¿Por qué es imposible viajar FTL si el universo se expande FTL?

Si el universo está expandiendo el espacio-tiempo más rápido que la luz (FTL), ¿ya no es completamente imposible viajar en FTL?

No se preocupe por los requisitos de energía o la necesidad de nueva tecnología, solo si NO es físicamente imposible dada esta observación / fenómeno natural y real.

Edite la pregunta para limitarla a un problema específico con suficientes detalles para identificar una respuesta adecuada.
Posibles duplicados: physics.stackexchange.com/q/26549/2451 y enlaces allí.
En los idiomas hablados que conozco, "viaje" se refiere solo al movimiento en relación con otros objetos que están estacionarios o viajan a velocidades diferentes de la velocidad a la que viaja el objeto en cuestión. La expansión es intrínsecamente diferente de viajar, porque es diferente del movimiento relativo, aunque el mismo objeto puede, en algunas situaciones, hacer ambas cosas simultáneamente: por ejemplo, puedo estirarme cuando me despierto en el vagón dormitorio de un tren en movimiento. Las nociones que los confunden a menudo implican la confusión entre la Relatividad Especial y GR. Consulte arxiv.org/abs/astro-ph/0310808 .
No publiqué mi comentario como respuesta debido a otros dos hechos: primero, el tiempo y la simultaneidad, como señaló Vilenkin, "no están bien definidos en GR"; segundo, nada no está en un campo gravitatorio. Como los errores descritos en el artículo de D&L son sutiles, y como algunos de ellos varían con el modelo cosmológico, me inclino por la respuesta más complicada.
Cualquiera que sea la velocidad a la que el Universo se expanda, no viaja a través de sí mismo.

Respuestas (5)

La expansión del universo no se mide en unidades de velocidad, por lo que en realidad no se puede comparar con c en primer lugar. Decir que es más rápido que la velocidad de la luz es “comparar manzanas y naranjas”.

La expansión del universo es actualmente de unos 70 (km/s)/Mpc. Era mucho más grande en la época inflacionaria, pero aún tendría las mismas unidades. Entonces, incluso entonces, no tiene sentido comparar la tasa de inflación con la velocidad de la luz. Siempre hay una distancia donde la expansión entre dos puntos separados por esa distancia es menor que c.

Por el contrario, la velocidad de la luz es una velocidad real. Incluso a escala local, una onda de luz viaja a c. Esto es importante porque en GR solo las velocidades locales tienen significado físico. Las velocidades de las cosas que no están colocadas ni siquiera están bien definidas en un espacio-tiempo curvo.

La velocidad de una onda de luz es local y, por lo tanto, significativa, y es c. La expansión del universo no es una velocidad y no se puede convertir en una velocidad local distinta de 0, por lo que no tiene sentido y, por lo tanto, no se puede comparar significativamente con c.

Ahora, preguntaste específicamente sobre los viajes superlumínicos. En el espacio-tiempo curvo es posible que haya múltiples caminos a través del espacio-tiempo y que uno de ellos sea más corto que el otro, de modo que la materia (siempre viajando localmente más lenta que la luz) que toma el camino corto puede llegar antes que la luz que toma el camino largo. Estos se pueden organizar en un tipo de viaje superlumínico y, a menudo, se denominan agujeros de gusano o motores de deformación. Los agujeros de gusano y los motores warp están permitidos según la relatividad general, pero requieren materia con densidad de energía negativa. Nunca se ha encontrado tal materia y no hay razón para suponer que existe.

Hay una solución de energía no negativa que involucra una singularidad desnuda, que es igual de problemática.
"La expansión del universo no se mide en unidades de velocidad" La constante de Hubble no se mide en unidades de velocidad. La expansión entre dos puntos es. "Son permisibles según la relatividad general, pero requieren materia con densidad de energía negativa". No necesita densidades de energía negativas para tener dos caminos similares a la luz entre dos puntos de diferentes longitudes. Si envías un haz de luz hacia un agujero negro y se dobla hacia ti, es posible que la luz llegue a su destino "ganando".
La expansión entre dos puntos no es la expansión del universo.
“ La expansión entre dos puntos no es la expansión del universo. ” Eso es simplemente quisquilloso con la redacción de la pregunta, en lugar de abordar la pregunta real. El punto obvio es que la expansión del universo implica una expansión entre dos puntos más rápida que c y de eso se trata la pregunta. Todo lo anterior “ Esto es importante porque en GR solo las velocidades locales tienen significado físico. ” se lee como si tratara de malinterpretar al interrogador intencionalmente. ¿Por qué no comenzar simplemente con "la expansión entre dos puntos puede ser más rápida que c pero eso no contradice GR"?
"Eso es solo criticar la redacción del interrogador, en lugar de abordar la pregunta real". No, no se trata de palabras, se trata de conceptos. La expansión del universo no es una velocidad y simplemente no puede compararse legítimamente con una velocidad. Si más personas se dieran cuenta de que la expansión del universo no es una velocidad, las variaciones de esta pregunta no surgirían con tanta frecuencia.

Compare esto con una hormiga que camina sobre una banda elástica muy elástica. La velocidad de marcha de las hormigas es limitada, nunca puede superar una cierta velocidad (llamémosla C ). Ahora, si estiramos continuamente la banda elástica, es posible que dos puntos de la banda elástica se separen más rápido que C . Pero cualquier hormiga que se mueva en la banda nunca podrá moverse más rápido que C con respecto a la banda de goma.

La goma elástica es el espacio-tiempo. Traduzcamos esto a la vida real. En cualquier punto del espacio-tiempo podemos asignar un cono de luz, el cono que se trazaría si enviáramos un pulso de luz en todas las direcciones. El futuro de cualquier observador siempre está limitado a estar dentro de este cono de luz. Pero dos puntos en el espacio-tiempo que están muy separados pueden, en principio, moverse a cualquier velocidad entre sí porque el espacio puede estirarse.

Al principio, "estirar" parecía inexacto, porque generalmente significa un intercambio de parte del grosor de un objeto por un aumento en su longitud y/o ancho. Sin embargo, en la visión de al menos un ganador del Nobel de la expansión espacial como "expansión del universo en sí mismo", tal intercambio podría ser necesario, y supongo que la "invariancia de escala" de GR está ahí para acomodarlo.
@Edouard No sé que "estirar" implica necesariamente cambiar el grosor por largo o ancho. Es perfectamente razonable (como en esta respuesta) hablar de un objeto 1-d que se extiende a lo largo de su dimensión. Desde mi experiencia en la educación en ingeniería, la idea de que estirar un objeto hace que se contraiga en otras dimensiones en realidad no es de conocimiento común para los estudiantes que ingresan a un programa de pregrado y debe enseñarse explícitamente.
Gracias por la aclaración: me sorprende que su enseñanza explícita sea parte de un programa de ingeniería. Ya había indicado mi aprobación de su respuesta, según la política habitual de PSE de permitir la aprobación de múltiples respuestas (sujetas a un límite diario) por cualquier participante.
@RHL desde un punto de vista práctico, si estiro una banda elástica y se vuelve "más grande", también debe volverse "más delgada", de lo contrario, estoy creando materia de la nada. Esto no debería ser tan difícil de entender, simplemente algo en lo que uno no piensa realmente hasta que se enfrenta a ello, ¿o me pierdo algo?
@D.Kovács Supongo que he estado haciendo demasiada física porque a menudo pienso en estirar en el sentido abstracto, por ejemplo F ( X / 3 ) se estira por un factor 3 con respecto a F ( X ) .

El límite de velocidad, la velocidad de la luz, afecta a los objetos y la información dentro del espacio-tiempo . No se aplica a los cambios en el espacio-tiempo en sí, que es lo que causa la propia expansión del universo.

Wikipedia tiene un artículo decente sobre esto :

La expansión del universo es el aumento de la distancia entre dos partes del universo observable, dadas y no unidas gravitacionalmente, con el tiempo. Es una expansión intrínseca por la cual la escala del espacio mismo cambia. El universo no se expande "hacia" nada y no requiere espacio para existir "fuera" de él. Técnicamente, ni el espacio ni los objetos en el espacio se mueven. En cambio, es la métrica (que gobierna el tamaño y la geometría del propio espacio-tiempo) la que cambia de escala. A medida que la parte espacial de la métrica del espacio-tiempo del universo aumenta de escala, los objetos se vuelven más distantes entre sí a velocidades cada vez mayores. Para cualquier observador en el universo, parece que todo el espacio se está expandiendo,

Si bien los objetos dentro del espacio no pueden viajar más rápido que la luz, esta limitación no se aplica a los efectos de los cambios en la métrica en sí. Por lo tanto, los objetos que existen a una distancia suficientemente grande de un observador potencial se alejan a una "velocidad" (en términos de distancia/tiempo, no de movimiento) que excede incluso la velocidad de la luz, y no pueden ser observados (debido a la imposibilidad de un señal capaz de atravesar la distancia cada vez mayor entre), limitando el tamaño de nuestro universo observable.

Como efecto de la relatividad general, la expansión del universo es diferente de las expansiones y explosiones que se ven en la vida diaria. Es una propiedad del universo como un todo y ocurre en todo el universo, en lugar de ocurrir solo en una parte del universo. Por lo tanto, a diferencia de otras expansiones y explosiones, no se puede observar desde "fuera" del mismo; se cree que no hay un "afuera" desde donde observar.

Esta respuesta parece consistente con los puntos de vista (que cité ayer), con respecto a la naturaleza de la "expansión" espacial, que tiene el premio Nobel (en Física) John C. Mather. Parecen una inversión del uso común de "expansión", pero, entre los idiomas desarrollados por criaturas que viven en la superficie de una pelota, puede que no haya otra forma de describirlo lingüísticamente, y proporciona una explicación, en el caso de cualquier universo o multiverso cuya masa/energía sea infinita y/o "eterna al pasado", por lo que impide que el cielo nocturno sea una lámina de fuego.
Los mineros del carbón pueden comprender el concepto más fácilmente que yo, pero supongo que "expansión", como "viaje", no necesariamente implica una dirección en particular.
@Edouard: la complicación es que, desde nuestra perspectiva, pensamos automáticamente en la expansión de algo incorrecto. Literalmente, cada vez que algo se expande físicamente en la experiencia cotidiana, queremos decir que el objeto ocupa más espacio, y lo demuestra al ocupar un volumen que antes no ocupaba. Antes tenía 1 m de diámetro, ahora tiene 2 m de diámetro, por lo que se expandió y el espacio permaneció igual : esa es nuestra experiencia de la palabra.......
....... Aquí, lo que se expande es (por así decirlo) la cantidad de espacio entre objetos (y literalmente, entre todos los puntos) , o la métrica que define la geometría del espacio en primer lugar. Todo permanece estacionario o moviéndose como estaba, pero al mismo tiempo la cámara se acerca o se aleja, y de repente ese diámetro de 1 m cuando lo medimos, ahora es de 2 m... pero aún así el objeto no creció ni se expandió para tomar ese espacio extra. El objeto y la habitación no crecieron, ni tomaron el volumen que antes no ocupaban. El espacio mismo creció . Pero no tenemos una experiencia de referencia fácil de ese tipo de expansión.
Sí, no estoy muy seguro de si Mather tenía la descripción correcta o si estoy leyendo bien lo que dijo. John Rennie también ha hecho comentarios sobre la naturaleza métrica y abstracta de la expansión espacial per se. Si sientes que estoy "analogizando demasiado" ese fenómeno, házmelo saber, si tienes tiempo. (Estoy seguro de que la física aprendida leyendo verborrea debe parecerles un asunto muy arriesgado a ustedes, los matemáticos. Mather tiene respaldo en ambos campos, pero sé que incluso Einstein se confundió cuando Cartan trató de explicarle la ECT, así que Seguro que no herirás mis sentimientos.)
Yo mismo, por ejemplo, dudaría en decir que "el espacio mismo creció", por temor a confundir sus fases con analogías parabiológicas o posiblemente seres imaginarios: el espacio parece demasiado "desnaturalizado" por completo para encajar en un marco de crecimiento puramente espontáneo. , independientemente de si golpeó a Tegmark oa Moisés de esa manera.
Supongo que sería un poco como esto: usted conduce su automóvil de A a B, a lo largo de un camino convenientemente recto. Antes de partir, revisa el navegador satelital, de A a B son 1000 km, el automóvil hace 100 km / h, ¡fácil! Después de una hora de manejo, vuelves a revisar el navegador satelital. Extrañamente, A ahora está 200 km detrás de usted, B ahora está 3000 km por delante de usted, pero la computadora de viaje y el velocímetro dicen que ha estado haciendo un constante 100 km / h en control de crucero todo el tiempo. Conduces otras 10 horas, convencido de que ya debes estar allí, solo para descubrir que el navegador por satélite dice que has conducido 50 000 km, te quedan otros 1 200 000 km y has estado conduciendo a 100 km/h todo el camino...
De hecho, conduces y conduces y conduces (¡combustible mágico!) y, en la última verificación, has estado conduciendo 16 años sin descanso, viajaste 4 mil millones de millas desde A, recorriste 29 mil millones de millas para llegar a B y, sin embargo, el navegador satelital sigue funcionando. Estoy seguro de que has hecho exactamente 100 km/h todo el tiempo, y mirando por la ventana ciertamente parece que estás haciendo 100 km/h ahora. Todo parece... ordinario. Y todavía. En realidad nunca llegas a B. Y esa es la luz y el tamaño del universo observable.........

Hay una explicación estándar para todas las preguntas de "¿cómo puede ser esto FTL?". Considere un rayo láser que apunta a una pared a un par de años luz de distancia. Ignore la difracción y todo eso para este experimento de Gedanken. Luego gire la fuente de láser y el punto se mueve a lo largo de la pared. La velocidad a la que se mueve la posición iluminada es fácilmente mucho mayor que C . Sin embargo, no hay energía ni información viajando realmente a la velocidad del punto.
Las situaciones pueden cambiar más rápido que C pero no información o energía (o masa, si es necesario decirlo).

¿No se habría transmitido a cualquier espectador que observara la pared desde una posición muy cercana una ligera, tenue (y tal vez no formulada) incertidumbre, en cuanto a si se había arrojado luz sobre la pared o no? Corríjame si me equivoco, pero pensé que la posición de la mecánica cuántica sobre la luz, como una forma de calor, era que siempre transmite información (independientemente de la inexactitud con la que se interprete esa información).
Cuando digo "quizás incertidumbre no formulada", estoy diciendo que un observador puede quedarse con una impresión vaga y mal interpretada de que su visión ha mejorado brevemente.
@Edouard Considere dos observadores A y B en la pared separados por cierta distancia. Aunque puedes hacer que el punto se mueva de A a B más rápido que C , ninguna información se mueve de A a B, se mueve de usted a A y de usted a B. No hay forma de que A le haga saber a B que vio el punto y que la información llegue más rápido que C . El punto no lleva información de A a B.
Sí, eso es más exactamente lo que sucedería. Para ayudar al OP a ver por qué no es un presagio de que los viajes FTL están a la vuelta de la esquina, un ejemplo más pintoresco sería la marquesina de un teatro antiguo, con filas de bombillas que deletrean cada letra de su nombre secuencialmente: las fallas en el temporizador podrían resultar en la iluminación se extendía de una letra a la siguiente con un retraso que casualmente tomaba solo el tiempo que la luz habría tardado en viajar entre ellas, pero el platillo volador que esperaba para llevarnos a Andrómeda aún permanecería en el horizonte. La información transmitida: un temporizador está roto.
El "impulso de Alcubierre" es probablemente la gran esperanza para el viaje interestelar que podría lograrse dentro de la vida de cada individuo, aunque el blog ("Backreaction") de Sabine Hossenfelder (una física seria, que ha colaborado con Lee Smolin) también ha publicado un artículo reciente sobre él.
Un modelo cosmológico que podría adaptarse a la densidad de energía negativa mencionada por Dale es la "inflación eterna del estado estacionario" eterna del pasado y del futuro de Aguirre & Gratton. encontrado por su nombre en Arxiv: tiene dos flechas de tiempo, que apuntan en direcciones opuestas en lados opuestos de una superficie de Cauchy, pero pasar de un lado al otro parece ser inherentemente imposible.
Por alguna razón, un enlace al blog de Hossenfelder no funciona, pero su último artículo sobre unidades warp, que cubre varios modelos (de los cuales el más probable y reciente permitiría viajar justo por debajo de la velocidad de la luz), se puede encontrar con la búsqueda términos "backreaction" y "warp drive". Busque la pieza de 2022 en la salida.
Si la noticia parece mala (o, en el mejor de los casos, mediocre), recuerda que todo es parte de "no todo sucede a la vez", parafraseando a Feynmann.
La pregunta no se refiere a los puntos de luz que se mueven a través de una pared, sino a la expansión del espacio.
@Acccumulation relájate, amigo: simplemente publiqué un ejemplo básico de cosas que suceden FTL que no violan la regla sobre mover FTL

De acuerdo con la física estándar, no es posible moverse por el espacio más rápido que c . Con la expansión del espacio, el espacio no se mueve a través del espacio, simplemente se expande. En relatividad, no importa qué marco de referencia local estés usando, la velocidad de un objeto a tu lado no puede ser mayor que c . Pero es posible que la distancia de un objeto lejano a usted aumente a un ritmo "más rápido que c ". Una forma de pensar en ello es imaginar un montón de varas de medir entre usted y otro objeto. No es posible que el número de metros que pasas dividido por el tiempo que los pasas sea mayor que c, pero es posible meter más varas métricas entre los objetos, lo que significa que es posible que el número de varas métricas entre usted y su punto de partida dividido por el tiempo transcurrido sea mayor que c (porque había más varas métricas abarrotadas en el espacio después de haberlo atravesado).

¿Por qué es imposible viajar FTL si el universo se expande FTL?
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