Entonces, ¿dónde están estas medidas de galaxias que se mueven más rápido que la luz?

https://physics.stackexchange.com/questions/400457/what-does-general-relativity-say-about-the-relative-velocities-of-objects-that-a

"realmente podemos observar galaxias que se alejan de nosotros en >c"

Um, creo que me perdí el titular innovador que decía que los científicos habían medido directamente una galaxia que se alejaba de nosotros a velocidades más rápidas que la luz.

Así que la primera respuesta parece contradecir esta otra respuesta

https://physics.stackexchange.com/questions/107748/how-are-galaxies-receding-faster-than-light-visible-to-observers

"Si la velocidad de recesión en la ubicación de un fotón viajero fuera mayor que la velocidad de la luz durante todo el tiempo que el fotón de una galaxia distante estuviera viajando, nunca observaríamos el fotón".

Parece de sentido común que a cierta distancia, el espacio se expande más rápido que la luz, lo que impide que la luz más allá de cierta distancia llegue a la Tierra, lo que significa que no podemos medir directamente las galaxias que viajan más rápido que la luz, pero podemos insinuar que lo hacen al proyectando su velocidad más allá del universo observable. ¿Pero quién tiene razón?

Si una galaxia solía estar dentro del universo observable, podemos medir los fotones de esa galaxia que llegan a la Tierra a pesar de que esa galaxia puede estar actualmente fuera del radio observable del universo. Se puede proyectar que las galaxias viajan más rápido que la luz debido a la expansión del espacio, pero no he visto que podamos medirlas directamente porque el desplazamiento hacia el rojo de los fotones es proporcional a la cantidad de espacio que se expande entre nosotros y un Cierta distancia.

Ambos lo son, aunque el segundo podría ser más claro. Leer Davis y Lineweaver arxiv.org/abs/astro-ph/0310808
Considere el ejemplo estándar de Física 101 de un "valor" mayor que la velocidad de la luz: tome una linterna y gírela. Se percibe que el punto del haz a una distancia de, digamos, 1LY, se mueve a 2 π ∗ C , pero ninguna energía o información real viaja a esa velocidad.
Los fotones emitidos por la fuente siguen viajando en c, la rotación no cambia eso. Sin embargo, la forma real de pilar/cono del haz de luz puede, a cierta distancia, proyectarse a velocidades angulares superiores a c.
"La velocidad de recesión en la ubicación de un fotón que viaja fuera mayor que la velocidad de la luz durante todo el tiempo que el fotón de una galaxia distante estuvo viajando, nunca observaríamos el fotón". no es correcto. Si es necesario podría buscar el extremo de una referencia. Responder a su pregunta requiere una explicación de toda la cosmología, me temo. ..
PD: En realidad la ref. se da en la respuesta de @John Duffield

Respuestas (4)

Entonces, ¿dónde están estas medidas de galaxias que se mueven más rápido que la luz?

Son medidas de corrimiento al rojo. Echa un vistazo al artículo de corrimiento al rojo de Wikipedia . Es algo bueno.

"realmente podemos observar galaxias que se alejan de nosotros en >c"

Es cierto. Puedes pensar que no puede ser , pero puede ser.

Um, creo que me perdí el titular innovador que decía que los científicos han medido una galaxia que se aleja de nosotros a velocidades más rápidas que la luz.

No es innovador en absoluto. Es más simple de lo que piensas.

Entonces, la primera respuesta parece contradecir esta otra respuesta https://physics.stackexchange.com/questions/107748/how-are-galaxies-receding-faster-than-light-visible-to-observers "Si la velocidad de recesión en la ubicación de un fotón que viaja fuera mayor que la velocidad de la luz todo el tiempo que el fotón de una galaxia distante estuviera viajando, nunca observaríamos el fotón".

Sí, eso es un poco desafortunado, porque también dice esto: "las galaxias con desplazamientos hacia el rojo superiores a ~3 se alejaron y se están alejando de nosotros más rápido que la luz" .

Parece de sentido común que a cierta distancia, el espacio se expande más rápido que la luz, lo que impide que la luz más allá de cierta distancia llegue a la Tierra, lo que significa que no podemos medir directamente las galaxias que viajan más rápido que la luz. ¿Pero quién tiene razón?

El tipo que dice que podemos ver galaxias que estaban y están alejándose de nosotros más rápido que la luz. Según el comentario de Rob, véase Expansión de la confusión: conceptos erróneos comunes sobre los horizontes cosmológicos y la expansión superlumínica del Universo por Tamara Davis y Charles Lineweaver. Tenga en cuenta esto: "Mostramos que podemos observar galaxias que tienen, y siempre han tenido, velocidades de recesión mayores que la velocidad de la luz". Consulte la página 8: "Entre quienes reconocen que las velocidades de recesión pueden superar la velocidad de la luz, a veces se afirma que los objetos con velocidades de recesión más rápidas que la velocidad de la luz no son observables [Apéndice B: 9-13]".

Lea también el artículo de Wikipedia sobre una hormiga en una cuerda de goma . La cuerda de goma se estira mientras la hormiga camina sobre ella: "A primera vista, parece que la hormiga nunca llegará al final de la cuerda, pero de hecho lo hace (aunque en la forma indicada anteriormente, el tiempo que tarda es colosal). Cualquiera que sea la longitud de la cuerda y las velocidades relativas de la hormiga y el estiramiento, siempre que la velocidad de la hormiga y el estiramiento permanezcan constantes, la hormiga siempre podrá llegar al final con el tiempo suficiente. es estirarse tanto por delante como por detrás de la hormiga, conservando la proporción de la cuerda ya recorrida por la hormiga y permitiendo que la hormiga progrese continuamente".

Hay una sección sobre la expansión métrica del espacio . Dice esto: "Al pensar en los fotones de luz como hormigas que se arrastran a lo largo de la cuerda de goma del espacio entre la galaxia y nosotros, podemos ver que así como la hormiga puede llegar al final de la cuerda, la luz de galaxias distantes, incluso algunos que parecen estar retrocediendo a una velocidad mayor que la velocidad de la luz, eventualmente pueden llegar a la Tierra, dado el tiempo suficiente. Sin embargo, la expansión métrica del espacio se está acelerando. No se garantiza que una hormiga en una cuerda de goma cuya expansión aumenta con el tiempo llegar al punto final. [3] La luz de galaxias suficientemente distantes puede, por lo tanto, nunca llegar a la Tierra " .

¿No recuerda ese fiasco en el que se informó de un error en el LHC que mostraba que los neutroinos viajaban más rápido que la luz? Si los medios tuvieran la oportunidad de decir que algo viaja más rápido que la luz, la aprovecharían. Lo que dices todavía parece un muñeco de paja: no dudo que haya galaxias que viajen más rápido que la luz, simplemente dudo que podamos medir directamente esas galaxias en el acto. Obviamente, los fotones de cuando una galaxia solía estar en el universo observable son medibles, pero los fotones de esa misma galaxia actualmente fuera del OU no deberían ser medibles.
@JohnJoe no, las galaxias no viajan más rápido que la luz. Es la expansión del propio universo (un concepto muy confuso) lo que hace que la distancia entre nosotros y la galaxia aumente más rápido de lo que puede viajar un fotón.
Sí, hay 100% absolutamente galaxias que viajan más rápido que la luz de acuerdo con los modelos cosmológicos más precisos, solo que el medio para hacerlo es la expansión del espacio en lugar de usar energía cinética, preservando así la localidad. Ya sea mediante la expansión del espacio o la energía cinética, la distancia total entre nosotros y esas galaxias sigue aumentando en ambos casos.
@John Joe: hay muchas cosas en los medios al respecto . Pero son noticias viejas. Probablemente estuvo en todas las primeras planas hace cincuenta años o algo así. Eso sí, no me sorprendería si algo así estuviera en todas las noticias en una fecha futura. Google sobre neutrinos llegó primero .

Sin entrar en los tecnicismos de los diagramas de espacio-tiempo y las hormigas, creo que la forma más rápida de entender esto es mirarlo desde la perspectiva de la galaxia distante. Por ejemplo, tomemos GN-z11 , que en realidad se alejó de nosotros en v ≃ 4 C cuando emitía la luz que vemos hoy:

Un fotón salió de GN-z11 en v = C . El espacio se expande, por lo que aunque el fotón en cualquier momento viaja localmente a v = C , aumentó su distancia a GN-z11 a una velocidad cada vez mayor v > C .

La Vía Láctea se retiró de GN-z11 en v ≃ 4 C , pero localmente tiene v ≃ 0 , y hasta hace poco el Universo se expandía cada vez más lento.

En algún momento, el fotón alcanzó un punto en el que el Universo se expandió en, digamos, v = 0.1 C wrt. GN-z11, por lo que el fotón retrocedió en v = 1.1 C . Más tarde, llegó a un punto en el que el Universo se expande en v = C wrt. GN-z11, por lo que retrocedió en v = 2 C de GN-z11. Y así.

Eventualmente, simplemente "alcanzó" a la Vía Láctea.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que esto solo es posible porque la tasa de expansión no se aceleró hasta hace poco. La aceleración pone un límite a la rapidez con la que las galaxias pueden retroceder y seguir siendo visibles. Hoy, ese límite pasa a ser aproximadamente v = 1.2 C , correspondiente a galaxias a unos 17 mil millones de años luz de distancia. Los fotones que salen de GN-z11 hoy nunca nos alcanzarán, aunque "solo" se aleja de nosotros en v = 2.2 C hoy.

Desde la perspectiva de una galaxia distante, si el espacio se expande más rápido que c en su radio observable, entonces la luz de la Vía Láctea en el momento en que excede el radio observable de esa galaxia no llegará a esa galaxia. Antes de que el espacio se expanda a la velocidad de la luz a esa distancia, los fotones de esa distancia seguirán llegando a esa galaxia, asumiendo una velocidad constante.
@JohnJoe En realidad, eso no es correcto. Cuando GN-z11 emitió la luz que vemos hoy, estaba a unos 2½ Glyr de distancia, bastante fuera de nuestro Universo observable en ese momento, que tenía solo ~1 Glyr de radio, y en el borde del cual las cosas ya se alejaban de nosotros en v ~ 2c.
Pero si no quieres simplemente creer en mi palabra (aunque puedo asegurarte que es correcta), creo que tendrás que entender un diagrama de espacio-tiempo, así como también cómo calcular distancias, velocidad de recesión, etc. echando un vistazo a esta gran publicación de physics.SE.
De nuevo, esto es con una aceleración en la aceleración del espacio, me referí específicamente a la aceleración constante. No veo evidencia de que una expansión constante no produzca los resultados que describí, como también se describe en el artículo de arXiv.
Creo que no entiendo exactamente a qué te opones. Tienes razón en que no medimos las velocidades de las galaxias. Medimos los desplazamientos hacia el rojo y los interpretamos como que se deben a que los fotones han viajado a través de un espacio en expansión, y luego lo interpretamos como que el espacio en expansión aleja galaxias distantes de nosotros a una velocidad cada vez mayor. Esto es relatividad general . En principio, es posible una interpretación relativista especial , pero se descarta con un significado muy alto, como se explica en Davis & Lineweaver 2004.
escritura a la aceleración de la expansión, eso es realmente un detalle menor en este aspecto, y solo significa que hay un límite para la velocidad de recesión de las galaxias observables .

La situación ni siquiera requiere la relatividad general, lo mismo puede suceder con las hormigas que se arrastran sobre una sábana de picnic de goma. Imagina que estás sentado en el centro de una sábana de goma muy elástica, y las hormigas se arrastran hacia ti a la velocidad de las hormigas desde los bordes exteriores de la sábana. Le pides a algunos amigos que sigan tirando de los bordes de la sábana a una velocidad un poco más rápida que la que pueden arrastrar las hormigas. ¿Eso te protegerá de las hormigas? No, lo creas o no, las hormigas aún te alcanzarán. Al principio se están alejando de ti, pero si marcas las líneas de la cuadrícula en esa hoja, verás que las hormigas siguen avanzando a través de esas líneas de la misma manera. Eventualmente te llegan, al igual que la luz de una galaxia cuya distancia de nosotros aumenta más rápido que c.

Tenga en cuenta que la segunda cita no se trata de la velocidad en el borde de la hoja, dice que las hormigas no lo alcanzarán si todos los puntos de la hoja a los que acceden se alejan de usted más rápido que la velocidad de la hormiga. Esa es una situación muy diferente.

Esto no parece tener en cuenta la aceleración de la expansión. En esa situación, las hormigas (o la luz) más allá de cierta distancia nunca podrán alcanzarte.
Una vez más, no dudo que haya galaxias que viajen más rápido que la luz, simplemente dudo que midamos directamente las galaxias en el acto de hacerlo.
@JohnJoe Duda todo lo que quieras. El corrimiento al rojo cosmológico no es un corrimiento Doppler relacionado con una velocidad de la misma manera que el efecto Doppler relativista especial. Los objetos con desplazamientos al rojo superiores a aproximadamente 1,5 se alejan actualmente de nosotros más rápido que la velocidad de la luz.
@Chappo: sí, la analogía de la hoja de goma tendría que acelerarse para ser una analogía perfecta, pero la idea básica aún se mantiene: las hormigas pueden llegar a usted incluso cuando comienzan a retroceder en partes de la hoja más rápido que hormiga-velocidad. Pero si la aceleración es lo suficientemente rápida, eventualmente ya no podrán llegar a ti.
En el documento arXiv, "La luz que emiten los objetos que retroceden superlumínicamente se propaga hacia nosotros con una velocidad peculiar local de c, pero dado que la velocidad de recesión a esa distancia es mayor que c, la velocidad total de la luz se aleja de nosotros (Ec. 20 )" El documento parece estar diciendo que los fotones emitidos desde una distancia mayor que el radio del universo observable viajarán "alejándose" de nosotros, no hacia nosotros, así que sí, seguiré dudando todo lo que quiera.
@JohnJoe: lo que te estás perdiendo es que esos fotones solo se alejarán de nosotros al principio. A medida que avanzan inevitablemente a través de la "hoja de goma", eventualmente comenzarán a avanzar y eventualmente nos alcanzarán. Las hormigas también lo harían. De hecho, esto es exactamente lo que le sucedió a la luz que vemos en las galaxias alejándose de nosotros a un ritmo más rápido que c. Solo la aceleración de la expansión puede evitar que esos fotones lleguen finalmente a la Tierra, pero no impidió que esos fotones nos alcanzaran porque la aceleración no fue importante durante la mayor parte de la historia del universo.
Parece que eres ambiguo con tus ejemplos. Me refiero al ejemplo principal en el que asumimos que el espacio de tasas se expande ahora a la tasa que siempre ha sido, porque ese es el modelo más simple a partir del cual se construyen proyecciones más complejas. En ese modelo, si se crea espacio entre la Tierra y un fotón a una velocidad que excede c, ese fotón no puede llegar a la Tierra. No veo nada que lo cuestione, y eso es lo que estoy verificando primero, así que si dice que eso es incorrecto, entonces la premisa de sus afirmaciones sobre la aceleración también debe ser incorrecta, ya que se construyen a partir de ese ejemplo.
Ese es exactamente el ejemplo con el que comencé también, pero tu conclusión es incorrecta. Si se tira del borde de la sábana de picnic a una velocidad constante que es un poco más rápida de lo que puede arrastrar una hormiga, al principio las hormigas se alejarán más de la canasta de pícnic, pero si dibuja líneas de cuadrícula en la sábana, verá el las hormigas en realidad están avanzando a través de esas líneas de cuadrícula y eventualmente llegarán a la línea de cuadrícula donde está la canasta. Eso es exactamente lo que sucede cuando vemos una galaxia que siempre se ha estado alejando de nosotros más rápido que c. Suena mal, pero es correcto.
Sin embargo, el espacio no es de goma. Y no hay evidencia experimental que demuestre que el espacio se estira. ¿Cómo puede estirarse el vacío?
La imagen de estirar el espacio es exactamente eso: una imagen, y una muy fácil de usar porque es tan realista que cualquiera puede visualizarla. La verdadera belleza es, funciona exactamente correctamente, una consecuencia del principio cosmológico. Después de eso, todo es cuestión de la dinámica de la tasa de estiramiento, para eso es todo lo que necesita el resto de la cosmología.

Si entiendo el contexto correctamente, el problema del malentendido aquí es el marco de referencia. Entonces, la respuesta es que ambos son correctos porque están hablando usando marcos diferentes.

El segundo diagrama en este sitio podría ayudarlo a comprender mejor. Y es el tiempo retrospectivo, o la edad del universo. X es una distancia de comovimiento. El observador está en el día de hoy. El cono de luz es rojo y no es una línea recta como cabría esperar de la relatividad especial debido a la expansión del universo. Sin embargo, si toma la vecindad alrededor del observador, el cono de luz sigue siendo aproximadamente la línea recta.

Entonces, si extrapolas la línea recta fuera del observador, verás cosas que permanecen en la región donde v>c (es decir, como un espacio). Por ejemplo, usted ve el objeto a una distancia de comovimiento a 16 Gly hoy desde su emisión a aproximadamente 9 Gyr en el pasado, y 16 Gly / 9 años es ligeramente mayor que c, como se esperaba.

Este parece ser un escenario contrario a la intuición debido a que expresa la distancia como un marco comóvil. En cambio, el primer diagrama del sitio muestra X como la distancia adecuada, y ahora todas las ubicaciones visibles están en la v

Como se muestra en los diagramas, verá que solo podemos ver a una distancia de aproximadamente 46 Gly (distancia de movimiento), también conocida como horizonte. Esto se debe a que si vamos más allá de ese punto, con respecto a la historia de la expansión del universo, hoy nos quedaremos fuera del espacio.

Nota: todo el análisis aquí todavía asume la velocidad de la luz como la constante c en cualquier marco de referencia. Este podría ser otro malentendido, pero no entraré en detalles en este momento.

Entonces, ¿dónde están estas medidas de galaxias que se mueven más rápido que la luz?
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