¿Se está acelerando realmente la expansión del universo? ¿O simplemente lo parece?

Saqué esta cita de un artículo sobre la constante de Hubble:

"... por ejemplo, si se determina que la constante de Hubble es de 50 km/s/Mpc, una galaxia a 10 Mpc tendría un corrimiento al rojo correspondiente a una velocidad radial de 500 km/s".

En esta ilustración provista del artículo, si esta fue la observación medida desde la tierra, esto describe una tasa constante de expansión, no una aceleración. Solo parece ser una aceleración debido a nuestra posición algo fija en el universo. Si la expansión es realmenteacelerando, esperaríamos ver la velocidad además de la constante cada vez que midiera otros 10 Mpc (para mantenerse dentro del marco del ejemplo provisto). Entonces, si la tasa constante de expansión fuera de 50 km/s/Mpc, una expansión que también estuviera acelerando auténticamente produciría 50 km/s/Mpc +X... con X igualando la velocidad agregada por la aceleración de la expansión. Un número que describe una velocidad no da ninguna indicación de la aceleración, lo que se necesita es una relación que muestre un aumento en la velocidad a lo largo de la distancia más allá de lo que uno esperaría observar a partir de una expansión constante.

La constante de Hubble es cómo sabemos que el universo se está expandiendo, pero no tengo claro cómo muestra la aceleración, si es que lo hace.

Entonces... Ya sé que mi observación no es de conocimiento común porque nunca se menciona en explicaciones públicas sobre la expansión o conversaciones sobre energía oscura. A menudo se menciona cómo la expansión está ocurriendo en todas partes al mismo tiempo, y esto se ilustra de varias maneras diferentes para ayudar a las personas confundidas a comprender por qué parece que estamos en el "medio" del big bang... Entiendo todo eso, no hay necesidad de volver a hacer hash. Lo que digo es que hay una observación corolaria de "aceleración" a la expansión que es igualmente confusa. Un universo que se expande a un ritmo constante no se verá muy diferente de un universo que se expande a un ritmo acelerado. Sí puede estar ocurriendo una auténtica aceleración, y quizás simplemente no se explique bien, porque a nadie se le han ocurrido buenos dibujos para pintar que describan la diferencia sin ecuaciones gruesas... No sé. Eso es lo que estoy tratando de llegar al fondo.

¿Cuál es la tasa de "aceleración" y cómo la diferenciamos de la "aceleración" observada de objetos distantes que esperaríamos observar dada una tasa constante de expansión?

La respuesta aquí es relevante: < physics.stackexchange.com/q/24337 >
El hecho de que nadie lo mencione a nivel popular no significa que nadie lo sepa. Los efectos de los que habla están todos presentados y explicados incluso en los libros de texto de cosmología de introducción más básicos. Como laico, está expuesto a quizás el 0,001% de la historia completa; lo que dices está muy lejos de ser nuevo.
Si realmente no quieres ver ninguna ecuación, entonces todo lo que puedo decirte es que el efecto del que estás hablando ya se tiene en cuenta universalmente. Es como preguntar si un fabricante de automóviles ha tenido en cuenta la gravedad.

Respuestas (2)

Este parece ser el principal problema que tienes:

Un universo que se expande a un ritmo constante no se verá muy diferente de un universo que se expande a un ritmo acelerado.

Y la respuesta a esto depende de un punto clave: la luz viaja a una velocidad constante y, en la escala del universo, una velocidad que nos permite ver el pasado.

Cuando miras objetos muy distantes en el universo, los estás viendo en el pasado. Digamos que un objeto parece estar a 5 mil millones de años luz, luego la luz por la que lo vimos tardó cinco mil millones de años en alcanzarnos y el objeto se ha movido desde entonces.

Podemos decir que se están moviendo porque podemos medir las longitudes de onda de ciertas líneas en su espectro y sabemos el valor que tendrían si estuvieran en reposo y cualquier diferencia nos dice la velocidad de los objetos en relación con nosotros.

Y de eso vemos algo muy interesante: cuanto más lejos están los objetos (en una escala cósmica), más rápido van. Estos datos son consistentes en todas las direcciones y dan lugar a la Ley de Hubble .

Eso nos dice que hay una aceleración y se relaciona con la distancia entre los objetos.

Entonces llegamos al punto de explicar que desde nuestra "instantánea" del universo que vemos ahora, podemos decir no solo que se está expandiendo, sino que hay una aceleración de esa expansión.

Ahora no quiere matemáticas, así que todo lo que puedo hacer es decirle que después de que se descubrió la teoría general de la relatividad (GR) se hizo un hallazgo teórico muy importante llamado métrica FLRW . Esta métrica predice algo que la física no relativista no puede: que el universo puede expandirse de la forma en que lo vemos.

Más recientemente, hemos descubierto que el universo no se está expandiendo simplemente, sino que la aceleración es más rápida de lo que explicaba nuestra teoría inicial. Esto nos ha llevado a considerar que existe algo llamado "energía oscura" que "súper acelera" (a falta de una mejor expresión) la expansión.

Preguntaré un seguimiento natural de esto: dado que los objetos más lejanos se ven necesariamente en puntos anteriores del tiempo cosmológico, ¿cómo estamos alineando actualmente la distancia/edad/velocidad? En otras palabras, se mide que un objeto a 10 mil millones de años luz de distancia viaja a una velocidad X, pero esa es también su velocidad desde hace mucho tiempo. En un universo en aceleración, parece que los objetos más lejanos también tendrían las velocidades MÁS LENTAS, ya que los estamos viendo en el momento más temprano. Pero nunca es así como se informa en los artículos populares.
Básicamente estás pensando en el espacio-tiempo como si no estuviera vinculado. Para comprender esto, debe permitir que el tiempo y el espacio estén íntimamente vinculados. También estás olvidando que la expansión funciona en ambos sentidos. Después de que la luz que vemos dejó los objetos de los que procedía, el espacio siguió expandiéndose y nosotros (en efecto) nos alejamos más y nos alejamos más rápido del objeto (en relatividad, quién está estacionario depende de quién pregunte :-)). Estoy tratando de mantener esto demasiado simplificado, pero en realidad solo las matemáticas le dan sentido a esto: el sentido común se rompe porque no incluye GR.
@StephenG: Te estás perdiendo el hecho de que la teoría anterior predijo una desaceleración, no solo una aceleración más lenta.
Podemos estar bastante seguros de que la velocidad de la luz es constante en el espacio, pero no podemos estar tan seguros de que sea constante a lo largo del tiempo.
@AlanGee La velocidad de la luz está ligada a las transformaciones de Lorenz y está formulada dentro del marco de cuatro vectores de la relatividad especial. El tiempo es intrínseco a la definición de constancia.

Supongo que preferirías no tener una respuesta con matemáticas. Si me equivoco en esto, hágamelo saber para que pueda presentar una explicación más "correcta" sobre la aceleración.

Demuestra que acepta (a la manera de su ejemplo) que el universo se está expandiendo de acuerdo con la Ley de Hubble (consulte

https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble's_law ).

velocidad de un objeto distante = constante de Hubble por distancia.

Era bien sabido desde la década de 1920 que la constante de Hubble no es una constante, pero su valor cambia con el tiempo.

Un objeto que se mueve con una velocidad relativa a un observador (menor que la velocidad de la luz), ya sea alejándose o acercándose al observador, también está sujeto a la posibilidad de que pueda acelerar o desacelerar. Antes de hace unos veinte años, se entendía que el universo se estaba desacelerando. Es decir, la constante de Hubble se estaba haciendo más pequeña desde el comienzo del universo. La tasa de desaceleración del universo fue en términos del parámetro de desaceleración

q = − ( 1 + d H / d t H 2 ) .

Hace unos veinte años, después de recopilar una gran cantidad de datos astronómicos, se determinó que el valor de q cambiaba de negativo (desaceleración) a positivo (aceleración).

Hay una ecuación que relaciona el valor de la constante de Hubble con lo que se llama el "factor de escala", que es una escala del tamaño del universo. La constante de Hubble es la tasa de cambio del factor de escala dividida por el factor de escala. La ecuación de la ecuación de Friedmann describe cómo cambia la constante de Hubble a medida que cambia el factor de escala. Esta ecuación también predice que en un futuro distante la aceleración del universo se ralentizará y el parámetro de Hubble se convertirá en un valor constante real que no cambia.

El parámetro del Hubble se está haciendo más pequeño. El parámetro de Hubble no es la tasa de cambio del factor de escala.
Hola @Rob Jeffries: Gracias por señalar mis errores. He hecho algo de edición para arreglarlos.
Pero un parámetro de Hubble que no cambia implica una aceleración exponencial.
@Rob Jeffries Lo entiendo. ¿Me recomiendas que agregue eso a mi respuesta?
¿Se está acelerando realmente la expansión del universo? ¿O simplemente lo parece?
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