Pregúntele a Ethan # 80: ¿Puede el espacio expandirse más rápido que la velocidad de la luz?
Y si es así, ¿cómo hace frente la teoría de la relatividad de Einstein a esto, especial y general?
Si te parece que todo está bajo control, conduces demasiado despacio.
- Mario Andretti
El final de la semana significa que nuevamente elijo la pregunta de las que me envió, y esta semana tuvimos la suerte de recibir una pregunta que agota la mente y deforma el espacio y el tiempo. El lector quiere aprender más sobre el mayor misterio del Universo en expansión, la relatividad y la energía oscura:Es bien sabido que el universo se expande con aceleración. ¿Es posible que la velocidad de expansión exceda la velocidad de la luz? Y si es así, ¿esto no va a contradecir las teorías de Einstein?
Para empezar, ¿cuál es la velocidad de la luz?No importa dónde se encuentre o quién sea, hay una restricción severa en su movimiento en el espacio. Se podría decidir que mientras más energía gastes, más rápido podrás moverte ... Y aunque esto es así, solo puede llegar a un cierto límite. Si te mueves a una velocidad de varios metros por segundo, o varios kilómetros por hora, o incluso varios kilómetros por segundo, a medida que la Tierra se mueve en la órbita del Sol, ni siquiera notarás restricciones en el movimiento a velocidad infinita.Pero todavía existen. Cuanto más rápido se mueva, mayor será su velocidad de movimiento en el espacio, más lento se moverá en el tiempo. Imagine que está descansando en la superficie de la Tierra, y su amigo despegó de su ubicación y en un avión a reacción dio la vuelta al mundo. Antes de romper, sincronizaste el reloj con una precisión de microsegundos.
Si su reloj es lo suficientemente sensible, cuando su amigo vuelva a usted, encontrará que el reloj está un poco fuera de sincronización. Su reloj mostrará la hora un poco más tarde que el reloj de un amigo; la diferencia será aproximadamente una décima de microsegundo, pero aún así lo hará.Y cuanto más rápido te muevas, mayor será la diferencia horaria.Relojes de astronautas en la ISS, que vuelan alrededor de la Tierra en 90 minutos, se retrasan unos segundos después de regresar. Esta diferencia se hace notable incluso con un reloj convencional.Lo extraño es que no solo los relojes funcionan de manera diferente a diferentes velocidades, sino que también el tiempo se mueve a diferentes velocidades.
El hecho de que el reloj se desacelere a altas velocidades será una consecuencia del hecho de que el tiempo y el espacio están conectados, y que el movimiento rápido a través del espacio significa una desaceleración en el tiempo. La relación entre el espacio y el tiempo está determinada por la velocidad de la luz. Cuanto más cerca esté de la velocidad de la luz, mayor será el paso del tiempo asintóticamente cercano a cero.Por lo tanto, se puede crear un muón, una partícula inestable con una vida útil promedio de un par de microsegundos, en la parte superior de la atmósfera a una velocidad cercana a la velocidad de la luz, y alcanzar la superficie de la Tierra. Este es un camino de 100 km, y si viaja a lo largo de él a una velocidad de 300,000 km / s durante 2.2 microsegundos, se descompondría, habiendo recorrido solo el 0.6% de todo el camino. El hecho de que el muón logre llegar a la superficie, y si extiende su mano, aproximadamente un muón volará a través de él cada segundo, se debe a este efecto de relatividad.
¿Y qué hay de la expansión del universo? Sabes que si seleccionas una galaxia, en promedio resulta que cuanto más lejos esté de ti, más rápido se alejará. Las galaxias en el cúmulo de Virgo, ubicado a una distancia de 50-60 millones de años luz, se alejan de nosotros a una velocidad de 1200 km / s. Las galaxias en el cúmulo Veronica Hair, ubicadas a una distancia de 330 millones de años luz, se alejan de nosotros a una velocidad de 7000 km / s.
Cuanto más miramos, más rápido se alejan estas galaxias y cúmulos. Por supuesto, hay desviaciones de varios cientos o miles de km / s debido a los movimientos locales y los efectos de la atracción gravitacional, pero a grandes escalas, y a grandes distancias, puede ver que cuanto más lejos estén de usted, más rápido se alejarán. Esta observación fue hecha por primera vez por Edwin Hubble en la década de 1920, y condujo a la ley de Hubble, o la ley que rige la expansión del universo. Con los mejores medios modernos de observación, podemos confirmar la validez de esta ley por miles de millones de años luz en todas las direcciones.
"Segundo", casi puedo escuchar tu objeción. "¿Qué pasa con la velocidad de la luz?"De hecho, ¿qué pasa con la velocidad de la luz? Por supuesto, esta barrera invisible, que impide que todo tipo de materia se mueva más rápido que una cierta restricción, entrará en vigor y evitará que las galaxias lleguen a algún punto, ¿verdad? El tiempo asintóticamente tiende a cero y deja de moverse si te mueves a esa velocidad, mientras que no puede retroceder, porque las galaxias retrocederían en el tiempo, ¿verdad?Pero ocultamos una de las piezas del rompecabezas. La velocidad de la luz como limitación se aplica solo a los objetos que se mueven entre sí en el mismo lugar en el espacio.
Cuando su amigo voló del avión y regresó con un retraso detrás de su reloj, esto se debe a que se conocieron en el mismo lugar. Cuando los astronautas regresan a la Tierra, y su viaje duró menos que el tuyo, durante unos segundos, esto es porque estabas en un lugar. Incluso el muón, moviéndose a casi la velocidad de la luz, se movía en relación con su marco de referencia en la Tierra, y por lo tanto, observó estos efectos.Pero en las partes más lejanas del universo, estas galaxias no se mueven en absoluto. Este espacio entre ellos se está expandiendo, y las galaxias individuales están en reposo en relación con el espacio.Usted puede objetar, "¿cómo sabes esto?"Puede realizar una prueba: mire galaxias distantes, mida su desplazamiento al rojo y la distancia a ellas. Por lo tanto, puede verificar que se mueven a velocidades increíbles contra todas las predicciones de la teoría de la relatividad.MOT puede ser de dos tipos: MOT especial que opera en un espacio plano estático, donde solo importa el movimiento de los objetos a través del espacio y el tiempo. Y el MOT general, donde el espacio mismo cambia y / o se contrae, y donde la materia y la energía determinan la curvatura del espacio-tiempo, y SRT existe en la parte superior de este sistema.Y así es como difieren las dos predicciones:
fuertemente, ¿verdad? Resulta que nuestras observaciones hablan a favor de la relatividad general y excluyen la opción del espacio estático.¿Y qué significa esto al final? ¿Qué significa esto para nuestro universo en expansión, incluso si agregamos energía oscura aquí?
Esto significa que, con el tiempo, la luz emitida por galaxias distantes se ha desplazado muy fuertemente hacia el espectro rojo, lo que condujo a la aparición de un desplazamiento al rojo cosmológico.Esto significa que hay partes tan remotas del Universo que la luz emitida desde allí nunca nos alcanzará. Por el momento, estas son todas las partes ubicadas a una distancia de 46.1 mil millones de años luz de nosotros.Y esto significa que cualquier objeto a una distancia de más de 4.5 gigaparsecs (14-15 mil millones de años luz) permanecerá inalcanzable para nosotros y para todo lo que hacemos, ahora y para siempre. Todos estos objetos, que constituyen el 97% del volumen del Universo observable, están fuera de nuestro alcance. Incluso un fotón emitido en este momento nunca los alcanzará.
Entonces, sí, todos los objetos atrapados en la expansión del Universo vuelan con aceleración de nosotros, cada vez más rápido. Pasará suficiente tiempo, y todos se alejarán de nosotros más rápido que la velocidad de la luz, y se volverán inalcanzables para nosotros, en principio, sin importar qué tan rápido construyamos un cohete o cuántas señales enviemos a la velocidad de la luz.¿Y qué podemos hacer al respecto?
Reúnase y comience el viaje intergaláctico tan rápido como podamos, antes de que sea demasiado tarde. El universo de hoy está desapareciendo debido a la expansión del espacio. Y aunque ningún objeto se mueve a través de la estructura del espacio-tiempo más rápido que la velocidad de la luz, no hay restricciones para la expansión de la estructura del espacio. El espacio hace lo que quiere.Entonces, gracias por la maravillosa pregunta, y si la respuesta te parece misteriosa, inspírate en lo siguiente: el Universo desaparecerá de la vista de la humanidad, a menos que podamos hacer algo al respecto, incluidos los vuelos a galaxias distantes, o, si hay alguna manera, acercándonos al remoto galaxias para nosotros. Envíame tus preguntas y sugerencias para los siguientes artículos. Source: https://habr.com/ru/post/es396477/
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