¿La expansión del espacio es universal o local?; ¿La materia impide la expansión del espacio?

Esta respuesta es impulsada un poco por el comentario de @claude chuber. Agradezco sus aclaraciones de mis comentarios, y también su cuestionamiento de ellos.

Como él dice: la declaración de OP de un libro, 'el espacio no se está expandiendo dentro de las galaxias sino dentro de las galaxias' "es incorrecto"

Primero, una descripción y explicación de lo que sucede con la expansión cosmológica (lo que el OP llama espacio). La descripción más simple es que sí, hay una expansión cosmológica en todas partes, dentro de las galaxias, entre ellas en un cúmulo de galaxias, dentro de los planetas y el sistema solar, dentro de los átomos y moléculas, etc. Pero la expansión es un efecto gravitacional, y puede ser contrarrestado por otras fuerzas - como la gravitación debida a los otros cuerpos cercanos a ellos, fuerzas eléctricas, fuerzas nucleares, etc. Y resulta que para todos los casos mencionados anteriormente (sistema solar, galaxias, cúmulos, átomos, planetas, etc. ), excepto las fuerzas entre los cúmulos de galaxias, esas otras fuerzas son más fuertes que el efecto gravitacional que provoca la expansión cosmológica. Entonces, la expansión cosmológica en esos casos es tan pequeña en comparación que es insignificante, o si no es insignificante, hace contribuciones muy pequeñas. Para la expansión entre cúmulos de galaxias y tamaños mayores, las otras fuerzas tienen poco efecto, y la expansión continúa y es medible.

La razón por la cual la expansión es más notoria y efectiva para distancias más largas es que la tasa de expansión (es decir, la velocidad de recesión entre dos objetos a estas distancias grandes) aumenta con la distancia. Eso es lo que descubrió Hubble, la velocidad de recesión es linealmente proporcional a la distancia. Recuerda que en la expansión cosmológica todo se está alejando de todo lo demás (imagínate dos puntos cualesquiera pintados en la superficie de un globo inflado, a medida que el globo se infla se separan más y más), y cuanto más lejos están, más rápido se separan aún más. más.

Pero dos átomos, o dos planetas en el sistema solar, o dos estrellas en una galaxia no están lo suficientemente lejos el uno del otro, y la expansión sería pequeña. Pero es aún peor: sus interacciones eléctricas y magnéticas (para los átomos) y las atracciones gravitatorias (para el sistema solar, los planetas y las galaxias) entre sí son lo suficientemente fuertes como para contrarrestar el débil efecto de inflación. Se llaman sistemas acotados y la inflación no los afecta. Entonces, por ejemplo, para nuestra galaxia, la Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda están separadas por aproximadamente 1 Mpsec (alrededor de 3 años luz) (el número es aproximado, podría estar fuera de lugar). Según la constante de Hubble de 67-70 Kms/seg/Mpsec, deberían alejarse unos de otros a unos 67-70 Kms/seg. Pero lo que se mide es que van uno hacia el otro a una velocidad de unos 119 Kms/seg. Su atracción gravitacional masiva está abrumando la expansión cosmológica a esas distancias. Chocaremos con la galaxia de Andrómeda en unos 3 mil millones de años.

El efecto gravitacional en cualquier pequeña región del espacio-tiempo es la combinación de muchos efectos (en muchos casos uno puede tratar uno como una perturbación del efecto principal, pero si todos tienen la misma fuerza uno tiene que tratarlos todos juntos y es más de lo que podemos hacer ahora. Ahora los tratamos como perturbaciones entre sí). Los objetos cercanos tienen un gran efecto entre sí, pero a gran escala, llámese escalas cosmológicas, ese grupo completo de galaxias que forman nuestro cúmulo local, se alejan de todo lo demás debido a la expansión. Es en escalas de quizás 10 Mpsec más o menos, y ciertamente en el rango de 30-50 Mpsec, donde la inflación toma el control y es medible. La relación lineal de la velocidad de recesión con la distancia es buena hasta distancias de unos pocos miles de millones de años luz, luego entran algunas no linealidades.

Entonces, sí, hay una expansión cosmológica en todos los niveles, pero es muy pequeña y está abrumada por las fuerzas locales a escalas inferiores a unos 10-30 Mpsec.

También vale la pena señalar que la expansión cosmológica es verdadera, exactamente como se estimó y modeló, EN PROMEDIO. Hay irregularidades a escalas más pequeñas, donde la densidad de materia y energía es mayor, y otras áreas donde es menor. En la escala de 100 Mpsec, el universo parece homogéneo e isotrópico. Pero las densidades superiores e inferiores hacen que los grupos locales de estrellas y galaxias tengan algunas velocidades peculiares con respecto a la expansión general. De la tierra, cuando restamos nuestra velocidad peculiar general en nuestras mediciones, vemos, por ejemplo, el fondo de fondo cósmico (CMB), como homogéneo e isotrópico (excepto por los restos de las perturbaciones supermicroscópicas cuánticas planckianas justo después del Big Bang que condujo más tarde, a medida que el universo evolucionó, a las galaxias y estrellas) - nosotros

El modelo cosmológico aceptado hoy en día es el modelo Lambda CDM, con parámetros mejor tomados de la última publicación de datos del satélite/colaboración de Planck.

Ver para referencias

Cronología del universo https://en.m.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe

Expansión del universo y efectos a pequeña escala https://en.m.wikipedia.org/wiki/Metric_expansion_of_space

La ley de Hubble y la constante. Consulte los números de Wikipedia, en https://en.m.wikipedia.org/wiki/Hubble's_law , en su mayoría del 67 al 72.

Vea los números de la publicación de datos de Planck, muestra menos variación cuando se promedia con varias medidas. Véalo en https://en.m.wikipedia.org/wiki/Planck_(spacecraft)#2015_data_release