"¿Es cierto que el universo es más rápido que la luz? Una explicación sencilla de por qué la teoría de la relatividad no se derrumba"

¿Por qué la "expansión del universo más rápida que la luz" no traiciona a Einstein?

"El universo se está expandiendo más rápido que la luz"

Al ver una frase así en la línea de tiempo, muchas personas pensarían:

"¿Eh, se acabó la teoría de la relatividad?"

Sin embargo, para concluir, Einstein no ha sido traicionado en absoluto.
En la cosmología moderna, se entiende que es más bien "normal" que la "velocidad de expansión del universo en su totalidad" supere la velocidad de la luz.Phys.org

Entonces, ¿cuál es el truco? Mientras recogemos las sorpresas y malentendidos que circulan en las redes sociales, organizaremos el tema basándonos en el artículo explicativo publicado en Phys.org titulado "Yes, the universe can expand faster than light".Phys.org

El límite de velocidad de la luz es una "regla local"

Lo que prohíbe la teoría de la relatividad es que "cuando se observa en el mismo lugar, un objeto se mueva más rápido que la luz".
Ya sea un cohete o una nave espacial, la velocidad al pasar junto a nosotros debe ser siempre inferior a la velocidad de la luz.

Lo importante aquí es

• la velocidad a la que "un objeto se mueve a través del espacio" (local)

• la velocidad a la que "el espacio mismo se expande y contrae" (global)

son cosas diferentes.

En la teoría general de la relatividad, no importa cuán rápido se expanda el espacio mismo.
Es como si solo el cohete fuera multado por exceso de velocidad, mientras que "la carretera misma" se extiende libremente sin consecuencias.

La expansión del universo es precisamente este fenómeno de "la carretera (espacio) que se extiende".
Las galaxias básicamente solo "se montan" en su lugar, y a medida que el espacio se expande, se alejan como resultado.

La edad del universo es de 13.770 millones de años, pero el universo observable tiene un "radio de 45.000 millones de años luz"

Veamos los números y confundámonos aún más.

• Edad del universo: aproximadamente 13.770 millones de años

• La distancia más lejana que podemos "ver" actualmente: aproximadamente 45.000 millones de años luzPhys.org

"¿Eh, si solo han pasado unos 13.800 millones de años, cómo podemos ver a 45.000 millones de años luz de distancia?"
Esta discrepancia es precisamente la evidencia de que "la expansión del universo supera la velocidad de la luz".

El punto es queel universo sigue expandiéndose incluso mientras la luz viaja.

1. Una galaxia nacida justo después del Big Bang emite luz

2. Esa luz viaja hacia la Tierra durante miles de millones de años

3. Mientras tanto, el espacio sigue expandiéndose

4. En el momento "ahora" en que la luz finalmente nos alcanza, esa galaxia está mucho más lejos que entonces

Como resultado,la "posición actual" de la galaxia más lejana que vemos ahora está mucho más lejos que la distancia que ha recorrido la luz.
En cosmología, esta distancia se llama "horizonte de partículas", y su valor actual es de aproximadamente 45.000 millones de años luz.Phys.org

Más allá de la distancia de Hubble, las galaxias se alejan "aparentemente" más rápido que la luz

La velocidad de expansión del universo aumenta proporcionalmente con la distancia.

Esto se conoce como la ley de Hubble,

cuanto más lejos está una galaxia, mayor es su velocidad de recesión (la velocidad a la que se aleja de nosotros)

y se puede expresar con una relación simple.

Al extender esta ecuación, aparece un punto donde "velocidad de recesión = velocidad de la luz".
Ese es el distancia de Hubble, que en el modelo estándar de cosmología moderna ΛCDM, es de aproximadamente 13.770 millones de años luz.Phys.org

• Galaxias más cercanas que la distancia de Hubble
  → La velocidad de recesión es inferior a la velocidad de la luz

• Galaxias más lejanas que la distancia de Hubble
  → La velocidad de recesión supera la velocidad de la luz (aparentemente)

Puede que pienses "¡Entonces se están moviendo más rápido que la luz!", pero aquí es importante señalar que

no es la galaxia en sí la que se mueve, sino "el espacio entre nosotros y la galaxia"

lo que significa que no contradice la teoría de la relatividad que impone restricciones de velocidad local.

Por lo tanto, no hay contradicción con la teoría de la relatividad que impone restricciones de velocidad local.

El horizonte de eventos del universo, donde la "luz que sale ahora" nunca llegará

Un concepto aún más complicado es el "horizonte de eventos del universo".Phys.org

• Horizonte de partículas... La distancia más lejana de la "luz que ha llegado hasta ahora" (aproximadamente 45.000 millones de años luz)

• Horizonte de eventos... El límite donde la "luz emitida en este mismo momento nunca llegará en el futuro"

Según el artículo de Phys.org, el horizonte de eventos se encuentra actualmente a aproximadamente 17.000 millones de años luz.Phys.org

La luz que las galaxias fuera de esta distancia emiten "ahora" nunca nos alcanzará.Esto se debe a que el universo se está expandiendo aceleradamente, haciendo que las regiones que se alejan más rápido que la luz aumenten constantemente.

Aunque tiene un nombre similar al horizonte de un agujero negro, aquí estamos hablando del "horizonte del universo en su totalidad".
Es la línea de demarcación donde la información nunca llegará debido a la expansión del universo.

Dentro de 100.000 millones de años, solo el "grupo local de galaxias" será visible

Según el modelo ΛCDM, se espera que el universo siga dominado por la energía oscura y continúe expandiéndose aceleradamente.Phys.org

El futuro parece bastante solitario.

• El horizonte de eventos se estabilizará en aproximadamente 60.000 millones de años luz en el futuro

• Durante ese tiempo, la luz de galaxias distantes se desplazará al rojo, alargando su longitud de onda hasta volverse inobservablePhys.org

Según la explicación de Phys.org,dentro de aproximadamente 100.000 millones de años, todo el universo excepto el grupo local de galaxias (que incluye la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda) desaparecerá de la vista.Phys.org

Incluso si quedara alguna civilización en el universo en ese momento, podrían

confundirlo con un "universo tranquilo donde solo ha existido este grupo de galaxias desde siempre"

.
Sería mucho más difícil llegar a la cosmología del Big Bang que ahora.

Reacciones en las redes sociales al "universo más rápido que la luz"

El artículo, con su título provocador "Yes, the universe can expand faster than light", también generó una gran reacción en las redes sociales (aquí se presentan reacciones típicas reconstruidas).

1. Confusión del tipo "Se acabó la teoría de la relatividad"

"¿El universo más rápido que la luz significa que Einstein perdió?"
"¿La física ha cambiado de nuevo...?"

Estos comentarios fueron los primeros en aparecer en X (antes Twitter) y Threads.
En realidad, como se explicó anteriormente, la "superación de la velocidad de la luz" en la expansión del universo es completamente consistente con la teoría de la relatividad.
De hecho, es la teoría general de la relatividad la que permite este fenómeno extraño.

2. El sueño y la realidad de "¿Entonces podemos tener un motor warp?"

"Si el espacio se mueve, ¿no podríamos hacer realidad el viaje warp de la ciencia ficción?"
"Si podemos replicar localmente lo que hace todo el universo..."

Si el universo está expandiendo el espacio mismo, es natural pensar "¿no podemos los humanos hacer lo mismo a menor escala?".
De hecho