¿La luz antigua contiene pistas sobre su edad?

Question

La luz de los objetos celestes es antigua. En el caso de las galaxias, tiene millones de años. Me parece plausible que la luz pueda mostrar signos de su edad.

Me sorprendió que en una búsqueda en Google sólo apareciera un estudio sobre este tema: Medición de la velocidad de la luz de fuentes extraterrestres . Observó la velocidad de la luz de varias estrellas brillantes: Aldebarán, Capella y Vega. Los resultados mostraron que las velocidades eran diferentes.

Mi pregunta es, ¿ha habido otros estudios de físicos que hayan analizado la luz antigua frente a la nueva? Sería muy interesante ver en un interferómetro la luz que tiene un millón de años. Se me ocurren muchas otras pruebas, y seguro que a los físicos se les ocurren más. ¿Por qué no se ha hecho esto o se ha hecho? ¿Podríamos encontrar un marcador de edad mirando de cerca la luz antigua?

Answer 1

La luz no "experimenta" el tiempo, el concepto "edad" no se aplica a la luz de forma significativa (con respecto a la experiencia humana). [Como antecedente; recuerde que los relojes se ralentizan para los objetos a medida que se acercan a la velocidad de la "luz", llegando a un 0 teórico si la velocidad total de la luz fuera alcanzable]. Por lo tanto, un reloj de experimento mental sobre un fotón se quedaría parado. La fuente de un fotón sí tiene una "edad" en el sentido tradicional (experiencia humana), y es estándar que digamos que la luz es tan vieja como su fuente. Esa "edad" no conlleva entonces el efecto tradicional del envejecimiento.

Mientras que la fuente de luz envejece de forma tradicional y puede, de hecho, estar completamente quemada aunque podamos observarla hoy en día desde nuestra posición distante en el espacio, cualquier fotón procedente de un objeto, no importa lo antigua que sea la fuente, no es diferente de un fotón recién creado, suponiendo que tenga la misma longitud de onda. Tal y como yo lo veo no se podría discernir la "edad" de la luz sin conocer su fuente, porque la luz es en realidad intemporal.

Answer 2

La luz más antigua del universo es el Fondo Cósmico de Microondas, que es sólo unos 380.000 años más joven que el universo. Muestra signos de su edad en el corrimiento al rojo que se ha producido a medida que el universo se expandía: el CMB habría sido visible cuando se creó, y ahora está en el espectro de microondas. Sin embargo, aparte de eso, los resultados son consistentes con que actúa como una luz "joven" normal.

Ningún experimento puede demostrar que la luz no evoluciona de alguna manera en alguna escala de tiempo; sólo podemos probar formas específicas en las que esperamos que la luz pueda evolucionar, y establecer límites en las escalas de tiempo en las que deben ocurrir. Por tanto, la idea de que la luz pueda evolucionar de alguna manera en el tiempo no es realmente falsable. Si un estudiante de posgrado tuviera que trabajar en esto, yo diría que debería hacerlo en el contexto de teorías específicas y falsables sobre cómo podría evolucionar la luz en el tiempo.

Hasta donde yo sé, todos los modelos en los que el fotón evoluciona requieren que el fotón tenga una masa en reposo distinta de cero. Si los fotones tienen una masa de reposo distinta de cero, podrían decaer en otras partículas en una escala de tiempo larga, podrían oscilar como lo hacen los neutrinos con otra partícula, y se ralentizarían con el tiempo (muy ligeramente) al desplazarse al rojo. El Grupo de Datos de Partículas enumera límites actuales en la masa del fotón como $m_\gamma < 10^{-18}~\rm eV$ . Nótese que esto implica que la velocidad de un fotón del CMB está dentro de $2\cdot10^{-4}\rm\frac{meters}{universe\ age}$ de la velocidad nominal de la luz, por lo que si existe la desaceleración sería demasiado pequeña para medirla directamente.

Answer 3

Uno puede preguntarse "¿cuántos años tiene este trozo de roca?" y obtener buenas respuestas estudiando los cambios en las estructuras de la red con el tiempo, la dispersión de otros átomos en la red, que también depende del tiempo, etc. Podemos hacerlo porque las redes básicas de la roca son constantes en el tiempo. Puede que se descompongan a un ritmo determinado, que interactúen con otros átomos a un ritmo determinado, etc., pero la base es constante en el tiempo.

La luz se compone de millones de fotones en superposición (no en interacción), y las funciones de onda de la mecánica cuántica de los fotones se suman de tal manera que producen la luz observada. A diferencia de los átomos en una red, la estructura es instantánea, es decir, un trozo en esta solución clásica de ondas de luz perpendicular a su dirección de movimiento

contendrá millones de fotones corriendo, sin más historia que la de la frecuencia de la onda que es su energía $E=h\nu$ . Esto puede ser desplazado por Doppler y las líneas espectrales pueden dar una historia del tiempo de viaje y el origen. Así que es posible encontrar una historia en los trenes de onda que vienen de lejos para situaciones especiales, (como el desplazamiento Doppler) y donde hay señales intermitentes como también con los púlsares, uno podría obtener información extra de las variaciones de la amplitud de la luz que llega, como con las fusiones de estrellas de neutrones que dan la historia de la fusión en la radiación electromagnética (recientemente también con radiación gravitacional pero esa es otra historia).

En realidad esto es completamente nuevas investigaciones sobre los cristales de tiempo podría abrir una ventana en el futuro de algo similar a las contaminaciones que el tiempo induce en un cristal normal donde se puede desentrañar una historia, pero no estoy conteniendo la respiración. No se han propuesto cristales de tiempo naturales que puedan haber enviado trenes de ondas que puedan utilizarse para extraer una historia de la luz que llega.

Answer 4

La luz emitida por las fuentes cósmicas suele tener líneas espectrales de elementos conocidos, como el hidrógeno. Si la fuente de luz se aleja de nosotros o la luz pierde su energía en el camino, las líneas espectrales se desplazan hacia el extremo rojo. Dado que el universo se expande, de modo que toda la luz pierde su energía al viajar, podemos estimar aproximadamente la distancia que ha recorrido la luz midiendo el desplazamiento de las líneas espectrales.

Answer 5

En mi opinión, la luz pierde lentamente una pequeña cantidad de energía al recorrer distancias muy largas. Esto se manifiesta como un desplazamiento al rojo de la luz de las galaxias lejanas. Esta energía no se pierde, sino que es el resultado de que la partícula de luz provoca un empuje de la fuente de luz y del destino de la luz, alejándose el uno del otro. Esto podría considerarse un ejemplo de la fuerza electromagnética que empuja a dos galaxias para que se alejen la una de la otra cuando la luz rebota entre ellas. Aunque el consenso científico actual es que este corrimiento al rojo está causado por la expansión del propio espacio, creo que tal expansión del espacio habría provocado que las estructuras a gran escala del universo, como los cúmulos de galaxias, se disiparan hace tiempo. Sin embargo, la luz que viaja entre las galaxias causaría una fuerza que empujaría a las galaxias a alejarse unas de otras. Esto tendría el mismo efecto que la expansión del espacio, aunque sin la necesidad de la "energía oscura" o una violación de la ley de conservación de la masa y la energía. Tanto si comparte mi opinión como si sigue estrictamente a la comunidad científica, se puede tener una idea general de la edad de la luz midiendo su desplazamiento al rojo con respecto a la frecuencia esperada .