El diámetro de mi universo observable es 90 mil millones ly medido en la distancia adecuada. Pero, ¿no es la longitud una cantidad relativa en la teoría de la relatividad? ¿Podría un observador que se mueve a una velocidad diferente que yo medir un diámetro diferente para mi Universo observable?
Respuestas:
Si el observador siempre se ha estado moviendo a alta velocidad, entonces sí, medirá un valor diferente que usted. Pero si acelerara a una velocidad alta en este momento, obtendría el mismo resultado.
La razón es que el radio del Universo observable se define como la distancia que la luz ha tenido el tiempo de viajar desde el Big Bang, y eso no depende de su velocidad instantánea.
Sin embargo, si un observador comenzó a moverse a, digamos, 0.866 veces la velocidad de la luz cuando nació el Universo, entonces en el marco de referencia de ese observador, el Universo solo sería 1/2 la edad medida por usted, es decir, 6.9 Gyr. A esta edad, el radio del Universo observable era de solo ~ 39 Gly, es decir, ~ 0.8 veces el valor presente.
Tenga en cuenta que para que este resultado sea exacto, el observador tendría que acelerar lentamente. La razón es que en un universo en expansión, una velocidad "peculiar" dada es wrt. la materia circundante disminuirá lentamente, porque el sistema de coordenadas comoving se expande con el Universo. Por ejemplo, un observador que comienza con en el momento en que se lanzó el fondo cósmico de microondas 380,000 años después del Big Bang, solo se movería a 80 km / s hoy si no continuara acelerando.
Si el observador fuera inteligente, probablemente se daría cuenta de que no vivía en un universo asimétrico donde toda la materia parecía girar a una velocidad cercana a la de la luz, sino que el Universo era bastante isotrópico, pero De alguna manera había adquirido una gran velocidad con respecto a todo lo demás. Entonces sería posible deducir la edad "verdadera" del Universo.
¿Qué vería un observador si se estuviera moviendo a casi la velocidad de la luz? Verían que las distancias a lo largo de la dirección del movimiento parecen más cortas, pero perpendicular a esa dirección las distancias parecerían normales (es decir, lo mismo que los observadores en el marco sin movimiento). " No se mueve ", dices enojado. "Todo movimiento es relativo. ¿Cómo puede haber un marco sin movimiento?" Bueno, hay un marco especial relativo a la media de toda la masa en el universo visible y, en este marco, la radiación de fondo de microondas es uniforme en todas las direcciones del cielo. Este es un marco natural sin movimiento (y sin rotación) para hacer cosmología llamado marco comoving.
Ahora de vuelta al marco móvil. Allí, uno observa todas las galaxias cercanas en la dirección del movimiento como desplazadas hacia el azul y todas las galaxias cercanas como desplazadas hacia el rojo. Por lo tanto, la Ley de Hubble sería una función de dirección y sería bastante complicada a menos que se hicieran todas las correcciones relativistas apropiadas. Si los observadores no conocieran la relatividad, y simplemente avanzaran y simplemente corrigieran la Ley de Hubble de acuerdo con las velocidades medidas y las medidas de distancia independientes de la velocidad, concluirían que el universo tiene la forma de un elipsoide oblato (demasiado corto en 1 dirección y correcto en la otra 2 direcciones, desde nuestro punto de vista). Pero, de hecho, para ellos en realidad es esa forma y en realidad pueden viajar más rápidamente entre estrellas y galaxias en esa dirección que nosotros (al menos en su dirección hacia adelante). Por supuesto,
También observarán un fondo de microondas que es bastante más cálido en una dirección y más frío en la dirección opuesta y 2.7K en el círculo entre estos. Si conocen la relatividad, entenderán por qué es esto y por qué la densidad de las galaxias es mayor en una dimensión y por qué la Ley de Hubble es tan complicada. Pero sí, su universo será, en un sentido real, más pequeño (en una dimensión) que el nuestro.
Todas las galaxias tienen algo de movimiento en el marco comoving y esto se llama velocidad peculiar. La Vía Láctea está siendo arrastrada hacia la galaxia de Andrómeda a aproximadamente 50 km / sy todo el Grupo Local es arrastrado hacia el Cúmulo de Virgo (el centro del Supercúmulo Local) a 100-200 km / s. Las galaxias en el cúmulo de Virgo tienen una dispersión de velocidad de 700 km / s, por lo que algunas se mueven aproximadamente al doble de eso. Y una gran región alrededor se mueve a ~ 500 km / s debido a supercúmulos a grandes distancias. Pero, dado que estas velocidades peculiares tienden a sumar menos de 2.000 km / s, ninguna raza alienígena estará a velocidades relativistas a menos que estén en una nave espacial de su propio dispositivo.
Un problema más. En la escala de tiempo de mil millones de años o varios, este marco móvil se moverá a una ubicación en el espacio que se mueve a una velocidad similar y, por lo tanto, se fusionará con el marco no móvil (pero en expansión). Entonces, lentamente, su universo achatado se está transformando en uno esférico, a menos que tengan un medio para acelerar continuamente.