¿Cómo afecta la constante de Hubble a la órbita de la Tierra?

Question

Si la constante de Hubble es $2.33 \times 10^{-18} \text{ s}^{-1}$ y la tierra orbita alrededor del sol con una distancia media de 150 millones de kilómetros; ¿Significa eso que el radio orbital de la tierra aumenta aproximadamente $11\text{ m}/\text{year}$ ? ¿Cambia el momento angular de la Tierra? En caso afirmativo, ¿de dónde procede el par? Si el momento angular no cambia, ¿cambia la velocidad orbital de la Tierra (duración de un año)? En caso afirmativo, ¿a dónde va a parar la energía cinética perdida?

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Aparte: la cifra de 11 metros por año procede de la expansión espacial de Hubble, la distancia del radio orbital de la Tierra integrada en todo un año.

$$(2.33 \times 10^{-18}\text{ s}^{-1}) (1.5 \times 10^{11} \text{ m}) (3.15 \times 10^7 \text{ s}/\text{year}) = 11 \text{ m}/\text{year}$$

Answer 1

La razón por la que el universo se expande es la gravitación, descrita por la ecuación de campo de Einstein. La evolución del universo se rige por la gravitación, descrita por la ecuación de campo de Einstein. A escala cosmológica, el universo puede considerarse homogéneo e isótropo, con una densidad muy pequeña de materia y radiación. La densidad de materia y radiación es demasiado pequeña para contrarrestar la expansión, un efecto de la condición inicial. Sin embargo, en zonas locales, la densidad es mucho mayor y el efecto de la expansión se ve contrarrestado por la atracción gravitatoria.

Answer 2

No. La constante de Hubble dice aproximadamente cómo crece la distancia entre dos objetos en reposo con el universo. No dice que la distancia entre todo crezca: el tamaño del átomo de hidrógeno no aumenta. (Mi tamaño está aumentando, pero a partir de fuentes dietéticas en lugar de cosmológicas.) El tamaño de los objetos y las órbitas se mantienen por un equilibrio de fuerzas (clásicamente). En la medida en que se pueda pensar que la expansión del universo empuja a la Tierra y al Sol a separarse, ya se tiene en cuenta a la hora de fijar la órbita de la Tierra.

Añadido

El cambio en la constante de Hubble puede afectar a la órbita, véase el artículo enlazado por Ben Crowell. Pero tomar simplemente la constante de Hubble y multiplicarla por el radio de la Tierra, como creo que has hecho, no te da nada sensato.

Answer 3

Para los objetos más pequeños que la escala cósmica, como los átomos, los planetas y los sistemas solares, las fuerzas electromagnéticas y gravitatorias que los mantienen unidos no cambian (por lo que sabemos) y, por tanto, esos objetos no cambian de tamaño.

Entre las galaxias, tan separadas, sólo hay gravedad, y eso tiende a compensarse debido a que cada galaxia está rodeada por otras galaxias en todas direcciones. A escala cósmica, las galaxias son como un gas, en el que las galaxias son las "moléculas" y se describen mediante la ecuación de la idea del gas. Para tener en cuenta la gravedad y el tamaño finito de las galaxias, podríamos utilizar la ecuación de Van der Waals o alguna otra variación, pero eso no viene al caso, sólo es útil para aumentar la precisión.

La constante de Hubble describe la velocidad a la que se expande el "contenedor" del gas galáctico, la forma en que la densidad de las galaxias disminuye con el tiempo. En un gas ordinario como el aire, cuando se encuentra en una cámara en expansión, ciertamente las moléculas no se expanden. Del mismo modo, tampoco las galaxias cambian de tamaño, al menos no por razones relacionadas con Hubble.