¿Por qué se considera que el desplazamiento hacia el rojo de las galaxias distantes es el efecto de la expansión del espacio-tiempo?

Es posible que le interese hojear el documento Expanding Confusion de Davis y Lineweaver, al que he hecho referencia muchas veces en este sitio. En particular, la última oración del resumen dice:

Analizamos las magnitudes aparentes de las supernovas y descartamos por observación la interpretación Doppler relativista especial de los desplazamientos al rojo cosmológicos con un nivel de confianza de 23$\sigma$.

La idea básica es observar la distancia de luminosidad utilizando supernovas de tipo Ia (las "velas estándar" de la cosmología). Los resultados que predeciría a partir de un cambio Doppler, incluso uno relativista especial, no concuerdan con la realidad. Tendrías que tener algunas adiciones bastante ad hoc a tu cosmología relativista especial para obtener estos resultados. La sección 4.2 del documento cubre esto.

Sin embargo, no es sorprendente que haya tanta confusión. Los propios autores se confundieron, y una versión anterior de la Sección 4.1 afirmaba que se podía diferenciar entre los cambios Doppler y GR en función del tiempo con relojes estándar, pero de hecho los dos efectos son indistinguibles. Quizás la mejor parte del documento es el Apéndice B, que brinda unos 25 ejemplos de afirmaciones engañosas o totalmente erróneas sobre este y otros temas relacionados hechas por físicos conocidos.

También debo agregar que también tenemos la radiación CMB para observar, y proporciona un marco de referencia local en reposo único. Es decir, si se está moviendo con respecto al CMB, lo sabrá porque parecerá más caliente en la dirección de avance y más frío en la dirección opuesta. Ahora tenemos una pequeña velocidad relativa a él, pero nada cercano a la velocidad de la luz. Entonces, si intenta explicar los desplazamientos al rojo solo con SR y el efecto Doppler, debe explicar por qué vivimos en una de las 100 o más galaxias que apenas se mueven con respecto al CMB, y por qué los miles de millonesde otras galaxias que observamos se mueven bastante rápido con respecto a ella. En GR, todos pueden estar localmente "en reposo" y ver un CMB isotrópico, mientras se ven desplazados hacia el rojo. Entonces, hay un argumento copernicano para ti: la descripción de SR te obliga a creer que estás en un lugar especial en el universo.

Si desea comprender intuitivamente el corrimiento al rojo cosmológico, conectaré descaradamente mi propia respuesta excesivamente detallada a una pregunta relacionada .

Si el espacio no se expandiera, los desplazamientos hacia el rojo podrían describirse simplemente como un desplazamiento hacia el rojo (relativista), pero...

... si el espacio no se expandiera, el universo tendría que ser un lugar muy extraño. Para empezar, la Relatividad General sería refutada (porque GR predice que el espacio debe expandirse o contraerse), pero GR pasa muchas pruebas experimentales, por lo que estamos bastante seguros de que es correcto. También tendría que explicar cómo existe el fondo cósmico de microondas si no hubiera un Big Bang. Finalmente, por supuesto, tendría que explicar cómo es que se cumple la Ley de Hubble.

Entonces, la razón por la que decimos que el desplazamiento hacia el rojo se debe a la expansión del espacio es porque hay mucha evidencia de que el universo se está expandiendo, y la expansión naturalmente explica los desplazamientos hacia el rojo.

Pregunta 3: ¿Por qué los objetos que están más lejos del centro del universo se alejan más rápido del centro?

Mi opinión: después de que una expansión acelerada (como la inflación) del universo primitivo casi ha terminado, las partículas comenzaron a tener cierta velocidad.

Esta distribución de velocidad naturalmente tiene mayor velocidad cuando está más lejos del centro del universo y tiene menor velocidad cuando está más cerca del centro.

un _ Simulación del Big Bang en el universo de energía cero

[Video para la simulación de Big Bang]

http://www.youtube.com/watch?v=SRUqQM2FfNU

Fig.1. Distribución de velocidades de las galaxias en el universo primitivo. Las flechas rojas muestran el vector de velocidad de las partículas. Se puede saber que la magnitud del vector velocidad es mayor a medida que se aleja del centro.

Incluso si la velocidad de las partículas es cero en el universo primitivo, hay partículas con mayor velocidad en áreas más alejadas del centro y las partículas cercanas al centro tienen una velocidad relativamente baja por inflación (una expansión acelerada). Cuando la masa positiva se contrae gravitatoriamente para formar una galaxia, se debe conservar el impulso, por lo que sigue existiendo una velocidad inicial más alta a medida que se aleja del centro del universo.

B. _ Distribución natural de la velocidad en el espacio 3D Pensando de otra manera, el espacio tridimensional se puede dividir en 3 áreas (desde el centro) hasta el área lejana, media y cercana. Incluso si la velocidad del área lejana es más baja que la del área media, las partículas del área media superan a las partículas del área lejana cuando pasa el tiempo porque la velocidad de las partículas medias es mayor. Como resultado, la distribución de velocidad de las partículas muestra que la velocidad de las áreas lejanas es la más alta, la del medio es la segunda y la del área cercana es la tercera.

c _ Distribución de velocidad cuando existe algún tipo de fuente antigravitacional Si existe algún tipo de fuente antigravitacional en 3 dimensiones, M existe con densidad uniforme, la distribución de velocidad anterior puede existir.

Si la fuente antigravitacional se distribuye uniformemente en el tiempo de expansión acelerada como la inflación del universo primitivo, existe una mayor aceleración a a medida que r se vuelve más grande y la distribución de la velocidad tiene una velocidad más alta a medida que el radio del universo se hace más grande. Como resultado, existe una mayor velocidad para las partículas de un área alejada del centro del universo después de que finaliza la inflación.

Las 3 explicaciones que se muestran arriba significan que una mayor velocidad para una mayor R (distancia desde el centro del universo) después de la inflación en el universo primitivo no es un fenómeno peculiar. Si la velocidad en un área pequeña en el universo primitivo se distribuye de 0 a c y si pasa algún tiempo, la distribución de la velocidad estará en el orden anterior.

La expansión del universo y la expansión del espacio no son el mismo concepto. Estoy de acuerdo en que el universo se está expandiendo. Pero, la expansión del espacio debe ser revisada.