¿Cómo puede un cuásar estar a 29 mil millones de años luz de la Tierra si el Big Bang ocurrió hace solo 13,8 mil millones de años? [duplicar]

En el universo en expansión, debes tener un poco de cuidado para definir exactamente qué quieres decir con distancia. La "distancia adecuada" a la que se hace referencia aquí en ese artículo significa la distancia medida en el momento presente. Tenemos que tener cuidado incluso para definir lo que queremos decir con esa última frase: el tiempo es relativo, ya sabes. Pero si el universo es aproximadamente homogéneo, entonces hay una elección "natural" de coordenadas de tiempo llamada "tiempo cósmico". Si imagina muchos, muchos gobernantes extendidos entre usted y el quásar, la distancia adecuada es la longitud total de todos ellos, sumados al valor actual del tiempo cósmico.

Sin embargo, eso no es lo mismo que la distancia que ha viajado la luz. Hay varias razones relativistas generales sofisticadas por las que no, pero la idea principal es muy simple. Ese cuásar se está alejando de nosotros, por lo que solía estar más cerca de nosotros. La luz que estamos viendo ahora se emitió cuando la distancia era mucho más corta, por lo que no tuvo que viajar cerca de 29 mil millones de años luz.

Lo cierto es que esa cifra de 29 mil millones de años luz se calcula en base a cierto modelo del universo; no se mide directamente. El modelo en el que se calcula se basa en la teoría de la relatividad general e incluye la mejor edad del universo medida actualmente. Entonces, por definición, no puede haber ninguna contradicción entre esa distancia y la edad del universo.

Sí, hay algo que te estás perdiendo. Si está familiarizado con la relatividad especial, sabe que las velocidades no se suman de la misma manera simple que lo hacen en la mecánica newtoniana. Si una nave espacial se mueve a$c/2$a la derecha y otro se mueve$c/2$a la izquierda, la velocidad relativa entre ellos no es$c$, como cabría esperar, pero$4c/5$.

En la relatividad general, el mismo tipo de cosas se aplica tanto a las distancias como a las velocidades. En el espacio plano definimos la distancia entre dos objetos como la longitud de la línea recta (única) de uno al otro, pero en la relatividad general el espacio puede ser curvo y no existe tal cosa como una "línea recta". El análogo más cercano es una geodésica, que es una trayectoria suavemente curvada entre dos puntos cuya longitud es un mínimo (local). La distancia al quásar que citó se define como la longitud de cierta geodésica que lo conecta con nosotros.

Pero no hay razón para esperar que las distancias geodésicas se comporten como las distancias en línea recta en el espacio plano. En la métrica FLRW (que define la forma básica de todo el Universo en la cosmología del Big Bang), existen geodésicas que son más largas que las geodésicas del Big Bang que usamos para definir la "edad del universo". Entonces, tener un cuásar cuya "distancia adecuada" o "distancia de movimiento" de nosotros es de 29 mil millones de años luz no es una contradicción en absoluto.

Por cierto, otra cosa aparentemente contradictoria con la que podrías encontrarte son las velocidades relativas más rápidas que la velocidad de la luz. Esto puede suceder porque la velocidad relativa también es algo complicado en GR, que solo se define una vez que decide una ruta específica para "transportar en paralelo" el vector de velocidad. La velocidad relativa entre dos objetos cercanos está bien definida y nunca puede ser mayor que$c$, pero la velocidad relativa entre dos objetos muy distantes (definidos de cierta manera) puede ser mayor que$c$.