Según la ley de Hubble, la luz y otros tipos de radiación electromagnética emitidos por objetos lejanos se desplazan al rojo. Cuanto más lejana es la fuente, más intenso es el desplazamiento al rojo. Ahora bien, se espera que la expansión del universo explique el corrimiento al rojo y su dependencia casi lineal de la distancia entre la fuente y el observador. Pero, ¿no hay otra fuente que influya en el corrimiento al rojo? Sabemos que un rayo de luz que pasa por el Sol es desviado por la gravedad de éste, de acuerdo con las predicciones de la teoría general de la relatividad de Einstein. Esta desviación depende de una interacción gravitatoria entre el Sol y el haz de luz. Así, la posición del Sol se ve afectada por el rayo de luz, aunque en una cantidad tan pequeña que es imposible detectar la perturbación de la posición del Sol. Ahora bien, durante su viaje a la Tierra un haz de luz, procedente de una fuente lejana en el Universo, atraviesa una cierta cantidad de partículas elementales y átomos. Si el haz de luz interactúa gravitatoriamente con esas partículas elementales y átomos, afectando a las propiedades mecánicas microscópicas de las partículas elementales y átomos individuales en cuestión, ¿puede detectarse esta interacción como un corrimiento al rojo del haz de luz? Si es así, ¿podríamos utilizar este desplazamiento gravitatorio para medir la densidad media de materia y energía en el espacio? El comienzo de la frase "Si el haz de luz interactúa gravitatoriamente con esas partículas elementales y átomos..." debería interpretarse como "Si el haz de luz interactúa gravitacionalmente con esas partículas elementales y átomos por la vía de dejarlas en un estado de aceleración diferente de su estado inicial de aceleración...." Esta aclaración parece requerir la pregunta adicional: "¿por qué un objeto que interactúa gravitatoriamente (un cúmulo de fotones) al pasar por otro objeto que interactúa gravitatoriamente (una masa) deja a esa masa en el mismo estado que antes del paso?"
Respuestas
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Esto es similar al "luz cansada" hipótesis, y no es consistente con los datos cosmológicos actuales. El mejor argumento en contra de la luz cansada es que si el corrimiento al rojo fuera causado por una interacción entre la luz y la materia, habría una dependencia de la frecuencia de esta interacción, ya que la luz interactúa con la materia de manera diferente cuando está a diferentes frecuencias. Sin embargo, las fuentes astronómicas no muestran ninguna dispersión dependiente de la frecuencia en sus espectros: parece que sólo se han desplazado hacia atrás, como cabría esperar si estuvieran retrocediendo.
Como señala Chris Kuklewicz, un fotón que pasa por una partícula, o por un conjunto mayor de materia, se desplaza hacia el azul al entrar y se desplaza igualmente hacia el rojo al salir, por lo que no hay un desplazamiento general "similar al de la luz cansada" debido a un efecto de este tipo. Por otra parte, para ciertas opciones de coordenadas, se puede considerar que el corrimiento cosmológico observado es parcial o incluso totalmente un corrimiento gravitacional.
En lenguaje newtoniano, si se imagina la fuente de la luz en el centro de un espaciotiempo esféricamente simétrico en expansión, entonces la luz viaja "cuesta arriba" en un potencial gravitatorio hasta llegar al observador. El corrimiento al rojo observado se debe en parte a este corrimiento al rojo y en parte al movimiento del observador. Por el contrario, si se coloca al observador en el centro, la luz "cae cuesta abajo" todo el camino hasta el observador. Esto da un desglose diferente del corrimiento al rojo observado en contribuciones gravitacionales y Doppler. Por supuesto, el mundo es relativista, no newtoniano, pero se puede pensar en estas dos imágenes como representaciones del punto de vista relativista general en dos sistemas de coordenadas diferentes. La referencia original de este material es un artículo de Bondi, Monthly Notices of the RAS, 107, 410-425 (1947), y es esencialmente el punto de vista adoptado por Peacock en este conjunto de notas .
Esto no hace más que poner de manifiesto que el hecho de que el corrimiento al rojo observado sea gravitacional o no depende de la elección de las coordenadas. No hay ningún "hecho de la cuestión". Hay tantas afirmaciones confusas sobre esto en los libros de texto que David Hogg y yo escribimos un papel argumentando para nuestro propio punto de vista, que la forma más natural de pensar en el corrimiento al rojo cosmológico es como un puro corrimiento Doppler - no un corrimiento al rojo gravitacional y ciertamente no un animal completamente diferente causado por "el estiramiento del espacio". (El libro de texto de Harrison, a pesar de sus muchas buenas cualidades, es un infractor atroz en este sentido). Incluso si no está de acuerdo con nuestra conclusión, este documento puede ser útil para situar la cuestión en su contexto.
Si el haz de luz interactúa gravitatoriamente con esas partículas elementales y átomos, afectando a las propiedades mecánicas microscópicas de las partículas elementales y átomos individuales en cuestión, ¿puede detectarse esta interacción como un desplazamiento al rojo del haz de luz?
Considere el paso de la luz por una partícula. La luz viene de una gran distancia y sale a una gran distancia. Debido a la gravedad, se desplazará ligeramente hacia el azul al acercarse y hacia el rojo al salir de la partícula, lo cual es demasiado poco para medirlo y el efecto total de la gravedad en la frecuencia es esencialmente cero. La gravedad puede desviar la luz y así es como las galaxias causan la lente gravitacional. Así que esto no puede ser detectado como desplazamiento al rojo.
Si es así, ¿podríamos utilizar este desplazamiento gravitatorio para medir la densidad media de materia y energía en el espacio?
No. Pero el desviación puede utilizarse para medir la masa intermedia. Busca en Google el "racimo de balas" para ver un ejemplo.
