Si los objetos no se mueven cuando el universo se expande, ¿cómo puede resultar la expansión en un corrimiento hacia el rojo?

De hecho, el corrimiento al rojo no es causado por el movimiento de los objetos, sino por la expansión misma. Este es un resultado teórico de considerar la métrica FLRW para un rayo de luz que viaja en una geodésica nula.

Una derivación se puede encontrar aquí .

El corrimiento al rojo cosmológico$z$es dado por$z+1 = 1/a$, dónde$a$es el factor de escala (el tamaño del Universo) en el momento en que se emitió la luz. Observe que a este resultado no le importa cómo se expandió el Universo. En principio, podrías imaginar un universo que fuera estático cuando se emitiera la luz y estático cuando se observara la luz, pero expandido por el factor$a$en algún punto intermedio, y observaría el mismo corrimiento hacia el rojo como si ese universo se hubiera expandido gradualmente mientras tanto. Esto contrasta marcadamente con un desplazamiento Doppler normal, donde en tal caso hipotético, no se observaría un desplazamiento hacia el rojo.

Tenga en cuenta también que las galaxias se alejan más rápido que la velocidad de la luz.$c$no es impedimento para que los veamos; todas las galaxias con un corrimiento al rojo observado mayor que$z\simeq1.4$retrocede más rápido que$c$. La galaxia observada más distante, GN-z11, tiene un corrimiento al rojo de$z=11.09$, y retrocede en$v\simeq2.2c$. Cuando emitió la luz que vemos, retrocedió aún más rápido, es decir, en$v \simeq 4.3 c$. Vea la "paradoja" de la hormiga en una cuerda de goma para obtener una explicación intuitiva.

Si los objetos no se mueven cuando el universo se expande, ¿cómo puede resultar la expansión en un corrimiento hacia el rojo?

Porque los objetos se mueven en relación unos con otros. Ninguno se está moviendo a través del espacio, pero el espacio se está expandiendo. Entonces, dos galaxias que solían estar separadas por mil millones de años luz ahora están separadas por 2 mil millones de años luz.

De acuerdo con la página wiki sobre el universo en expansión, el universo se está expandiendo (que es como vemos la luz desplazada hacia el rojo de galaxias distantes), sin embargo, esta expansión no da como resultado el movimiento de objetos a través del espacio alejándose unos de otros. En cambio, esta expansión es la formación de un nuevo espacio de modo que todos los objetos en el espacio mantengan una relación estática con el espacio.

Sí, mantienen una relación estática con su espacio local, pero no entre ellos. Vea la analogía del pastel de pasas . Las galaxias se están separando porque están incrustadas en el espacio que se está expandiendo.

Esto debería significar que, como luz producida por una fuente de luz distante que se está expandiendo alejándose de nosotros, no se está alejando del fotón. Luego, el fotón viaja por el espacio, y este viaje toma más tiempo como resultado de la expansión, pero una vez que el fotón está en el espacio cerca de la Tierra, la Tierra no se aleja de la luz. En el momento en que la luz está a la misma distancia del telescopio que una linterna sostenida frente al telescopio, el telescopio no se está alejando del fotón más de lo que se está alejando del fotón producido por la linterna. Entonces, SI la expansión no es el resultado del movimiento a través del espacio, ¿CÓMO mostramos el corrimiento al rojo?

Debido a que el espacio se expande, dos galaxias se separan, por lo que tienen una velocidad relativa, por lo que el fotón se ve desplazado hacia el rojo. En realidad, no se ha desplazado hacia el rojo. No ha perdido energía. Cuando te alejas de una fuente de luz, parece desplazada hacia el rojo, pero la luz no cambió, sino que tú cambiaste. La cosmóloga Tamara Davis dice lo mismo en el artículo de Scientific American de 2010 ¿Está el Universo perdiendo energía? :

^{Imagen de Tamara Davis y Scientific American, consulte ¿Está perdiendo energía el universo?}

La única razón por la que puede tener sentido que los objetos lo suficientemente lejos puedan expandirse lejos de nosotros MÁS RÁPIDO que la velocidad de la luz (que es la razón por la cual los telescopios no pueden ver más allá) es que estos objetos no se mueven a través del espacio para lograr esta expansión.

Podemos ver galaxias que siempre se han estado alejando de nosotros más rápido que la luz. Ver Confusión en expansión: conceptos erróneos comunes sobre los horizontes cosmológicos y la expansión superlumínica del Universo por Tamara Davis y Charles Lineweaver. También vea la hormiga en la cuerda de goma.