Telescopios y tiempo: Por favor, explique

Question

Soy psicoterapeuta de formación, así que no seas duro conmigo. Me gustaría saber, en términos sencillos si es posible, la mecánica básica de cómo el Hubble puede ver hacia atrás en el tiempo.

Entiendo bastante bien, en este caso, que la luz tiene que recorrer distancias extremadamente largas para ser captada por un objetivo. Creo que el punto clave que se me escapa es ¿cuánto tardó, por ejemplo, la luz de la toma del campo profundo, en llegar a la lente del Hubble? Aprecio mucho cualquier ayuda. Y por favor, que la respuesta sea a nivel de principiante.

Answer 1

Parece que ya sabes la respuesta. Usted "ve hacia atrás en el tiempo" exactamente igual que puede "oír hacia atrás en el tiempo" durante una tormenta...

¿Sabes que te dicen que empieces a contar segundos cuando veas el relámpago, que dejes de contar cuando oigas el trueno y que luego dividas tu cuenta por cinco, y así sabrás a cuántos kilómetros está la tormenta?

Así, el rayo llega casi instantáneamente, mientras que el trueno viaja mucho más despacio. Así que cuando por fin oyes ese trueno, estás oyendo lo que ocurrió en el pasado. De hecho, cinco segundos en el pasado por cada milla de distancia a la que se encuentra la tormenta. Y eso se debe simplemente a que el trueno (es decir, el sonido) tarda cinco segundos en recorrer una milla.

Exactamente lo mismo para la luz. Un año en el pasado por cada seis billones de millas de distancia de la estrella (o lo que sea que estés mirando). Y eso es simplemente porque la luz tarda un año en recorrer seis billones de millas. (Y, por cierto, denominan coloridamente a seis billones de millas "un año luz").

Answer 2

Otras respuestas han detallado exactamente cuál es el mecanismo, o han dado analogías que demuestran principios similares, pero yo quería encontrar una mejor representación visual de lo que está pasando. Por desgracia, no he podido encontrar exactamente lo que estoy imaginando, pero me acerqué bastante:

¿A qué nos enfrentamos? Bien, imagina el Hubble (o técnicamente cualquier telescopio) a la izquierda, echando un vistazo a una sección del cielo. La imagen completa que se ve a través de él serían estos tres "planos" combinados, parecería una imagen plana. Pero sabemos intuitivamente que no todos ellos están a la misma distancia de nosotros, así que enganchar eso a saber que la luz se tarda tiempo en recorrer cualquier distancia como todo lo demás, y puede que establezcas la conexión que buscas.

La luz de los objetos más cercanos que usted está viendo (el plano izquierdo de la imagen) es "más nueva", en el sentido de que tardó menos tiempo en llegar hasta usted. La luz de los objetos más lejanos (el plano derecho) es "más antigua", ya que ha tardado más tiempo en recorrer la distancia desde la fuente hasta ti. Así que, con esto en mente, echa otro vistazo al diagrama e intenta visualizar una instantánea del espacio de la misma manera. Cualquier vista aleatoria del espacio sirve. Toda la luz llega a tu ojo al mismo tiempo, pero parte de ella ha tardado más en llegar. emitido recientemente, mientras que otras se emitieron mucho más lejos en el pasado y tardaron más tiempo en llegar hasta ti. Por tanto, nunca vemos las cosas como son "ahora", sino como eran hace X años (X corresponde a la distancia a la que se encuentran de nosotros). De ahí viene el término "año luz". Si un objeto está a 1 año luz, su luz tarda 1 año en llegar hasta nosotros. En el diagrama, los objetos de la izquierda se encuentran entre 0.000 y 5.000 millones de años luz, los de la derecha a más de 9.000 millones de años luz y los del medio a una distancia intermedia.

Por eso los telescopios pueden "ver hacia atrás en el tiempo". Esa frase es algo engañosa, porque implica que pueden ver cosas en el pasado. presente que técnicamente no pueden. Pero lo que realmente significa es que el más lejos puede ver, el más atrás en el tiempo estás mirando. Ésa es en parte la razón por la que estamos obsesionados con la construcción de telescopios de mayor alcance, para hacernos una mejor idea de cómo era el universo más atrás en el tiempo.

Edita: Acabo de recordar un episodio de Cosmos (la nueva versión) que trata este tema, aunque profundiza un poco más en el aspecto espacio-temporal. Explica bastante bien por qué un telescopio puede "ver hacia atrás en el tiempo" y luego entra a explicar la relación entre la luz y el tiempo, y la historia de cómo lo descubrimos. Si tienes Netflix puedes verlo ahora, o quizás puedas encontrarlo a través de otros servicios. El episodio se titula "Un cielo lleno de fantasmas".

Answer 3

Respuesta corta

Sencillo. Ve hacia atrás en el tiempo de la misma manera que literalmente todos nosotros ver hacia atrás en el tiempo, todo el tiempo.

Respuesta larga

Una de las observaciones más importantes de toda la física es la finitud de la velocidad de la luz. (Una de las primeras pruebas sustanciales de este hecho fue en realidad demostrada en 1676 por un astrónomo danés llamado Ole Rømer mucho antes de que Einstein incorporara la finitud de la velocidad de la luz a su teoría de la relatividad). Sin embargo, la llamada "velocidad de la luz" en realidad tiene muy poco que ver con la luz; en cambio, la velocidad de la luz determina la velocidad máxima a la que cualquier interacción fundamental de la naturaleza -- y por tanto transferencia de información entre dos cuerpos -- puede tener lugar . En su Curso de Física Teórica Volumen 2: Teoría Clásica de Campos Landau introduce apropiadamente la velocidad de la luz como la velocidad máxima de propagación de la interacción y un extracto del primer capítulo del libro en el que habla de las implicaciones de esta velocidad máxima pueden encontrarse en esta respuesta .

La principal implicación importante en la situación que planteas es que, dado que la luz se propaga a una velocidad finita, la luz que ves venir de cualquier objeto que miras fue emitido en el pasado, firmemente situado en lo que se conoce como tu cono luminoso pasado . Por ejemplo, como el sol está aproximadamente a 500 segundos luz de la Tierra, cuando miras al sol, estás viendo el sol tal y como era hace 500 segundos cuando emitió la luz, y no verás el aspecto que tiene el sol ahora hasta que hayan transcurrido 500 segundos y la luz emitida ahora te ha llegado.

Por supuesto, ésta no es la única consecuencia de la velocidad finita de la luz. Todos los efectos inusuales asociados con relatividad y le recomiendo encarecidamente que lea más sobre este tema tan interesante.

Answer 4

El Hubble ha divisado una galaxia que se encuentra a 13.400 millones de años luz. Aunque vemos la Luna tal y como era hace 1,5 segundos, o vemos en directo los "7 minutos de terror" de los exploradores de Marte, tal y como sucedieron hace 10 minutos [siempre me pregunto si la oración funciona fuera del cono de luz ]--la importancia de que el Hubble vea hacia atrás en el tiempo es que el Universo sólo tiene 13.800 millones de años --por lo que está mirando hacia atrás el 97% de todo el tiempo que ha existido en el Universo-- y que es increíble.

Answer 5

Si el objeto que emite un fotón (= un rayo de luz) está tan lejos que tarda un año en llegar al observador, entonces lo que se ve ahora mirando hacia el objeto es en realidad lo que parecía hace un año.

Un telescopio que mire al espacio verá múltiples estrellas que se encuentran a diferentes distancias del telescopio. Por tanto, los fotones procedentes de ellas, aunque igual de rápidos, han viajado durante periodos de tiempo diferentes.