En el universo en expansión, la velocidad de separación entre las galaxias depende de su distancia. Si están muy lejos, tendrán una velocidad relativa de separación mayor que la velocidad de la luz y, si es así, ¿cómo podemos detectar esas galaxias? Hay cosas como la información cuántica que puede viajar más rápido que la luz usando el entrelazamiento, ¿hay alguna posibilidad de detectar tales horizontes invisibles usando tales efectos?
Respuestas
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Si están muy lejos, ¿tendrán una velocidad relativa de separación mayor que la velocidad de la luz y, si es así, cómo podemos detectar esas galaxias?
No podemos detectar esas galaxias. El corrimiento al rojo llega hasta el infinito en el horizonte cósmico, y no podemos ver más allá. Obsérvese que el horizonte cósmico es diferente de la esfera de Hubble: En el primero, velocidades relativas según el transporte paralelo a lo largo del alcance del rayo de luz $c$ mientras que velocidades de recesión llegar a $c$ en esta última. En cuanto a los efectos observables, la esfera de Hubble es en gran medida irrelevante.
¿hay alguna posibilidad de detectar esos horizontes invisibles utilizando esos efectos?
No, el entrelazamiento no se puede utilizar de esa manera: es completamente inútil sin un canal clásico de información para "comparar notas". Si una de sus partículas desaparece detrás de un horizonte de sucesos, dicho canal no está disponible (tenga en cuenta que desde su punto de vista, la partícula en realidad nunca cruzará el horizonte, sino que se congela en el tiempo y se vuelve inobservable debido al corrimiento al rojo).
El hecho de que las partículas estén correlacionadas cuánticamente en lugar de clásicamente no importa realmente. En lugar de utilizar partículas entrelazadas y el horizonte cosmológico, se podría coger una bola roja y otra azul y meterlas en dos cajas sin mirar. A continuación, lanza una de las cajas a un agujero negro y abre la restante. Sabrás instantáneamente qué bola acabó en el agujero negro, pero ¿qué te dirá ese experimento sobre su interior?
Hypnosifl
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Incluso en la relatividad especial, la afirmación de que la luz viaja siempre a una velocidad constante de c sólo es cierta en marcos de referencia inerciales en sistemas de coordenadas no inerciales como Coordenadas de Rindler La velocidad de las coordenadas (cambio de la coordenada de posición con respecto al tiempo de las coordenadas) puede variar. En la relatividad general, todo Los sistemas de coordenadas que cubren grandes regiones del espaciotiempo curvo son no inerciales, aunque en regiones infinitesimales del espaciotiempo se pueden tener marcos inerciales "locales", y según la principio de equivalencia se debe medir que la luz tiene una velocidad local de c en todos los marcos inerciales locales.
Si se utiliza la elección particular de la coordenada temporal más común en cosmología (elegida de modo que la densidad media de materia/energía sea aproximadamente uniforme en las grandes regiones del espacio en cada momento de la coordenada temporal), y se utiliza distancia adecuada para medir la distancia entre galaxias o rayos de luz (donde la distancia propia es la distancia que se mediría con una serie de reglas cortas colocadas de extremo a extremo en un momento determinado del tiempo de coordenadas), entonces se puede definir una "velocidad" en términos de la tasa de cambio de la distancia propia con el tiempo de coordenadas. La velocidad total de un objeto a cualquier distancia propia D puede descomponerse en una suma de la "velocidad de recesión" debida a la expansión del espacio (la velocidad a la que se esperaría que una galaxia media a esa distancia se alejara de nosotros) y la "velocidad peculiar" debida al movimiento del objeto en relación con lo que esperaríamos para un trozo de materia "media" a esa distancia. La velocidad de recesión a la distancia propia D, es decir, la velocidad esperada para un trozo de materia media a la distancia D, viene dada por Ley de Hubble como v = HD, donde H es la "constante" de Hubble (el nombre es un poco engañoso, ya que se cree que el valor cambia con el tiempo, aunque se supone que es constante en el espacio). Y para los rayos de luz, resulta que su velocidad peculiar es siempre igual a c, por lo que si un rayo de luz se emite directamente hacia nosotros desde una distancia D, su velocidad inicial respecto a nosotros será HD - c.
La velocidad de recesión HD se hace igual a c en el radio del Esfera de Hubble y, sin embargo, es posible que la luz emitida desde esa distancia o más llegue a nosotros. ¿Cómo puede ser esto? Como se explica en la sección 3.3 del artículo que PhotonicBoom enlazó, Confusión en expansión: Conceptos erróneos sobre los horizontes cosmológicos y la expansión superlumínica del universo Es una consecuencia del hecho de que se piensa que H disminuye con el tiempo (puede parecer confuso que esto sea posible incluso en modelos en los que los físicos dicen que el ritmo de expansión se acelera, pero lo que quieren decir con esto es que para una galaxia dada que se expande lejos de nosotros su velocidad de recesión aumentará con el tiempo, lo que no tiene por qué entrar en conflicto con la afirmación de que si elegimos una distancia fija D, la velocidad de recesión de una galaxia media a esa distancia disminuirá con el tiempo). Citando la versión pdf del artículo en el enlace (nótese que $v_{rec}$ es la velocidad de recesión, $D_H$ es el radio de la esfera de Hubble, $a$ es el factor de escala y los puntos indican las derivadas temporales):
Hemos visto que la velocidad de los fotones que se propagan hacia nosotros ... no es no es constante, sino que es $v_{rec} - c$ . Por lo tanto, la luz que está más allá de la esfera de Hubble tiene una velocidad total lejos de nosotros. ¿Cómo es que entonces que podamos ver esta luz? Aunque los fotones están en la región región superlumínica y, por tanto, se alejan de nosotros (en distancia propia), la esfera de Hubble también retrocede. En los universos en desaceleración $H$ disminuye a medida que $\dot{a}$ disminuye (haciendo que la esfera de Hubble retroceda). En los universos en aceleración $H$ también tiende a disminuir ya que $\dot{a}$ aumenta más lentamente que $a$ . Mientras la esfera de Hubble retrocede más rápido que los fotones inmediatamente fuera de ella, $\dot{D_H} > v_{rec} - c$ los fotones terminan en una región sublumínica y se acercan a a nosotros. Así, los fotones cercanos a la esfera de Hubble que se alejan lentamente son superados por la esfera de Hubble que se aleja más rápidamente.
Sin embargo, los modelos cosmológicos que actualmente se consideran mejor respaldados por las pruebas incluyen un horizonte de sucesos de manera que la luz emitida desde fuera de este horizonte nunca llegar a nosotros no importa cuánto tiempo esperemos, véase la Fig. 1 del documento de Davis/Lineweaver (en particular el tercer gráfico, que es uno "conforme" en el que las trayectorias de los rayos de luz se representan siempre como líneas rectas a 45 grados de la vertical), junto con mi respuesta aquí .
Así que la parte final de tu pregunta podría reformularse como "¿sería posible utilizar el entrelazamiento cuántico para comunicar (u observar) regiones más allá de nuestro horizonte de sucesos?" Según la mecánica cuántica, la respuesta es no, porque existe un teorema general llamado Teorema de la no comunicación que muestra que las mediciones de una parte de un sistema enredado pueden nunca ser utilizado para comunicar información a un experimentador que mide una parte diferente del mismo sistema enredado. Y también hay este resultado general en la teoría cuántica de campos (la versión relativista de la mecánica cuántica), demostrando que ninguna forma de comunicación más rápida que la luz es posible en la QFT.
Wes Eklund
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Tales galaxias no pueden ser detectadas. y el entrelazamiento cuántico es sólo una correlación entre dos bits de información y de ninguna manera hace, y de ninguna manera puede ser usado para transferir información más rápido que la velocidad de la luz. Cualquier luz enviada desde esas galaxias hacia la nuestra mostraría una longitud de onda infinita después de considerar el desplazamiento Doppler. En resumen, estas galaxias nunca podrán ser detectadas. Este límite más allá del cual las galaxias se alejan por la expansión del espacio-tiempo a velocidades supersónicas se llama Horizonte de sucesos cosmológico . Ninguna información de fuera de esta frontera podría llegar al interior si la expansión continuara así.
Constandinos Damalas
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Estas galaxias son no fuera de su alcance. El Esfera de Hubble es el volumen de espacio que rodea a un observador donde todo dentro de la esfera se aleja del observador con una velocidad menos que c.
Siguiendo esta lógica, se deduce inmediatamente que la esfera de Hubble es equivalente al horizonte de sucesos cosmológico del que habla @Hritik en su respuesta. Curiosamente, este no es el caso, ya que la evidencia muestra que nuestro universo se está expandiendo lejos de nosotros a un ritmo acelerado.
Esto implica que la esfera de Hubble se está expandiendo tan rápido como el universo y, por lo tanto, los cuerpos astronómicos que antes se alejaban de nosotros a una velocidad mayor que $c$ emitirá luz que acabará entrando en la Esfera de Hubble. Esto se discute en un muy interesante Veritasium episodio sobre los conceptos erróneos del Universo.
Parece que los datos de la wikipedia pueden ser erróneos en la página que he enlazado arriba. A papel por Tamara M. Davisa y Charles H. Lineweaver llamado Expandiendo la confusión: Conceptos erróneos sobre los horizontes cosmológicos y la expansión superlumínica del universo enlazado por Veritasium en la sección de comentarios de youtube supuestamente aclara esto pero no tengo suficiente tiempo para leerlo ahora.
Además, como dije en los comentarios, el entrelazamiento cuántico no implica que la información viaje más rápido que la luz, ya que el entrelazamiento cuántico es sólo una correlación entre 2 qubits. La información no viaja en absoluto.
