🐢 🙌🏼 🤦🏻 Pergunte a Ethan # 80: O espaço pode se expandir mais rápido que a velocidade da luz? 🆒 👌🏼 👨🏾‍✈️

E se sim, como a teoria da relatividade de Einstein lida com isso, especial e geral?

Se lhe parece que tudo está sob controle - você dirige muito devagar.
- Mario Andretti

O final da semana significa que eu seleciono novamente a pergunta entre as que você enviou e esta semana tivemos a sorte de receber uma pergunta que sobrecarrega a mente e distorce o espaço e o tempo. O leitor quer aprender mais sobre o maior mistério do universo em expansão, a relatividade e a energia escura:

É sabido que o universo se expande com aceleração. É possível que a velocidade de expansão exceda a velocidade da luz? E se sim, isso não contradiz as teorias de Einstein?

Para começar, qual é a velocidade da luz.

Não importa onde você esteja ou quem você é, há uma restrição severa ao seu movimento no espaço. Pode-se decidir que quanto mais energia você gasta, mais rápido você pode se mover ... E, embora seja assim, só pode ir até um certo limite. Se você se mover a uma velocidade de vários metros por segundo, ou vários quilômetros por hora, ou mesmo vários quilômetros por segundo, enquanto a Terra se move na órbita do Sol, você nem notará restrições ao movimento em velocidade infinita.

Mas eles ainda existem. Quanto mais rápido você se move - quanto maior a sua velocidade de movimento no espaço - mais lento você se move no tempo. Imagine que você está em repouso na superfície da Terra, e seu amigo decolou de sua localização e em um avião a jato percorreu o mundo. Antes de terminar, você sincronizou o relógio com uma precisão de microssegundos.

Se o relógio for sensível o suficiente, quando seu amigo retornar, você descobrirá que está um pouco fora de sincronia. Seu relógio mostrará a hora um pouco depois do relógio do amigo - a diferença será de cerca de um décimo de microssegundo, mas ainda haverá.

E quanto mais rápido você se move, maior a diferença de tempo.

Relógios de astronautas na ISS, voando ao redor da Terra em 90 minutos, ficam para trás por alguns segundos depois de retornar. Essa diferença se torna visível mesmo com um relógio convencional.

O estranho é que não apenas os relógios são diferentes em velocidades diferentes, mas também o tempo se move em velocidades diferentes.

O fato de o relógio abrandar em alta velocidade será uma conseqüência do tempo e do espaço estarem conectados, e que o rápido movimento pelo espaço significa uma desaceleração no tempo. A relação entre espaço e tempo é determinada pela velocidade da luz. Quanto mais perto você estiver da velocidade da luz, maior o tempo que passa assintoticamente se aproxima de zero.

Portanto, um múon, uma partícula instável com uma vida útil média de alguns microssegundos, pode ser criado na parte superior da atmosfera a uma velocidade próxima à velocidade da luz e atingir a superfície da Terra. Este é um caminho de 100 km e, se ele viajasse a uma velocidade de 300.000 km / s por 2,2 microssegundos, ele teria terminado, tendo percorrido apenas 0,6% de todo o caminho. O fato de o múon conseguir alcançar a superfície - e se você estender sua mão, aproximadamente um múon passará por ela a cada segundo - é devido a esse efeito de relatividade.

E a expansão do universo? Você sabe que, se você selecionar uma galáxia, em média, verifica-se que quanto mais longe você estiver, mais rápido ela se afastará. Galáxias no aglomerado de Virgem, localizadas a uma distância de 50 a 60 milhões de anos-luz, se movem de nós a uma velocidade de 1200 km / s. As galáxias do cluster Veronica Hair, localizadas a uma distância de 330 milhões de anos-luz, se movem de nós a uma velocidade de 7000 km / s.

Quanto mais longe olhamos, mais rápido essas galáxias e aglomerados se afastam. Obviamente, existem desvios de várias centenas ou milhares de km / s devido a movimentos locais e efeitos de atração gravitacional, mas em grandes escalas - e em grandes distâncias - você pode ver que quanto mais eles estão de você, mais rapidamente eles se afastam. Essa observação foi feita pela primeira vez por Edwin Hubble na década de 1920, e levou à lei de Hubble, ou a lei que governa a expansão do universo. Com os melhores meios modernos de observação, podemos confirmar a validade desta lei por bilhões de anos-luz em todas as direções.

"Segundo", quase consigo ouvir sua objeção. "E a velocidade da luz?"

De fato, e a velocidade da luz? É claro que essa barreira invisível - impedindo que todos os tipos de matéria se movam mais rápido que uma certa restrição - entrará em vigor e impedirá as galáxias de algum ponto, certo? O tempo assintoticamente tende a zero e deixa de se mover se você se move a essa velocidade, embora não possa voltar atrás, porque as galáxias voltariam no tempo, certo?

Mas escondemos uma das peças do quebra-cabeça. A velocidade da luz como limitação se aplica apenas a objetos que se movem em relação uns aos outros no mesmo local no espaço.

Quando seu amigo saiu do avião e voltou atras do relógio, é porque você se encontrou no mesmo lugar. Quando os astronautas retornam à Terra e sua jornada durou menos que a sua, por alguns segundos, é porque você estava em um lugar. Até o múon, movendo-se à velocidade próxima à luz, movia-se em relação ao seu referencial na Terra e, portanto, você observou esses efeitos.

Mas nas partes mais distantes do universo, essas galáxias não se movem. Esse espaço entre eles está se expandindo e as galáxias individuais estão em repouso em relação ao espaço.

Você pode objetar: "como você sabe disso?"

Você pode realizar um teste: observe as galáxias distantes, meça o desvio para o vermelho e a distância delas. Assim, você pode verificar se eles estão se movendo a velocidades incríveis contra todas as previsões da teoria da relatividade.

O MOT pode ser de dois tipos: MOT especial que opera em um espaço estático plano, onde apenas o movimento de objetos através do espaço e do tempo é importante. E o MOT geral, onde o próprio espaço muda e / ou se contrai, e onde a matéria e a energia determinam a curvatura do espaço-tempo, e o SRT existe no topo deste sistema.

E é assim que as duas previsões diferem:

Fortemente, certo? Acontece que nossas observações falam em favor da relatividade geral e excluem a opção do espaço estático.

E o que isso significa no final? O que isso significa para o nosso universo em expansão, mesmo se adicionarmos energia escura aqui?

Isso significa que, com o tempo, a luz emitida por galáxias distantes mudou muito fortemente para o espectro vermelho, o que levou ao aparecimento de um desvio para o vermelho cosmológico.

Isso significa que existem partes tão remotas do Universo que a luz emitida a partir dali nunca chegará a nós. No momento, todas essas partes estão localizadas a uma distância de 46,1 bilhões de anos-luz de nós.

E isso significa que qualquer objeto a uma distância de mais de 4,5 gigaparsecs (14 a 15 bilhões de anos-luz) permanecerá inatingível para nós e para tudo o que fazemos, agora e para sempre. Todos esses objetos, que compõem 97% do volume do universo observável, estão além do nosso alcance. Mesmo um fóton emitido no momento nunca os alcançará.

Então, sim, todos os objetos capturados na expansão do Universo voam com aceleração de nós, cada vez mais rápido. Tempo suficiente passará, e todos eles se afastarão de nós mais rápido que a velocidade da luz e se tornarão inatingíveis para nós, em princípio, não importa a rapidez com que um foguete construamos ou quantos sinais enviamos à velocidade da luz.

E o que podemos fazer sobre isso?

Junte-se e comece a viagem intergaláctica o mais rápido possível, antes que seja tarde demais. O universo de hoje está desaparecendo devido à expansão do espaço. E embora nenhum objeto se mova através do tecido do espaço-tempo mais rápido que a velocidade da luz, não há restrições à expansão do tecido do espaço. O espaço faz o que quer.

Então, obrigado pela pergunta maravilhosa, e se a resposta lhe parecer misteriosa, inspire-se no seguinte: o Universo desaparecerá da visão da humanidade, a menos que possamos fazer algo a respeito, incluindo voos para galáxias distantes ou - se houver uma maneira - de se aproximar do controle remoto galáxias para nós. Envie-me suas perguntas e sugestões para os seguintes artigos.

Pergunte a Ethan # 80: O espaço pode se expandir mais rápido que a velocidade da luz?

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