Sabemos que algunas galaxias se están alejando de nosotros más rápido que la velocidad de la luz y lo sabemos midiendo el corrimiento al rojo, pero ¿cómo es eso posible? Si se están mudando, digamos en , ¿cómo nos alcanzaría la luz de la galaxia? ¿Cómo medimos el "corrimiento al rojo" para algo más rápido que la luz?
Sabemos que algunas galaxias se están alejando de nosotros más rápido que la velocidad de la luz y lo sabemos midiendo el corrimiento al rojo, pero ¿cómo es eso posible?
Los siguientes documentos dan buenas explicaciones:
http://users.etown.edu/s/stuckeym/AJP1992a.pdf
http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0011070v2.pdf
En resumen, la Ley de Hubble: , dónde es la velocidad de recesión, es la distancia y es la "constante" de Hubble en un momento dado, requiere que más allá de una cierta distancia la velocidad sea mayor que la velocidad de la luz. 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. Un fotón emitido por una galaxia que se aleja de nosotros más rápido que la luz, inicialmente también se aleja de nosotros. Sin embargo, el fotón puede eventualmente llegar a una región del espacio-tiempo donde la recesión de nosotros es . En este caso, el fotón puede llegar hasta nosotros. La relación exacta entre el desplazamiento hacia el rojo y la velocidad depende del modelo cosmológico, pero de acuerdo con las referencias anteriores, las galaxias con desplazamientos hacia el rojo superiores a ~3 se alejaron y se alejan de nosotros más rápido que la luz.
Si se están alejando, digamos a 2c, ¿cómo sería la luz de la galaxia? incluso llegar a nosotros?
Solo si los fotones de la galaxia alcanzan una región del espacio-tiempo donde la velocidad de recesión es .
¿Cómo medimos el "corrimiento al rojo" para algo más rápido que la luz?
El corrimiento al rojo se mide como el cambio en la longitud de onda de la luz, pero en lugar de interpretar los resultados usando la relatividad especial (que daría como resultado para todos los desplazamientos hacia el rojo), los resultados se interpretan en el contexto de un modelo cosmológico y de la relatividad general.
La luz de más allá de la esfera de Hubble (el lugar donde la velocidad de recesión es igual a la velocidad de la luz) nos llega a diario.
No soy lo suficientemente bueno como físico para encontrar una buena explicación para este hecho, pero podría ayudar pensar en coordenadas móviles: este es un sistema de coordenadas especial donde la cuadrícula de coordenadas se expande con el espacio, es decir, aunque la distancia adecuada entre galaxias aumentará, sus coordenadas no cambiarán.
En este sistema de coordenadas, la luz no se congela en la esfera de Hubble (como cabría esperar), sino que se mueve constantemente desde el emisor hasta el observador final, independientemente de cualquier cambio en la distancia adecuada.
El movimiento constante hacia nosotros también debería ser cierto para la luz emitida más allá del horizonte de eventos cósmico (lo que realmente delimita el universo de observación): solo que la luz tarda más que un tiempo infinito en llegar a nosotros;)
En cuanto a la segunda parte de su pregunta sobre el corrimiento al rojo: eso no depende de las velocidades de recesión, sino de las velocidades relativas calculadas por el transporte paralelo a lo largo del camino de la luz (y debería permanecer por debajo de hasta llegar al horizonte de eventos).
No soy especialista en gravedad o cosmología. Aunque sé (sin detalles) que A. Peres demostró que la velocidad de la luz no fue la misma a lo largo de la historia del universo. la referencia es
En t. Mod. J. física D, 12, 1751 (2003). DOI: 10.1142/S0218271803004043
Revista Internacional de Física Moderna D (Gravitación; Astrofísica y Cosmología)
Volumen 12, número 09, octubre de 2003
VARIABILIDAD DE LAS CONSTANTES FUNDAMENTALES
ASHER PERES, Este ensayo recibió una "mención de honor" en el Concurso de Ensayos de 2003 de la Gravity Research Foundation.
Simplemente no retroceden más rápido que la luz.
Las velocidades de recesión se definen como la rapidez en la relatividad especial. Si A, B, ..., Z se alejan todos en línea recta, y A y C se alejan de B a una velocidad eso es lo suficientemente pequeño como para que la velocidad relativa newtoniana sea una aproximación razonable, y B y D se alejan de C a la misma velocidad, y así sucesivamente, entonces la rapidez relativa de A y Z es por definición. Si entonces la rapidez relativa es , mientras que la la velocidad relativa es . Nada va más rápido que la luz. La velocidad no tiene un significado especial cuando se habla de rapidez.
Todo esto también es cierto para las velocidades de recesión cosmológica. No tiene sentido compararlos con la velocidad de la luz porque están definidos de tal manera que no hay ningún valor que represente la velocidad de la luz, ciertamente no. .
Creo que la gente cae en la trampa de pensar que si tienes suficientes galaxias en una línea, todas alejándose unas de otras, eventualmente debes llegar a un punto en el que realmente se están moviendo más rápido que la luz, pero esto simplemente no es cierto. . Nuevamente, es falso incluso en la relatividad especial. Puede agregar otras mil galaxias al final de la línea de 26 sin problema, todas a la misma distancia en un momento dado, según lo medido por métricas y relojes sincronizados cuando las galaxias estaban en el mismo punto. Hay una cantidad ilimitada de espacio "justo antes de ". Podrías decir que es debido a la contracción de la longitud que hay espacio ilimitado, pero ten en cuenta que esta es una situación completamente simétrica: puedes poner cualquier galaxia en el centro con un impulso de Lorentz.
En la cosmología real, puedes pensar que las galaxias distantes se contraen en longitud si lo deseas, al menos si la curvatura espacial no es positiva. Puede incrustar conformemente cualquier universo FLRW de curvatura negativa en el espacio de Minkowski de una manera similar al modelo de juguete relativista especial. En las coordenadas cuasi-Minkowski, la luz viaja a , todas las galaxias tienen , y los que tienen velocidades cercanas a son Lorentz contratados.
En la cosmología ΛCDM, tienes un horizonte cosmológico y nunca recibirás otra señal de una galaxia después de que cruce el horizonte. Esto todavía no significa que se esté retirando más rápido que la luz en ningún sentido físicamente significativo. En las incrustaciones conformes, el horizonte surge porque el universo termina en un tiempo conforme finito (lo que lo convierte en una inversión temporal del problema del horizonte del big bang ). No estoy sugiriendo que esa sea la explicación verdadera y correcta del horizonte, pero es una explicación correcta. Definitivamente no es el caso de que una galaxia supere a un rayo de luz, por lo que cualquier explicación en ese sentido no es correcta.
La respuesta aceptada ofrece esta explicación de la capacidad de la luz para superar la expansión:
Un fotón emitido por una galaxia que se aleja de nosotros más rápido que la luz, inicialmente también se aleja de nosotros. Sin embargo, el fotón puede eventualmente llegar a una región del espacio-tiempo donde la recesión de nosotros es . En este caso, el fotón puede llegar hasta nosotros.
Esta es una explicación correcta. También es una explicación correcta del caso relativista especial, si mides la distancia total como se mide en cosmología, como la suma de las distancias medidas por las varas métricas locales en movimiento en momentos que son simultáneos según los relojes locales en movimiento. El sistema de coordenadas efectivamente definido de esta manera es similar a las coordenadas de Rindler con el espacio y el tiempo invertidos. En las coordenadas de Rindler hay un corrimiento al rojo gravitacional a pesar de que el espacio-tiempo es Minkowski. En estas coordenadas cuasi-cosmológicas hay un "espacio en expansión" y un corrimiento al rojo cosmológico a pesar de que el espacio-tiempo es Minkowski.
No es una explicación incorrecta, pero no la encuentro muy esclarecedora.
No sé si la siguiente respuesta puede explicar todas y cada una de las observaciones, pero aquí va:
La expansión o el alejamiento de las galaxias depende de la distancia entre ellas, si algo se aleja a un ritmo que antes, dado que debe haber estado cerca, debe haberse alejado a un ritmo más lento.
Mientras hacemos observaciones astronómicas, siempre estamos viendo hacia atrás en el tiempo. 8 minutos atrás para ver la luna y millones de años para ver un poco de estrellas. La luz de tales estrellas que estarían saliendo de la estrella cuando se realiza la observación nos alcanzará cuando la estrella ya muera, es interesante que la estrella mucho antes de eso pudo haber llegado a algún lugar desde donde se aleja a una velocidad mayor que eso. de la luz, y por lo tanto ya no se puede observar.
Después de las observaciones, los astrónomos calculan el estado actual de los cuerpos celulares y luego publican todos los resultados, de modo que si te dicen que algo está a un millón de años luz de distancia y se está alejando a 2c, entonces esa es su posición y velocidad actuales, se observó debido a la luz que emitía hace mucho tiempo y diversas observaciones y cálculos permiten predecir su estado actual.
Eduardo