¿Qué tan rápido viaja el espacio/tiempo?

Su pregunta es muy fácil de responder porque la respuesta es solo el valor de la constante de Hubble (o su inversa del tiempo de Hubble). El problema es que es difícil explicarle a alguien que no es físico lo que significa la respuesta. Lo intentaré, pero puede que te resulte difícil.

Cuando describimos la expansión del universo, no podemos simplemente hablar de su tamaño. Esto se debe a que se desconoce el tamaño del universo y, de hecho, puede ser infinito, en cuyo caso no tiene ningún tamaño. Solucionamos esto describiendo la expansión usando la distancia entre objetos en el universo.

Supongamos que hay una galaxia a 10 mil millones de años luz de distancia. Si el universo se está expandiendo, esto significa que la distancia a la galaxia aumentará. Entonces, si el universo se expande por un factor de dos, la distancia a la galaxia sería de 20 mil millones de años luz. Por el contrario, si el universo se estuviera contrayendo, la distancia a la galaxia estaría disminuyendo. Si el universo se contrajera a la mitad, la distancia a la galaxia sería de 5 millones de años.

Matemáticamente describimos la expansión usando un factor de escala, que escribimos como$a(t)$. Definimos el factor de escala como uno en este momento, por lo que si el factor de escala aumenta a dos, significa que todo está el doble de lejos y que el universo se ha duplicado en tamaño. Si el factor de escala disminuye a$0.5$significa que todo está el doble de cerca y que el tamaño del universo se ha reducido a la mitad. Calculamos la forma en que el factor de escala varía con el tiempo usando la relatividad general, y los resultados se ven así ( tomados de esta pregunta ):

Dado que describir la expansión del universo es bastante complicado, no hay una respuesta simple a su pregunta ¿ Qué tan rápido viaja el espacio/tiempo? , pero podríamos, por ejemplo, cuánto tarda el universo en duplicar su tamaño. Ese parece un criterio razonable para la velocidad de la expansión. Este tiempo de duplicación se llama tiempo de Hubble y podemos calcularlo a partir del factor de escala. La variación del tiempo del Hubble se ve así (de la misma pregunta que el diagrama de arriba):

El$y$El eje muestra la relación entre el tiempo del Hubble y su valor actual de aproximadamente$14.5$mil millones de años. Entonces$2$sobre el$y$eje significa que el tiempo de Hubble es$29$mil millones de años y$0.5$sobre el$y$eje significa un tiempo de Hubble de$7.25$mil millones de años.

El gráfico muestra que justo después del Big Bang, el tiempo del Hubble era muy pequeño, por lo que el universo se duplicaba en tamaño cada pocos segundos. En este momento se está duplicando en tamaño cada$14.5$mil millones de años, y en el futuro el tiempo de duplicación se establece en un valor constante de alrededor$17$a$18$mil millones de años.

Empecé midiendo el parámetro Hubble, del que estoy seguro que has oído hablar. El parámetro de Hubble es solo el recíproco del tiempo de Hubble. Entonces, un parámetro de Hubble grande significa que el universo se está expandiendo rápidamente y un parámetro de Hubble pequeño significa que el universo se está expandiendo lentamente. Lo útil del parámetro de Hubble es que nos dice qué tan rápido se alejan de nosotros las galaxias distantes. La velocidad$v$de algún objeto a distancia$d$es dado por:

dónde$H$es el parámetro de Hubble. Esto se conoce como la ley de Hubble . El parámetro de Hubble ha ido disminuyendo con el tiempo, por lo que en el pasado los objetos$10$miles de millones de años luz de distancia se movían más rápido que ahora.

Entonces, hay muchas formas de describir qué tan rápido se expande el universo, pero no de manera simple. Sin embargo, espero que esto haya aclarado un poco las cosas sin derretir demasiadas células cerebrales.

¿Qué tan rápido viaja el espacio/tiempo?

Rápido. Pero tenga en cuenta que no hay viajes per se, y que el espacio se expande. Tener un google en eso. El espacio-tiempo es una cosa abstracta de "espacio en todo momento". Aquí hay una representación de ello, cortesía de la NASA:

Parece una copa de champán de costado, sin asa ni base. El eje del tiempo va de izquierda a derecha y el diámetro aumenta. Digamos que el universo real es esférico y se hace más grande todo el tiempo. Si tomas una rebanada del medio cada mil millones de años y alineas todas tus rebanadas de izquierda a derecha como rebanadas de pan, la forma que tendrías sería como esta copa de champán. Cada línea vertical representa mil millones de años.

Se dice que antes del big bang no hubo antes, ya que el espacio/tiempo se creó en el big bang. El big bang crea una rápida expansión del espacio/tiempo... entonces, ¿qué tan rápido es rápido?

Rápido. El big bang es el punto brillante a la izquierda donde comienza la copa de champán. Se dice que el período posterior a eso es cuando ocurrió la inflación, cuando el universo se expandió muy, muy rápido. Sin embargo, nadie sabe esto con certeza, no hay evidencia real de inflación. Sin embargo, hay buena evidencia de que el universo se está expandiendo. Puedes encontrar artículos como este sobre eso:

"La medición más precisa jamás realizada de la velocidad de expansión del universo está disponible, gracias al Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, y es increíble. El espacio mismo se está separando por las costuras, expandiéndose a una velocidad de 74,3 más o menos 2,1 kilómetros ( 46,2 más o menos 1,3 millas) por segundo por megaparsec (un megaparsec son aproximadamente 3 millones de años luz). Si esos números son demasiado para considerarlos, puede estar seguro de que es muy, muy rápido. Y cada vez es más rápido". .

Pero eso realmente no te dice qué tan rápido. Para tener una idea de eso, echa un vistazo al universo observable en Wikipedia:

"La distancia de comovimiento desde la Tierra hasta el borde del universo observable es de unos 14 gigaparsecs (46 mil millones de años luz o 4,3 × 10 ²⁶ metros) en cualquier dirección".

El radio del universo observable es de 46 mil millones de años luz. El universo real podría ser más grande que eso, pero no tenemos evidencia de que lo sea, y ciertamente no tenemos evidencia de que el universo sea infinito. Entonces, por ahora, vayamos con los 46 mil millones de años luz y visualicemos el universo como una esfera en expansión:

_{Imagen CCASA del universo observable por Azcolvin429, ver Wikipedia}

El radio se ha expandido desde un tamaño pequeño hasta al menos 46 mil millones de años luz en 13,8 mil millones de años. Entonces, ¿qué tan rápido se está expandiendo? En promedio, es al menos 3,333333 veces la velocidad de la luz. ¿ Cómo es eso de rápido? Y eso es solo para empezar, porque cada vez es más rápido . Y vea artículos como este que afirman que el diámetro del universo es de al menos 156 mil millones de años luz.

"Toda la distancia recorrida por la luz en el universo primitivo aumenta con la expansión del universo", explica Neil Cornish, astrofísico de la Universidad Estatal de Montana. "Piense en ello como un interés compuesto". ¿Necesitas una imagen? Imagine el universo solo un millón de años después de su nacimiento, sugiere Cornish. Un lote de luz viaja durante un año, cubriendo un año luz. "En ese momento, el universo era unas 1.000 veces más pequeño de lo que es hoy", dijo. "Por lo tanto, ese año luz ahora se ha estirado para convertirse en 1.000 años luz". Todas las piezas suman 78 mil millones de años luz. La luz no ha viajado tan lejos, pero "el punto de partida de un fotón que nos llega hoy después de viajar durante 13.700 millones de años está ahora a 78.000 millones de años luz de distancia", dijo Cornish. Ese sería el radio del universo, y el doble de eso, 156 mil millones de años luz, es el diámetro. Eso se basa en una vista que va el 90 por ciento del camino atrás en el tiempo, por lo que podría ser un poco más grande. "Se puede considerar como un diámetro esférico en el sentido habitual", agregó Cornish reconfortante.

A mí me gusta el interés compuesto. No me gusta la inflación, ni el universo infinito, pero ese interés compuesto me gusta .