¿Se expande realmente el espacio?

Question

En un libro llamado "Einstein, Relatividad y Simultaneidad Absoluta" había esta frase de Smith:

No hay pruebas observacionales de la hipótesis de la expansión del espacio. Lo que se observa son supercúmulos de galaxias que se alejan unas de otras con una velocidad proporcional a su distancia.

Continúa diciendo que el espacio es euclidiano e infinito. ¿No significaría esto que el Big Bang fue una explosión en el espacio-tiempo en lugar de una expansión del espacio-tiempo como se cuenta a menudo?

¿Se equivoca Smith o aún no lo sabemos?

Answer 1

No hay pruebas observacionales de la hipótesis de la expansión del espacio. Lo que se observa son supercúmulos de galaxias que se alejan unas de otras con una velocidad proporcional a su distancia.

Esto es esencialmente correcto. La expansión del universo es sólo la recesión de supercúmulos de galaxias. Hay mucha gente que cree que se está produciendo algún fenómeno adicional de "expansión del propio espacio", pero no es así. No hay ningún concepto en la relatividad general de "espacio en expansión" (o "espacio", para el caso), y cuando parece que lo hay, es porque te estás confundiendo con los sistemas de coordenadas. Véase esta respuesta .

Continúa diciendo que el espacio es euclidiano e infinito.

Supongo que esto es técnicamente correcto en el modelo cosmológico estándar actual. En el modelo se supone que las franjas de tiempo cosmológico constante son euclidianas e infinitas, y hasta ahora se ajusta a los datos. Pero el universo no es newtoniano ni relativista especial, porque el espacio tiempo es curvo en el modelo aunque los cortes espaciales no lo sean.

¿No significaría esto que el Big Bang fue una explosión en el espaciotiempo en lugar de una expansión del espaciotiempo como se suele decir?

No implica eso, no. Es posible incrustar el cosmos que vemos en un espaciotiempo más grande, y en cierto sentido se estaría "expandiendo en" ese espaciotiempo más grande. Pero no hay pruebas que apoyen ningún modelo particular de ese tipo. No es necesario que haya nada fuera para que el universo se expanda, y en el modelo cosmológico estándar no lo hay.

Answer 2

Smith se equivoca.

Tiene razón al decir que no hay directo evidencia observacional (en un sentido ingenuo) de que el espacio se está expandiendo en lugar de que el espacio esté fijo mientras las galaxias se separan a través de él. Ambas parecen galaxias que se alejan.

Pero hay muchas pruebas observacionales de que la relatividad especial y la general son correctas. Y, si esas teorías son correctas, la única manera de dar sentido a las observaciones es decir que el propio espacio se está expandiendo.

Es algo así como estar en una autopista y ver un coche cada vez más grande y decir que no hay evidencia de que se esté acercando porque tal vez sólo está creciendo en tamaño. Sabemos que los coches no hacen eso.

El problema es que, a pequeñas escalas y velocidades, el modelo que Smith quiere apoyar funciona realmente bien, a diferencia del modelo del "coche que crece". Así que no es obviamente tonto pensar que las galaxias simplemente se separan volando a través del espacio inmóvil. Pero, cuando se entiende cómo funcionan las cosas a velocidades cercanas a la de la luz, queda claro que simplemente no puede ser correcto.

Answer 3

Hay mucha prosa sobre el "estiramiento del espacio", similar a un tejido elástico. Yo preferiría decir simplemente: las cosas se alejan . En lenguaje técnico, me refiero al tensor de expansión $\Theta_{\mu\nu}$ (una parte de la "descomposición cinemática") para las líneas del mundo de las galaxias, dentro de un modelo Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker del universo. En cada punto, esta cantidad indica el movimiento relativo de las galaxias cercanas. El énfasis en esta cantidad evita las interpretaciones poéticas injustificadas, que sin duda motivaron la "Diatriba" de Peacock.

Otra razón, creo, son los marcos de referencia. En la física newtoniana, se puede tomar un único marco de referencia para todo el universo. Supongamos que estuviera centrado en la Vía Láctea. Entonces, las galaxias distantes se alejarían a $2\times$ , $3\times$ , $4\times$ etc. la velocidad de la luz, relativa a este marco. Sin embargo, en la relatividad, los marcos de referencia se tratan mejor como locales. Nada va más rápido que la luz en cualquier marco de referencia (local, temporal). De ahí que Davis y Lineweaver (2004) concluyan que "la velocidad se debe a la tasa de expansión del espacio, no al movimiento a través del espacio".

Algunos comentarios sugieren que los físicos están mejor cualificados que los filósofos para abordar este tema. Yo no estoy de acuerdo. Se trata de interpretación de la física, por lo que los filósofos de la física sería en principio la más autorizada. (Aunque en la práctica, que yo sepa, son los físicos los autores de los artículos pertinentes, incluidos los citados anteriormente; también Luke Barnes y Geraint Lewis y colaboradores; George Ellis, etc.) Para ser más matizados, se trata de una intersección de diferentes campos. ¿Qué desplazamientos al rojo tienen las galaxias? Preguntemos a los astrofísicos, a los técnicos de telescopios, a los estadísticos, etc. ¿Qué ecuaciones produce la relatividad general? Preguntemos a los relativistas. ¿Cuál es el significado y la interpretación? Esto es más bien el ámbito de la filosofía. (Por supuesto, no insinúo que cada uno deba ceñirse a su propio dominio).