¿A qué velocidad se expande nuestro universo?

La tasa de expansión del universo (el hecho de que todos los objetos se están alejando unos de otros y más si están más lejos unos de otros) viene dada por la constante de Hubble$H_0= 69.32 ± 0.80 (km/s)/Mpc$ ¹

Echa un vistazo a este diagrama de Wikipedia

En el eje y tienes la velocidad con la que el objeto se aleja de nosotros y en el eje x la distancia actual en una unidad astrofísica común llamada Megaparsec (paralaje de un segundo de arco$1\text{pc} \approx 3.26$años luz).

Editar:

la discrepancia encerrada en un círculo azul se debe a que las galaxias tienen movimientos internos adicionales además de su retroceso debido a la expansión. Las galaxias medidas allí son (como dice la etiqueta) parte del cúmulo de virgo. El movimiento interno inducirá un desplazamiento Doppler que influirá en el desplazamiento al rojo general de la galaxia.

^{1: Según el 20 de diciembre de 2012, la constante de Hubble, medida por la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson de la NASA (WMAP)}

La velocidad de recesión viene dada por la Ley de Hubble y es proporcional a la distancia adecuada del observador al objeto (galaxia u otro objeto distante):

donde$H_0$es la constante de Hubble.

Como puede ver, la velocidad de recesión más allá de cierta distancia, conocida como la distancia de Hubble, puede ser mucho mayor que la velocidad de la luz (en el vacío). Esto no viola la relatividad porque la recesión no es un movimiento a través del espacio, es la expansión del espacio mismo, entre los objetos.

Para obtener más detalles, consulte el artículo de Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law

Quizás debería señalarse aquí que no existe tal cosa como "la velocidad de expansión del universo". El universo no se expande a una sola velocidad. En cambio, la velocidad de expansión observada depende de la distancia, como lo indica la constante de Hubble. Esa constante es 72 km/seg por Mpc (1 pc son 3,25 años luz).

Lo que Hubble nos dice es que "la velocidad de expansión aumenta 72 km/s por cada 3,25 millones de años luz de separación". Dos galaxias que están separadas por una distancia X, medida en megaparsecs, se alejarán a una velocidad de 72X km/seg. Por ejemplo, si miramos una galaxia que está a 100 Mpc (325 Mly) de distancia, la veremos alejarse de nosotros a una velocidad de 7200 km/seg.

Esto también significa que no hay un centro para esta expansión. Ninguna parte del universo permanece inmóvil, con todo lo demás alejándose de ella. En cambio, todo se aleja de todo lo demás.

¿A qué velocidad se expande nuestro universo?

Esta pregunta no tiene sentido en la forma en que se planteó. Para ver por qué, comencemos pensando en cómo sabemos que el universo se está expandiendo.

La expansión del universo fue descubierta originalmente por Lemaître y Hubble, quienes encontraron que los desplazamientos hacia el rojo de las galaxias eran proporcionales a sus distancias de nosotros. Para simplificar las cosas, comencemos por pensar en cómo se interpretaría esto si no supiéramos sobre la relatividad, de modo que la velocidad y la distancia se puedan definir como esperamos en la mecánica newtoniana. Un corrimiento al rojo de, digamos, 0,037% indica que una galaxia se está alejando de nosotros a casi exactamente el 0,037% de la velocidad de la luz. Por lo tanto, la observación de Hubble implica v=Hd, donde v es la velocidad relativa de dos galaxias, H es un número que es el mismo para todas las galaxias y d es la distancia entre las dos galaxias. Todas las distancias intergalácticas aumentan por el mismo factor de escala en cualquier intervalo de tiempo dado. Esto es exactamente lo que sucede, por ejemplo, cuando una pieza de metal se expande porque se ha calentado. Cuando una pieza de metal se expande, no podemos describir su expansión general usando una velocidad en unidades de metros por segundo. Una velocidad solo se puede definir si primero especificamos de qué dos átomos en el metal estamos hablando. La velocidad será diferente si elegimos un par diferente de átomos. Por razones similares, no tiene sentido preguntar por "la" velocidad de expansión del universo. No hay una velocidad sino muchas. no tiene sentido preguntar por "la" velocidad de expansión del universo. No hay una velocidad sino muchas. no tiene sentido preguntar por "la" velocidad de expansión del universo. No hay una velocidad sino muchas.

Ahora supongamos que fijamos nuestra atención en dos galaxias específicas. ¿Pueden estar alejándose uno del otro a una velocidad mayor que c? Esta pregunta requiere relatividad. La relatividad general no tiene una forma única y definida de hablar sobre la velocidad de la galaxia A en relación con la galaxia B si están a distancias cosmológicas entre sí. Si queremos, podemos describir verbalmente la situación diciendo que ambas galaxias están en reposo, pero el espacio entre ellas se está expandiendo. Si queremos, podemos usar ciertas medidas de distancia y tiempo (ver https://www.physicsforums.com/threads/how-are-time-and-distance-measured-in-cosmology.506990/) y describa verbalmente que A y B se mueven uno respecto del otro a una velocidad que se obtiene dividiendo el cambio de distancia por el cambio de tiempo. De hecho, la relatividad general nos permite asignar absolutamente cualquier valor que queramos a la velocidad de A relativa a B; simplemente no es una cosa bien definida.

Posiblemente se expande con la velocidad de la luz.

Dado que no tiene sentido asignar una velocidad a la expansión cosmológica, tampoco tiene sentido preocuparse por si dicha velocidad es mayor que c. Debido a que las velocidades relativas de los objetos distantes no están bien definidas en la relatividad general, no hay forma de extender la prohibición de la relatividad especial sobre v>c a los objetos distantes en la relatividad general. La prohibición es local. Localmente, la relatividad general es lo mismo que la relatividad especial.

A veces puede ver afirmaciones de que la inflación cosmológica hizo que el universo se expandiera más rápido que c, o que el borde del universo observable ocurre en el lugar donde la ley de Hubble da una velocidad igual a c. La primera afirmación es incorrecta porque la expansión del universo no se puede medir con una sola velocidad. La segunda declaración es, en el mejor de los casos, una simplificación excesiva porque las velocidades relativas de los objetos distantes no están bien definidas en la relatividad general. Para una definición bastante natural de velocidad, hay galaxias que observamos que ahora y siempre se han estado alejando de nosotros a una velocidad mayor que c. [Lineweaver]

Lineweaver -- http://www.mso.anu.edu.au/~charley/papers/LineweaverDavisSciAm.pdf

[Esta es una copia de una entrada de preguntas frecuentes en physicsforums.com , que escribí con sugerencias y comentarios de otros miembros de physicsforums.]