 🙁

El universo se está expandiendo con un parámetro de Hubble de
[matemáticas] H_0 \ aproximadamente 70 km / s / Mpc. [/ matemáticas]
Estas son las unidades que los astrónomos usan con mayor frecuencia para indicar esta cantidad.
Para determinar qué tan rápida es la velocidad de recesión aparente de un objeto debido a la expansión del universo, use la “ley de Hubble”:
[matemáticas] v = Hd, [/ matemáticas]
donde [math] d [/ math] es solo la distancia a ese objeto.

Tenga en cuenta que esta “ley” solo funciona para objetos que están lo suficientemente lejos como para que la expansión sea importante en comparación con el movimiento adecuado (por ejemplo, fuera del grupo local, unos pocos [math] Mpc [/ math]) pero lo suficientemente cerca como para 1) la aproximación lineal a la ley de Hubble es válida y 2) no importa qué medida de distancia haya utilizado (todas coinciden en el límite de distancia pequeña).

Como ejemplo, considere el grupo Coma, que está aproximadamente [matemática] a 100 Mpc [/ matemática] de distancia. La velocidad de recesión aparente debido a la expansión será
[matemáticas] v \ aproximadamente 70 km / s / Mpc * 100 Mpc \ aproximadamente 7 000 km / s. [/ matemáticas]

[1] [matemáticas] 1 Mpc \ aprox 3 * 10 ^ {22} m [/ matemáticas]

Como una adición a la excelente respuesta de Leo C. Stein, simplemente agregaría esto:

El desplazamiento al rojo cosmológico NO es lo mismo que un desplazamiento Doppler debido a una velocidad relativa entre la fuente de luz y el detector de luz (nosotros). La razón del desplazamiento al rojo cosmológico es porque el universo se está expandiendo. Eso significa que hay un factor de escala, generalmente escrito como “a (t)”, que esencialmente es un factor de escala que cambia todas las longitudes de los sistemas de coordenadas en el universo por un factor que aumenta con el tiempo. La luz tiene una longitud de onda, que es esencialmente una longitud del sistema de coordenadas, por lo tanto, esta longitud se ve afectada por cualquier cambio de factor de escala para el universo.

El desplazamiento al rojo cosmológico se debe únicamente al aumento del factor de escala del universo en función del tiempo. Por lo tanto, cuando la luz fue emitida hace mucho tiempo por una fuente de luz que está muy lejos, el cambio en el factor de escala del universo entre el momento en que se emitió la luz y cuando se detectó hace que la longitud de onda sea mayor en la proporción de esos dos valores de factor de escala:

[matemática] a (t_ {AHORA}) / a (t_ {LUZ EMITIDA}) [/ matemática]

Esta relación y el corrimiento al rojo cosmológico llega al infinito a medida que el tiempo en que se emite la luz se acerca al momento del Big Bang, ya que el factor de escala, a (t), llega a cero en el momento del Big Bang. Por lo tanto, no hay velocidad entre la fuente y el detector, por lo tanto, no hay desplazamiento Doppler, el desplazamiento al rojo cosmológico solo es causado por el factor de escala cambiante del universo. La fuente es y siempre fue estacionaria con respecto a nosotros en todo momento.

Quizás se pregunte si todo aumenta a medida que aumenta el factor de escala. La respuesta es no. Los sistemas unidos gravitacionalmente, como los sistemas solares y las galaxias, no participan en el aumento del factor de escala en el espacio-tiempo. Del mismo modo, los sistemas vinculados electromagnéticamente, como las reglas y los objetos, no aumentan de tamaño. Es por eso que podemos medir el aumento: si todas las reglas, los objetos y el sistema gravitacional aumentaran de tamaño con el factor de escala, sería imposible detectar el cambio del factor de escala. Sin embargo, las ondas electromagnéticas (fotones) no son sistemas vinculados: la longitud de onda se define esencialmente por la distancia entre los puntos en el espacio donde el campo eléctrico de la onda pasa por cero, por lo que a medida que el factor de escala del universo cambia, la longitud de onda cambia.

La expansión del Universo se describe mediante las ecuaciones de Friedmann. El factor de escala, [matemática] a [/ matemática], que aparece en estas ecuaciones, es una medida de la escala (lineal) del Universo, en relación con el valor de referencia de [matemática] a = 1 [/ matemática] hoy.

La ” velocidad ” de la expansión a menudo se describe en términos de la constante de Hubble, que actualmente tiene un valor de aproximadamente

[matemáticas] H_0 \ aprox 68 [/ matemáticas] km / s / Mpc,

lo que significa que la expansión está causando que la distancia a un objeto que está actualmente a un megaparsec de nosotros aumente a una velocidad de 68 km / s. Algo dos veces más lejos tendrá una distancia que aumenta al doble de la velocidad, y así sucesivamente.

La ” aceleración ” de la expansión viene dada (nuevamente de las ecuaciones de Friedmann) por

[matemáticas] \ frac {\ ddot a} {a} = H ^ 2 + \ dot H [/ matemáticas]

donde los puntos excesivos, como de costumbre, indican derivadas del tiempo. En un universo dominado por la materia y la energía oscura (como la nuestra actualmente), y configurando [math] a = 1 [/ math] (actual), podemos escribir esto como

[matemáticas] \ ddot a = (1 – \ tfrac {3} {2} \ Omega_m) H_0 ^ 2 [/ matemáticas]

donde [matemáticas] \ Omega_m \ aproximadamente 0.31 [/ matemáticas] es la densidad de materia del Universo (en unidades de la llamada “densidad crítica”). Esto da

[matemáticas] \ ddot a \ aproximadamente 2500 \ text {(km / s / Mpc)} ^ 2 [/ matemáticas]

o, en unidades ligeramente mejores,

[matemáticas] \ ddot a \ aprox 8 \ veces 10 ^ {- 14} \ text {m / s} ^ 2 \ text {/ Mpc} [/ math].

Esto significa que la aceleración (aparente) lejos de nosotros, debido a la expansión, de un objeto a un megaparsec de distancia, es inferior a una billonésima parte de un metro por segundo al cuadrado (y, nuevamente, se escala con la distancia). Es por eso que la aceleración solo se puede medir en distancias extremas y períodos de tiempo muy largos.

También vale la pena señalar que la velocidad y la aceleración no son constantes ; Lo que he dado son los valores en la actualidad.

Cuando decimos que el universo se expande, queremos decir que todas las distancias en el universo se hacen más grandes con el tiempo. Además, todos se hacen más grandes al mismo ritmo , en todas partes del universo. Podemos medir esta tasa de expansión del espacio preguntándonos: “¿Cuánto tiempo pasará hasta que todas las distancias sean dos veces más largas?”.

La respuesta resulta ser un poco complicada. Sin embargo, si hacemos algunas suposiciones simplificadoras, lo más importante es que un parámetro llamado parámetro de Hubble es constante y permanecerá constante para siempre, podemos obtener la siguiente respuesta:

Al ritmo actual de expansión, las distancias en el universo se duplicarán en aproximadamente 9 mil millones de años.

El universo mismo se volverá 8 veces más grande, porque es tridimensional, y cada dimensión se volverá 2 veces más grande. [matemáticas] 2 ^ 3 = 8 [/ matemáticas].

Tenga en cuenta que esto significa que cuanto más lejos esté una galaxia de nosotros, más rápido parecerá moverse. ¿Por qué? Veamos:

  • Una galaxia que está a 1 millón de años luz de nosotros ahora estará a 2 millones de años luz de nosotros en 9 mil millones de años. Por lo tanto, parecería moverse 1 millón de años luz durante ese tiempo.
  • Otra galaxia, que ahora está a 2 millones de años luz de nosotros, estará a 4 millones de años luz de nosotros en 9 mil millones de años. Entonces parecería moverse 2 millones de años luz durante ese mismo tiempo.
  • Sin embargo, otra galaxia, que ahora está a 4 millones de años luz de nosotros, estará a 8 millones de años luz de nosotros en 9 mil millones de años. ¡Entonces parecería moverse 4 millones de años luz durante la misma cantidad de tiempo que los otros dos!

Esta observación, que las galaxias más alejadas se mueven más rápido de nosotros, se llama ley de Hubble .

Por supuesto, en los ejemplos simples que di arriba no tomé en cuenta que las galaxias, de hecho, ya se están moviendo. Sin embargo, sus velocidades a distancias tan cortas son lo suficientemente pequeñas como para que no importe.

¿Qué pasa con la relación con la velocidad de la luz? Bueno, todas las galaxias que actualmente están a menos de aproximadamente 14 mil millones de años luz de nosotros se mueven más lentamente que la luz con respecto a nosotros.

Sin embargo, la ley de Hubble dice que las galaxias más alejadas se mueven más rápido, por lo que las galaxias que están actualmente a más de 14 mil millones de años luz de nosotros se mueven más rápido que la luz con respecto a nosotros.

¿Hay una contradicción con la relatividad aquí? No, porque nada se mueve más rápido que la luz. Aquí hay un “vacío” que proviene del hecho de que la velocidad es algo que se mide en relación con el espacio, pero en este caso el espacio en sí mismo se está expandiendo, por lo que las velocidades ya no son significativas.

Es como estar parado en una acera en movimiento (generalmente se encuentra en los aeropuertos). Puede estar perfectamente quieto y no moverse en absoluto con respecto a la acera en movimiento, pero la acera en sí misma todavía se está moviendo.

En conclusión: el espacio se expande a un ritmo constante, no a una velocidad. Las cosas en el espacio, como las galaxias, se mueven porque el espacio mismo se está expandiendo. Su velocidad relativa a nosotros es proporcional a su distancia de nosotros. Entonces, si están lo suficientemente lejos (es decir, más de 14 mil millones de años luz), se mueven más rápido que la luz. Se mueven a esa velocidad, quieran o no, porque el espacio mismo se está moviendo.

(Para cualquier persona interesada en cómo llegué a los 9 mil millones de años y conoce algo de cosmología: resolví la ecuación [matemática] \ dot {a} / a = H [/ matemática] donde [matemática] a [/ matemática] es la cosmológica factor de escala y [matemática] H [/ matemática] es el parámetro de Hubble. Suponiendo que [matemática] H [/ matemática] es constante, la solución es [matemática] a = e ^ {Ht} = 2 ^ {Ht / \ log 2} [/ math]. Esto significa que [math] a [/ math] se duplica después de un tiempo [math] t = \ log 2 / H [/ math], que se evalúa en aproximadamente 9 mil millones de años).

La velocidad del límite de luz (como muchas otras) es una ley universal en Relatividad Especial, pero una ley local en Relatividad General. Un objeto no puede pasar a otro objeto en o más rápido que [math] c [/ math], pero bajo ciertas condiciones que se cree que se aplican en el Big Bang, la tasa de cambio de distancia entre dos objetos distantes puede ser más de [ matemáticas] c [/ matemáticas]. Es esta última posibilidad la que se llama expansión del espacio. Es como si hubiera más espacio entre los objetos en proporción a lo lejos que ya están.

La regla importante es que la información no puede viajar más rápido que la luz, porque eso significaría enviar señales en el tiempo, y eso sería algo malo.

Con la relatividad general, puede hacer que los objetos se alejen unos de otros a una velocidad superior a la de la luz, pero no pueden transmitir información. Resulta que si tienes dos objetos que viajan más rápido que la luz, es imposible transmitir información entre los dos para que todo salga bien.

Si. Si el espacio en sí no se expandiera, nuestro universo observable se expandiría exactamente a la velocidad de la luz, ya que el tamaño del universo observable sería, por definición, la velocidad de la luz multiplicada por el tiempo transcurrido.

Sin embargo, dado que el espacio mismo se está expandiendo, la distancia entre nosotros y el borde del universo observable aumenta independientemente del movimiento de ese borde a través del espacio. Como resultado, se ve que el universo observable se expande más rápido que la velocidad de la luz si observamos la distancia actual entre nosotros y el punto de origen de la luz dividido por el tiempo transcurrido.

Para más, ver:
¿Por qué las galaxias distantes parecen alejarse de nosotros a un ritmo más rápido que la velocidad de la luz?
¿Cómo fue la expansión del Big Bang más rápida que la velocidad de la luz?

La expansión del universo es uniforme y homogénea y proporcional a la separación entre galaxias. Sigue la ley de Hubble, que puede derivarse de las ecuaciones de la relatividad general para un universo que es homogéneo e isotrópico a gran escala. La ley de Hubble relaciona la velocidad de expansión relativa entre dos galaxias distantes como:

v = H * d

donde d es la separación entre los dos, generalmente medida en megaparsecs (unidad de 3,26 millones de años luz).

Se mide que H está en el rango de aproximadamente 68 a 73 kilómetros por segundo por Megaparsec.

Entonces, si dos galaxias están separadas por 100 Megaparsecs o 326 millones de años luz, su velocidad de separación relativa será de alrededor

v = 70 * 100 = 7000 kilómetros por segundo (la luz viaja a 300,000 kilómetros por segundo).

Fue Edwin Hubble (1889-1953), un astrónomo estadounidense que observó que el universo se está expandiendo, midiendo los desplazamientos al rojo de varias galaxias distantes. Y cuando midió sus distancias relativas, se descubrió que el desplazamiento al rojo de las galaxias distantes aumentaba con la distancia. La única explicación para esta observación es que el universo se estaba expandiendo. Esto se conoció como el parámetro Hubble . Las mejores mediciones para este parámetro dieron como resultado un valor de aproximadamente 68 km / s por megaparsec. (Un megaparsec equivale a 3,26 millones de años luz).

Desde este descubrimiento en 1929, los científicos han estado tratando de medir la tasa de expansión del universo, la constante de Hubble, con mayor precisión. Para 2012, el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA había realizado la medición más precisa jamás realizada y tenía 74.3 +/- 2.1 kilómetros por segundo por megaparsec. Pero nuevamente, el último informe dice que el universo se está expandiendo entre un 5 y un 9 por ciento más rápido de lo que los astrónomos habían pensado anteriormente.

El valor preciso actual para la constante de Hubble es 73.2 kilómetros por segundo por megaparsec. En consecuencia, el universo se extiende 0.0073% cada millón de años. Mirándolo de otra manera, las distancias entre los objetos cósmicos deberían duplicarse en unos 9.8 mil millones de años a partir de ahora.

Es una teoría aceptada que el Universo no es finito, y no tiene un “centro” desde el cual las galaxias se alejan en todas las direcciones. Una forma más apropiada de verlo es que es el “espacio” el que se expande y, por lo tanto, la distancia entre las galaxias se expande; las galaxias mismas no lo son. Esencialmente, diferentes pares de galaxias se mueven a diferentes velocidades entre sí; cuanto más lejos están las galaxias, más rápido se separan. Si la constante de Hubble es 73.2, entonces, a una distancia de poco más de 4 megaparsecs, las galaxias parecen estar retrocediendo más rápido que la velocidad de la luz.

Entonces, el universo se expande más rápido que la velocidad de la luz, y, quizás más sorprendentemente, ¡algunas de las galaxias más distantes que los astrónomos pueden ver ahora se están alejando de nosotros más rápido que la velocidad de la luz! Como consecuencia de sus grandes velocidades, estas galaxias pueden no ser visibles para nosotros para siempre; algunos de ellos ahora están emitiendo su último pedazo de luz que nos alcanzará miles de millones de años a partir de ahora. Después de eso, los observaremos congelarse y desvanecerse, para nunca volver a ser vistos.

Sin embargo, la afirmación “el universo se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz” no se entiende. Como se mencionó anteriormente, es el espacio entre las galaxias lo que se estira. La relatividad no se viola. Necesitamos entender que el verdadero movimiento de una galaxia distante en este momento (en el momento de nuestra observación) no tiene ningún efecto en la luz que se emitió hace miles de millones de años. En otras palabras, la galaxia no se movía más rápido que la velocidad de la luz en el momento en que se emitía la luz, por lo tanto, la luz podía viajar hacia nosotros mientras la galaxia se alejaba de nosotros. Como somos conscientes de que los objetos más lejanos retroceden más rápido, podemos ver que después de que se emitió la luz, la galaxia se alejó de nosotros más rápido que el punto en el que se encuentra la luz, y que esta disparidad solo aumentará a medida que pase el tiempo y la distancia entre la galaxia y la luz emitida sigue aumentando. Por lo tanto, podemos tener fácilmente una situación en la que la galaxia sigue alejándose cada vez más rápido, alcanzando y superando la velocidad de la luz en relación con nosotros, mientras que la luz que emitió hace miles de millones de años nos alcanza a 299,792,458 metros por segundo. .

Puede interesarle saber que el telescopio espacial Hubble ha calculado recientemente la distancia a la galaxia más lejana jamás medida. La galaxia, llamada GN-z11 , existió solo 400 millones de años después del Big Bang, o hace unos 13.3 mil millones de años, lo que significa que los científicos están “viendo” la galaxia como se veía hace más de 13 mil millones de años. Sin embargo, su distancia real ahora es como 32 mil millones de años luz, calculada usando su desplazamiento al rojo de 11.10. Esto corresponde a casi el 0,99% de la velocidad de la luz con referencia a la Tierra.

Es una especie de manzanas y naranjas.

La velocidad de la luz significa que algo va del lugar A al lugar B, muy rápido. Está atravesando el espacio.

La expansión del espacio, sin embargo, no está atravesando el espacio. Es el espacio cada vez más grande. Las personas usan las analogías de la subida del pan de pasas, por lo que las pasas se separan a pesar de que no se mueven en relación con la masa, o el estiramiento de una regla para que se alargue, o los puntos en un globo en expansión.

Pero, creo que entiendo lo que quieres decir: ¿puede el espacio expandirse tan rápido o las cosas están tan separadas, que la expansión del espacio los separará para que su movimiento relativo sea más rápido que la velocidad de la luz?

La respuesta es sí. Por lo que podemos decir, más allá del espacio que podemos ver es solo más espacio. Incesantemente. Entonces, a CUALQUIER tasa de expansión del espacio, con suficiente distancia entre A y B, el espacio entre ellos puede expandirse más rápido que la luz. La luz de A nunca llegaría a B. Nunca podría viajar allí, comunicarse con B o incluso verlo. Eventualmente, si los humanos todavía están alrededor, es posible que solo podamos ver nuestra propia galaxia, con todo lo demás arrastrado por la expansión del espacio. Si perdemos los registros, nunca descubriríamos cómo se formó el universo.

(Nota: esto no viola la regla sobre c. Nada atraviesa el espacio más rápido que c. Estos dos lugares nunca podrían superar a un fotón. Cualquier fotón que midieron seguiría funcionando c.)

Y dado que los datos sugieren que la tasa de expansión se está recuperando, esto podría suceder rápidamente y relativamente cerca (aunque en el futuro). La gran teoría de Rip postula que el espacio-tiempo en sí mismo podría eventualmente desgarrarse. https://en.wikipedia.org/wiki/Bi

El universo se está expandiendo a un ritmo creciente, actualmente medido a 68 kilómetros por segundo por millón de años luz . [1]

La tasa se está acelerando. Cuanto más lejos está algo de nosotros, más rápido se aleja aún más.

Por ejemplo, digamos que la galaxia A está a 1 millón de años luz de distancia de nosotros y la galaxia B está a 10 millones de años luz de distancia. La galaxia A parecería alejarse a 68 km / s, mientras que B parecería alejarse a 680 km / s.

Hay más información excelente en este documental “¿Cuán grande es el universo?” (de la serie Cosmic Journeys):

Más información:

  1. http://www.space.com/26279-unive
  2. http://en.wikipedia.org/wiki/Acc

Las mejores teorías actuales hacen que el universo se expanda como un todo, de modo que un cálculo ingenuo diría que las cosas van más rápido que la luz, contradiciendo la relatividad. Estas teorías, por supuesto, podrían estar equivocadas, pero no contradicen la relatividad.

Todavía es cierto que nada va más rápido que c localmente. En la relatividad especial, es posible construir una idea de algún tipo de cuadrícula que cubra todo el espacio, porque solo trata con marcos de referencia especiales. La Relatividad general se ocupa de todos los marcos de referencia, y es muy posible hacer un cálculo donde las cosas se miden como yendo más rápido que c .

Un ejemplo que es fácil de entender es un marco de referencia giratorio. Si gira la cabeza, en el marco de referencia de la cabeza, la luna va mucho más rápido que c . La relatividad especial simplemente no permite este marco de referencia, mientras que la relatividad general puede manejarlo.

A diferencia de SR, que puede representar marcos de acuerdo con algún tipo de cuadrícula cartesiana o curvilínea, GR utiliza sistemas Riemannianos. En estos, puede seguir un camino, usando relojes y reglas locales, y usando líneas y tangentes construyen un camino a través del espacio-tiempo. Esto es local, y localmente, sigue siendo cierto que nada va más rápido que c . Pero donde terminas no es tan obvio, y no es tan intuitivo como un sistema de coordenadas fijo en el espacio-tiempo plano.

En las descripciones populares, a la gente le gusta decir que el espacio-tiempo mismo se está expandiendo, y la luz y otras cosas simplemente viajan a través de esto. Un ejemplo típico es una hormiga que se arrastra en la superficie de un globo que está siendo explotado. La hormiga va a cierta velocidad, pero si calcula el inicio, el final y el tiempo, obtiene una respuesta que le hace pensar que la hormiga iba más rápido de lo que podría arrastrarse.

Esto ayuda a algunas personas a tener una idea de lo que está sucediendo, pero no creo que sea una muy buena explicación. Todavía se basa en ideas intuitivas de tiempo y distancia que no funcionan bien en la relatividad. Funcionan en Relatividad Especial si dejas de lado la intuición, pero no funcionan bien en Relatividad General. El problema es que es prácticamente imposible tener una idea intuitiva sin entrar seriamente en las matemáticas de la Relatividad General. (Incluso entonces, es tremendamente difícil).

Entonces, hablamos del tamaño del universo ahora , como si todo el universo estuviera representado por un cuadro en una película, quizás con un año de diferencia, que se remonta al Big Bang, y obtenemos una respuesta que parece demasiado grande. Sin embargo, ¡ya sabemos que ahora no significa nada en relatividad! Aquí y ahora significa algo, y eso es local, y podemos hacer cálculos sobre eso y mostrar que nada va más rápido que c . Una vez que empiezas a hablar de eso , el ahora se vuelve problemático y simplemente no funciona de acuerdo con nuestras intuiciones. Lo mismo con el entonces y aquí .

La idea funciona, con algunas advertencias, porque en el espacio-tiempo plano y la relatividad especial, podemos imaginar mover la cámara lejos en la dirección correcta y usar un objetivo zoom realmente bueno y obtener una imagen de manera que las diferencias en el tiempo y El espacio no es mucho. Sin embargo, al considerar el universo en general y con el espacio-tiempo curvo, no hay ningún lugar en el universo al que podamos mover la cámara.

En lugar de pensar en términos de un universo en expansión, me resulta más útil pensar que el universo tiene una determinada forma, una que involucra tanto el tiempo como el espacio. El camino de cada partícula, piense en ello como un cable que se extiende desde el Big Bang hasta aquí y ahora . Mida cada cable con pequeñas reglas y pequeños relojes desde el principio hasta el final, y obtendrá una respuesta que es, como máximo, co la velocidad de la luz. Pero si está en un lugar diferente aquí y ahora , los otros cables se ven muy diferentes de lo que esperaría. Los puntos finales de los otros cables están más lejos de lo que cabría esperar de los cálculos planos.

El único problema con esto es que te hace sentir un poco psicótico, y luego comienzas a pensar en términos de topologías y geometrías que no requieren conceptos como un universo en expansión, aunque las matemáticas son las mismas, que son difíciles de comunicar a otras personas, o incluso a ti mismo. Al menos, eso es lo que me pasa, así que dejaré de escribir ahora.

El punto es que no hay nada que realmente viaje más rápido que la luz. Es el espacio entre nosotros y los objetos distantes que “crece” y, por lo tanto, crea una ilusión de objetos lejanos que se mueven con respecto a nosotros. En nuestro modelo cosmológico actual incorporamos el principio cosmológico, y esto significa que la tasa de este “crecimiento del espacio” es constante en todo el Universo. Por lo tanto, para objetos lo suficientemente lejos de nosotros, la tasa de crecimiento del espacio entre nosotros y ellos puede exceder la velocidad de la luz.

Como ejemplo, piense en dos puntos en la superficie de un globo que se está inflando. cada uno de los puntos está en reposo con respecto a la superficie del globo, pero la distancia entre ellos aumenta, porque la superficie en sí está creciendo.

Nada en el universo observable se aleja de nosotros a la velocidad de la luz o con mayor velocidad con la expansión del espacio, pero la comprensión actual es que el pequeño espacio que se expandió para convertirse en lo que ahora es el universo observable era una parte muy pequeña. de lo que se formó en el evento Big Bang. Entonces parece probable que hay partes de este vasto espacio que se alejan de nosotros a una velocidad mayor que la de la luz. Cualquier cosa en las partes del espacio que se aleja de nosotros más rápido que la velocidad de la luz es imposible de observar, y eso hace que esta idea sea hipotética pero constante con lo que sabemos sobre la parte del universo que podemos ver.

Si la teoría de la inflación cósmica es incluso más o menos correcta, la inflación (cosmología), hubo un momento increíblemente breve justo después de que este universo comenzó, durante el cual la tasa de expansión fue mucho mayor que la velocidad de la luz, pero esta tasa de expansión no continuó.

Aquí está la clave para recordar: las galaxias no se están alejando de nosotros, sino que se está creando un nuevo espacio entre nosotros y las galaxias lejanas. Esta creación de nuevo espacio es lo que da a las galaxias lejanas la apariencia de alejarse de nosotros.

La velocidad con la que una galaxia lejana parece estar alejándose de nosotros es proporcional a la distancia de la galaxia. Esto tiene sentido. Tome cualquier material elástico y use un bolígrafo para marcar dos puntos en el material. Cuanto más lejos estén los dos puntos, más rápido se alejarán uno del otro cuando estires el material (la forma clásica de hacerlo es con un globo inflado, por cierto).

Ahora, es perfectamente plausible que una galaxia esté lo suficientemente lejos como para que su velocidad de recesión en relación con la Tierra sea mayor que la velocidad de la luz. Esto está totalmente bien: recuerda, es el espacio que se está expandiendo, no la galaxia que se está alejando de nosotros. Y el espacio puede hacer lo que quiera.

Ambos.

La ley de Hubble explica esto. Dice que la tasa de expansión aumenta cuanto más lejos esté.

Tan cerca de nosotros, la tasa de expansión es tan lenta que no podemos detectarla.

A distancias cercanas a las galaxias más cercanas, podemos medir la tasa de expansión, y está comenzando a ser bastante rápida. Vemos que los colores de las estrellas comienzan a cambiar hacia el rojo a medida que las ondas de luz se estiran por la expansión del espacio. (Esta es la razón por la cual los astrónomos llaman a este efecto “Cambio rojo”).

A distancias aún mayores, la velocidad se está volviendo muy rápida, y la luz de las estrellas se desplaza fuera del espectro visual por completo hacia los reinos de infrarrojos, microondas, ondas de radio, etc.

Pero eventualmente, cuando te alejas mucho, la tasa de expansión es tan rápida que excede la velocidad de la luz … y en ese punto, la luz de las estrellas (y cualquier otra información, como las ondas de gravedad) no pueden alcanzarnos porque el espacio se está estirando. más rápido que la luz / gravedad / lo que sea que pueda cruzar la distancia hacia nosotros … y más allá de eso, no podemos ver ni saber NADA sobre lo que sucede más lejos.

La expansión del universo es de 7.05 (+/- 2.33) veces la velocidad de la luz.

Primero déjenme cuantificar qué tan grande es y cuánto espacio ocupa nuestro universo local

Usando el diámetro calculado del universo observable …

  • Usando el universo observable tamaño predicho real = 93 mil millones LY de diámetro
  • Sin usar el universo visible, lo que vemos en los telescopios mirando hacia atrás en el tiempo miles de millones de años = 27 mil millones LY de diámetro

y luego usando una esfera de 150,000 LY de diámetro donde la vía láctea se puede capturar en total como base para la medición.

El universo visible existe en una esfera con un volumen de [matemáticas] 4.2116 x 10 ^ {32} [/ matemáticas] años luz cúbicos. La Vía Láctea existe en una esfera con un volumen de [matemáticas] 1.767 x 10 ^ {15} [/ matemáticas] años luz cúbicos.

La Vía Láctea ocupa el 0.00000000000000042% del universo entero.

Esto también significa que el universo tiene 879,873,000,000,000,000,000,000 kilómetros de diámetro. Usando la constante de Hubble media medida de 75 kilómetros por segundo por megaparsec (30,800,000,000,000,000,000 km) para la expansión del espacio, puede calcular la tasa de expansión para todo el universo y ese número es 2,113,636 kilómetros por segundo. Eso dice que la expansión del universo a lo largo de todo el diámetro se está expandiendo a 7.05 (+/- 2.33) veces la velocidad de la luz.

Aunque esto es una ilusión de velocidad ya que cada punto en el espacio se está expandiendo, no solo los bordes. En general, solo parece violar el límite de velocidad cósmica, pero no lo hace.

  • Diámetro del universo 93,000,000,000 LY
  • Megaparsec 3,300,000 LY
  • Constante del Hubble 75 kps +/- 25 kps por megaparsec
  • ((Diámetro del universo / Megaparsec = 28,182) x 75 kps) = 2,113,636 kps o 7.05 x la velocidad de la luz.
  • Esto significa que el universo se expande 0.0000000000000000000008% cada año terrestre.

Velocidad puede ser el término incorrecto para usar aquí, ya que es realmente la expansión del espacio en sí. El espacio aumenta considerablemente con el tiempo y eso puede cuantificarse con una velocidad si esa es la tasa acumulativa de cambio de longitud para todos los puntos en el espacio combinados entre dos puntos que se miden. Es una ilusión de velocidad, sin embargo, la velocidad define bien la tasa de cambio para cualquier período de tiempo entre dos puntos.

Un último hecho interesante … para viajar alrededor de la circunferencia del universo … el borde mismo, viajarías 292,168,116,783 LY o 2,764,123,805,573,522,859,467,724 kilómetros.

Para la perspectiva del científico real, lo remito a la respuesta de Leo C. Stein. Entiendo esto: la velocidad de la luz se mide en relación con el espacio. La expansión del universo es el espacio en sí mismo cada vez más grande. Imagina que estás en un automóvil conduciendo por una carretera. El automóvil tiene una velocidad relativa a la carretera, que puede medir a través de la rotación de los neumáticos o lo que sea. Ahora imagine que la carretera es gomosa y se estira lejos de usted más rápido de lo que puede conducir.

¿El universo se expande más rápido o más lento que la luz? ¿El universo se expande más rápido o más lento que la luz?

El universo no se expande a una sola “velocidad”.

La tasa de expansión entre dos puntos es proporcional a la distancia entre ellos, es decir, dos puntos en el espacio a 1 milla de distancia, por ejemplo, se están expandiendo demasiado lentamente para medir. Dos puntos separados por millones de años luz, se están expandiendo de manera medible, dos puntos separados por miles de millones de años luz, se estarían expandiendo más rápido que la luz

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