¿Qué pasará si la expansión del universo continúa acelerándose?

Para este experimento mental, suponga que la velocidad a la que se expande el universo es exactamente$c$.

Así no es como funciona la expansión. La tasa de expansión está descrita por el parámetro de Hubble,$H$, y el parámetro de Hubble nos dice las velocidades de recesión (promedio) a una distancia$d$. La ecuación es simplemente:

El parámetro de Hubble normalmente se da en unidades de (km/seg)/MPc, donde la unidad MPc es un megaparsec. Entonces, los objetos a una distancia de 1 MPc tienen una velocidad de recesión promedio de$H$km/seg. Los objetos a una distancia de diez MPc tienen una velocidad de recesión promedio de$10H$km/seg, y así sucesivamente. El valor actual de$H$esta alrededor$70$(km/seg)/Mpc, aunque existe una incertidumbre bastante grande en el valor y podría estar en cualquier parte del rango$62$a$82$(km/seg)/Mpc.

En un universo sin energía oscura el valor de$H$cae con el tiempo a medida que la atracción gravitacional mutua de la materia frena la expansión. En un universo con energía oscura el valor de$H$tiende a un valor constante, y en expansiones patolgicas como el Big Rip el valor de$H$aumenta con el tiempo. Para obtener más información sobre esto, consulte ¿Cómo cambia el parámetro de Hubble con la edad del universo?

Para cualquier valor de$H$hay una distancia donde la velocidad de recesión es igual a la velocidad de la luz. De la ecuación (1) esta distancia es simplemente:

Y como sugiere en su pregunta, la luz emitida a esta distancia no puede alcanzarnos. Esta distancia se llama horizonte de partículas .

Si la energía oscura se comporta como una constante cosmológica entonces en nuestro universo el parámetro de Hubble tenderá a un valor constante de aproximadamente$20$% menos que su valor actual, lo que sitúa el horizonte de partículas a unos 16.000 millones de años luz.

Entonces, en un futuro lejano, todos los observadores del universo tendrán un horizonte de eventos cosmológico de alrededor de 16 mil millones de años luz y nunca podrán ver más allá del universo. Sin embargo dentro de esta distancia todo se comporta normalmente.

Existe una idea (tremendamente especulativa) de que la densidad de energía oscura puede aumentar con el tiempo y eventualmente llevar el parámetro de Hubble al infinito. Esto se llama el Big Rip . En efecto, esto destrozará todo y destruirá todo, sin embargo, actualmente no hay evidencia de que esto suceda.

Un par de puntos finales. En primer lugar, la energía no se conserva en la expansión del universo. Este es el caso sin importar cómo se expande el universo y no requiere energía oscura para hacer algo extraño como un Big Rip. Ver por ejemplo:

• ¿Ley de conservación de la energía y Big Bang?

• ¿Cómo es consistente la energía oscura con la conservación de la masa y la energía?

En segundo lugar, el vacío no está lleno de partículas virtuales . La idea de que las partículas virtuales se separen es solo un modelo de juguete que se introdujo originalmente para dar una guía aproximada de la radiación de Hawking. Las partículas virtuales son un dispositivo matemático y en realidad no existen.

Cada tipo de materia ejerce una presión proporcional a su densidad, a saber.$p=w\rho c^2$. Para la materia ordinaria,$w=0$; por radiación,$w=\frac{1}{3}$; por la energía oscura,$w<-\frac{1}{3}$, aunque se desconoce el valor exacto. El escenario "Big Rip" que describe ocurre si$w\le -1$. No evitaría que las partículas virtuales se aniquilaran, porque no obedecen a la misma relación casual energía-momento que las partículas reales.