Explorando más allá de los horizontes de eventos

Si están muy lejos, tendrán una velocidad relativa de separación mayor que la velocidad de la luz y, de ser así, ¿cómo podemos detectar tales galaxias?

No podemos detectar esas galaxias. Redshift va al infinito en el horizonte cósmico, y no podemos ver más allá. Tenga en cuenta que el horizonte cósmico es diferente de la esfera de Hubble: en el primero, las velocidades relativas según el transporte paralelo a lo largo del alcance del rayo de luz$c$, mientras que las velocidades de recesión alcanzan$c$en este último. En lo que respecta a los efectos observables, la esfera de Hubble es en gran medida irrelevante.

¿Existe alguna posibilidad de detectar tales horizontes invisibles usando tales efectos?

No, el entrelazamiento no se puede usar de esa manera: es completamente inútil sin un canal clásico de información para 'comparar notas'. Si una de sus partículas desaparece detrás de un horizonte de eventos, dicho canal no está disponible (tenga en cuenta que, desde su punto de vista, la partícula en realidad nunca cruzará el horizonte, pero se congela en el tiempo y no se puede observar debido al corrimiento al rojo).

El hecho de que las partículas estén correlacionadas cuánticamente en lugar de clásicamente no importa. En lugar de usar partículas entrelazadas y el horizonte cosmológico, podrías tomar una bola roja y una bola azul y ponerlas en dos cajas sin mirar. Luego, arroja una de las cajas a un agujero negro y abre la restante. Instantáneamente sabrá qué bola terminó en el agujero negro, pero ¿qué le dirá un experimento de este tipo sobre su interior?

Incluso en la relatividad especial, la afirmación de que la luz siempre viaja a una velocidad constante de c solo es cierta en marcos de referencia inerciales , en sistemas de coordenadas no inerciales como las coordenadas de Rindler , la velocidad coordinada (cambio en la posición coordinada con respecto al tiempo coordinado) puede variar. En relatividad general, todos los sistemas de coordenadas que cubren grandes regiones de espacio-tiempo curvo no son inerciales, aunque en regiones infinitesimales de espacio-tiempo se pueden tener marcos inerciales "locales", y de acuerdo con el principio de equivalencia, la luz debe medirse para tener una velocidad local de c en todos los marcos inerciales locales.

Si usa la elección particular de coordenadas de tiempo más común en cosmología (elegida de modo que la densidad promedio de materia/energía sea aproximadamente uniforme en grandes regiones del espacio en cada momento de coordenadas de tiempo), y usa la distancia adecuadapara medir la distancia entre galaxias o rayos de luz (donde la distancia adecuada es la distancia que sería medida por una serie de reglas cortas colocadas de extremo a extremo en un momento particular de coordenadas de tiempo), entonces puede definir una "velocidad" en términos de la tasa, la distancia adecuada cambia con el tiempo coordinado. La velocidad total de un objeto a cualquier distancia adecuada D se puede dividir en una suma de "velocidad de recesión" debido a la expansión del espacio (la velocidad a la que se esperaría que una galaxia promedio a esa distancia se alejara de nosotros) y "velocidad peculiar" debido al movimiento del objeto en relación con lo que esperaríamos para un trozo de materia "promedio" a esa distancia. La velocidad de recesión a la distancia adecuada D, es decir, la velocidad esperada para un trozo de materia promedio a la distancia D,como v = HD, donde H es la "constante" de Hubble (el nombre es un poco engañoso ya que se cree que el valor cambia con el tiempo, aunque se supone que es constante en el espacio). Y para los rayos de luz resulta que su velocidad particular siempre es igual a c, por lo que si un rayo de luz se emite directamente hacia nosotros desde una distancia D, su velocidad inicial relativa a nosotros será HD - c.

La velocidad de recesión HD se vuelve igual a c en el radio de la esfera de Hubble y, sin embargo, es posible que la luz emitida desde esa distancia o más llegue finalmente a nosotros. ¿Cómo puede ser esto? Como se explica en la sección 3.3 del documento al que PhotonicBoom se vinculó, Expandiendo la confusión: Conceptos erróneos comunes de los horizontes cosmológicos y la expansión superlumínica del universo, es una consecuencia del hecho de que se cree que H está disminuyendo con el tiempo (puede parecer confuso que esto sea posible incluso en modelos donde los físicos dicen que la tasa de expansión se está acelerando, pero lo que quieren decir con eso es que para una galaxia dada al expandirse lejos de nosotros, su velocidad de recesión aumentará con el tiempo, lo que no tiene por qué entrar en conflicto con la afirmación de que si elegimos una distancia fija D, la velocidad de recesión de una galaxia promedio a esa distancia disminuirá con el tiempo). Citando de la versión en pdf del documento en el enlace (tenga en cuenta que$v_{rec}$es la velocidad de recesión,$D_H$es el radio de la esfera de Hubble,$a$es el factor de escala y los puntos indican derivadas temporales):

Hemos visto que la velocidad de los fotones que se propagan hacia nosotros... no es constante, sino más bien$v_{rec} - c$. Por lo tanto, la luz que está más allá de la esfera de Hubble tiene una velocidad total alejándose de nosotros. ¿Cómo es entonces que podemos ver esta luz? Aunque los fotones están en la región superlumínica y, por lo tanto, se alejan de nosotros (a la distancia adecuada), la esfera de Hubble también se aleja. En universos en desaceleración$H$disminuye a medida que$\dot{a}$disminuye (haciendo que la esfera de Hubble retroceda). En universos acelerados$H$también tiende a disminuir ya que$\dot{a}$aumenta más lentamente que$a$. Mientras la esfera de Hubble retroceda más rápido que los fotones inmediatamente fuera de ella,$\dot{D_H} > v_{rec} - c$, los fotones acaban en una región subluminal y se acercan a nosotros. Por lo tanto, los fotones cerca de la esfera de Hubble que retroceden lentamente son superados por la esfera de Hubble que retrocede más rápidamente.

Sin embargo, los modelos cosmológicos que actualmente se consideran mejor respaldados por evidencia incluyen un horizonte de eventos tal que la luz emitida desde fuera de este horizonte nunca nos alcanzará sin importar cuánto tiempo esperemos, vea la Fig. 1 del artículo de Davis/Lineweaver (particularmente el tercero). gráfico, que es "conforme" donde los caminos de los rayos de luz siempre se representan como líneas rectas a 45 grados de la vertical), junto con mi respuesta aquí .

Entonces, la parte final de su pregunta podría reformularse como "¿sería posible usar el entrelazamiento cuántico para comunicar (u observar) regiones más allá de nuestro horizonte de eventos?" De acuerdo con la mecánica cuántica, la respuesta es no, porque existe un teorema general llamado teorema de no comunicación que muestra que las mediciones de una parte de un sistema entrelazado nunca se pueden usar para comunicar información a un experimentador que mide una parte diferente del mismo. sistema entrelazado. Y también existe este resultado general en la teoría cuántica de campos (la versión relativista de la mecánica cuántica), que muestra que ninguna forma de comunicación más rápida que la luz es posible en QFT.

Tales galaxias no pueden ser detectadas. y el entrelazamiento cuántico es solo una correlación entre dos bits de información y de ninguna manera lo hace, y no se puede usar ninguna forma de transferir información más rápido que la velocidad de la luz. Cualquier luz enviada desde tales galaxias hacia la nuestra mostraría una longitud de onda infinita después de considerar el desplazamiento Doppler. En resumen, estas galaxias nunca pueden ser detectadas. Este límite más allá del cual las galaxias se alejan por la expansión del espacio-tiempo a velocidades supersónicas se denomina horizonte de eventos cosmológicos . Ninguna información desde fuera de este límite podría llegar al interior si la expansión continuara.

Estas galaxias no están fuera de nuestro alcance. La Esfera de Hubble es el volumen de espacio que rodea a un observador donde todo lo que está dentro de la esfera se aleja del observador con una velocidad inferior a c.

Siguiendo esta lógica, se deduce inmediatamente que la Esfera de Hubble es equivalente al horizonte de eventos cosmológico que @Hritik está discutiendo en su respuesta. Curiosamente, este no es el caso, ya que la evidencia muestra que nuestro universo en realidad se está expandiendo alejándose de nosotros a un ritmo acelerado.

Esto implica que la esfera de Hubble se está expandiendo tan rápido como el universo y, por lo tanto, los cuerpos astronómicos que una vez se alejaron de nosotros a una velocidad más rápida que$c$emitirá luz que finalmente entrará en la Esfera del Hubble. Esto se discute en un episodio muy interesante de Veritasium sobre los conceptos erróneos del Universo.

Parece que los hechos de wikipedia podrían estar equivocados en la página que he vinculado anteriormente. Un artículo de Tamara M. Davisa y Charles H. Lineweaver llamado Expanding Confusion: Common Misconceptions of Cosmological Horizons and the Superluminal Expansion of the Universe vinculado por Veritasium en la sección de comentarios de YouTube supuestamente aclara esto, pero no tengo suficiente tiempo para leer esto ahora.

Además, como dije en los comentarios, el entrelazamiento cuántico no implica un viaje de información más rápido que la luz, ya que el entrelazamiento cuántico es solo una correlación entre 2 qubits. La información no está viajando en absoluto.