La expansión del universo implica el desplazamiento al rojo cosmológico (que no tiene nada que ver con el efecto Doppler). Una de sus consecuencias es la dilatación temporal cosmológica, que el tiempo medido por un reloj lejano parece ir más lento porque la longitud de onda de su señal se ha estirado por la expansión cósmica. Este fenómeno fue verificado con una supernova Ia situada a z = 0.479 en 1996 y confirmado con muchas otras para z < 0.62 en 2008. Para llegar aún más lejos hay que usar cuásares; pero los primeros intentos fueron fallidos porque usaban pocos cuásares observados durante poco tiempo. Se publica en Nature Astronomy la detección a unas 4.4 sigmas de este fenómeno usando 190 cuásares con 0.2 < z < 4.0 observados entre 1998 y 2020 para el catálogo de DES (Dark Energy Survey). Como es obvio no es nada sorprendente confirmar este efecto; sin embargo, me ha sorprendido que en algunos medios se haya afirmado que cuando el universo era más joven el ritmo del tiempo era más lento; algo falso de toda falsedad.
Los cuásares son núcleos galácticos activos, por lo que su física es mucho más complicada que la de las supernovas Ia y además sus emisiones presentan gran variabilidad. Aún así, en observaciones de muchos de ellos durante mucho tiempo se espera detectar que, en promedio, la longitud de onda de sus emisiones sigue la ley λ(z) = λ₀/(1+z). Para confirmarlo se han usado tres bandas ópticas (g, r, i centradas a 4720 Å, 6415 Å y 7835 Å) que se han ajustado a la ley λ₀/(1+z)ⁿ resultando n = 1.28 ± 0.29; este resultado es compatible con la predicción teórica (n = 1) y está en contra de la hipótesis nula (n = 0) a 4.4 sigmas de significación. En un futuro se podrán usar cuásares aún más lejanos y se podrá incrementar dicha significación por encima de las cinco sigmas.
Este tipo de resultados permite estimar la posible variación de la velocidad de la luz en el pasado (recuerda que la mejor manera de medir el tiempo es usar un reloj de luz de Einstein); sin embargo, los límites que se pueden obtener son pobres comparados con otras medidas alternativas. Aún así, confirmar las predicciones de la cosmología relativista siempre es necesario. El artículo es Geraint F. Lewis, Brendon J. Brewer, «Detection of the cosmological time dilation of high-redshift quasars,» Nature Astronomy (03 Jul 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-023-02029-2, arXiv:2306.04053 [astro-ph.CO] (06 Jun 2023). Más detalles sobre la metodología usada en Oliver T. Oayda, Geraint F. Lewis, «Testing the Cosmological Principle: On the Time Dilation of Distant Sources,» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 523: 667-675 (16 May 2023), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/stad1454, arXiv:2305.06771 [astro-ph.CO] (11 May 2023). En un futuro no muy lejano se publicará un resultado similar usando brotes de rayos gamma (GRB); sobre su estado actual recomiendo Amitesh Singh, Shantanu Desai, «Search for cosmological time dilation from gamma-ray bursts — a 2021 status update,» Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) 02(2022)010 (04 Feb 2022), doi: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2022/02/010, arXiv:2108.00395 [astro-ph.HE] (01 Aug 2021).
Gracias por el aporte! Muy interesante
Pero no dice por qué es falso de toda falsedad, es más ¿por qué es falso? No veo la necesidad de mentir en revistas científicas acerca de la mencionada premisa.
Andres, no entiendo por qué no te queda claro: es falso que el modelo cosmológico prediga que el tiempo en el pasado era más lento que en la actualidad como sugieren algunos medios. Punto.
Gracias por tus aclaraciones Francis!
En tu artículo mencionas la posibilidad de confirmar experimentalmente la diferente velocidad de la luz en el pasado. Como se podría hacer eso?
Alejol, hay muchos métodos que se han aplicado para estudiar potenciales modificaciones de la velocidad de la luz en el vacío con el tiempo (hasta ahora todos indican que no existe ninguna variación observable, siendo imposible afirmarlo con rotundidad, pues en ciencia es imposible afirmar con observaciones que algo es exactamente cero). Se han usado púlsares, supernovas Ia, cúmulos galácticos, cuásares, incluso el fondo cósmico de microondas. Cambiar la constancia de la velocidad de la luz en el vacío modifica prácticamente toda la astrofísica y cosmología, por lo que es fácil usarlo todo para acotar sus variaciones. Si te interesan los detalles busca artículos (hay muchísimos) en Google Scholar.
En la noticia de prensa los TITULARES, son un poco sensacionalistas, indican que el tiempo en el pasado iba 5 veces más lento. Pero esto no es cierto.
Si se lee lo que explica Lewis (uno de los autores) al respecto, dice: es como si se viera el universo transcurrir a cámara lenta, se ve, parece, etc., no es lo mismo que el tiempo transcurrió.
La mayoría de los medios utilizan 5 veces porque corresponde al z=4 de los cuásares más alejado de los 190. Lo que se observa es (1+z) el tiempo de escala de la variación de la luminosidad de los cuásares.
¿Por qué no transcurría más lentamente? La métrica utilizada en cosmología dice que para los objetos que se mueven con coordenada comóvil constante (lo siento por el tecnicismo) su tiempo propio es el mismo que el tiempo coordenado en todo momento (es decir, para cualquier desplazamiento z que veamos).
Según entiendo es falso de toda falsedad que al inicio del universo el tiempo fluye diferente, el tiempo fluye igual siempre que te encuentres en ese determinado punto y momento, otra cosa es lo que observamos desde la distancia apareciendo ciertos fenómenos bien conocidos, ahora comprobados.
De estas comprobaciones los medios infieren que «el tiempo fluye distinto al inicio del universo»….mejor me callo y no digo lo que pienso de los medios….
Falso de toda falsedad que el modelo cosmológico lo prediga. Además, no hay datos observacionales que lo apoyen.
Entonces, se podría asimilar ese fenómeno al tensado de una cuerda de guitarra? Es decir, cuando el universo era joven su comportamiento temporal es similar a la frecuencia de vibración de una cuerda de guitarra que presenta una oscilación lenta y mucha amplitud. Sin embargo, conforme se va tensando (y el universo expandiendo) se reduce la oscilación y aumenta la frecuencia por lo que da la sensación que la vibración de la cuerda es mucho más rápida.
Joseba, si la longitud de onda decrece con 1+z entonces la frecuencia crece con 1+z. No me gusta la analogía metafórica entre tensión de una cuerda y la expansión cósmica, en mi opinión es más difícil entender la analogía, la cosmología y la posible relación entre ambas, que entender la cosmología; pero si te ayuda, bienvenida sea.
Hola, Francis: No sé qué opinas, pero creo que el uso por parte de los cosmólogos de «dilatación del tiempo» (time dilation) entra en contradicción con el concepto previo de dilatación del tiempo en relatividad especial.
Supongamos que se envía de forma continua la imagen de la hora que marca un reloj desde la Tierra a una nave que viaja alejándose a velocidad V. Esta es una idea modificada del artículo de 1911 de Langevin (entonces no existía tele). En la nave se compara el tiempo que se ve en la retransmisión con el que marca el reloj (idéntico al de Tierra) en la nave. El astronauta observa que las horas en la nave guardan la siguiente relación:
H_nave=k * H_tierra, siendo k el factor de Bondi=((1+V/c)/(1-V/c))^(1/2). Es decir, el astronauta ve que el tiempo en la Tierra transcurre más lentamente (k>1) y esta relación es la misma que en el Doppler relativista existe entre la longitud del onda observada y la emitida (o entre el periodo observado y el emitido) utilizada en la retransmisión.
Mientras que la dilatación en RE viene dada, no por k, sino por (1-(V/c)^2)^(1/2). Esta dilatación es consecuencia de la métrica de Minkowski, donde la dilatación es resultado de comparar el tiempo propio en la nave con el tiempo coordenado, en este caso, del SR de la Tierra considerado inercial, es decir, H_nave/H_coordenado_Tierra= (1-(V/c)^2)^(1/2).
Además, el factor dilatación depende del SR que se utiliza, porque si utilizamos el de la nave, lo que tenemos es:
H_Tierra/H_coordenado_nave= (1-(V/c)^2)^(1/2).
Por otro lado, la dilatación del tiempo es un concepto 100% relativista. Y si se identifica dilatación del tiempo con cómo se ve los intervalos de tiempo, resulta que habría dilatación del tiempo incluso en la aproximación clásica del Doppler relativista (válida para V<<c).
En la métrica de FLRW, el tiempo propio de un objeto como un cuásar que se mueva siguiendo el flujo de Hubble (con coordenada comóvil r=constante) coinciden con su tiempo coordenado, tanto en el pasado (por ejemplo, hace 12.000 millones de años, para z=4) como en la época actual (z=0), de ahí que en el paralelismo con RE no se debiera hablar de dilatación del tiempo.
Otro aspecto, el llamar o no Doppler al redshift cosmológico: creo que en la literatura hay diversidad de usos. Igual que se habla de Doppler gravitatorio sin que haya movimiento, se puede hablar de Doppler cosmológico cuando el aspecto cinemático proviene de una métrica no estática. Para mí hay Doppler siempre que hay dos intervalos de tiempo propio cuyos extremos están unidos por rayos de luz (trayectorias nulas en la correspondiente métrica), considerado esto como definición el redshift cosmológico es un Doppler.
En mi humilde opinión, más que hablar de dilatación del tiempo se debería hablar, por ejemplo, de estiramiento del tiempo (time stretching), igual que se estira la longitud de onda o el espacio a través del incremento del factor de escala.
Nota: en la métrica de Schwarzschild cuando el emisor y receptor permanecen espacialmente quietos, en este caso sí coincide la dilatación del tiempo con el Doppler gravitatorio radial.
Guillermo, en ciencia se usan muchas veces los adjetivos para diferenciar entre cosas completamente diferentes (como gravitational time dilation, relativistic time dilation, cosmological time dilation o, incluso, subjective time dilation; luego time dilation es ambiguo sin adjetivo, salvo que el contexto determine el adjetivo de forma unívoca).
Un poco OT, pero me gustaría ver qué se piensa de esta teoría que defiende un Universo el doble de viejo, basándose en las ideas de la luz cansada y las constantes físicas habiendo variado:
https://phys.org/news/2023-07-age-universe-billion-years-previously.html
Aparte de que la edad de las estrellas más viejas cómo la mencionada esté siendo refinada y dentro de la edad asumida habitualmente para el Universo, no sé cómo encaja ahí que por ejemplo las enanas blancas más viejas se estime que tienen edades similares al Universo y la edad de cúmulos globulares (la masa a la que sus estrellas abandonan la secuencia principal) lo mismo. Y además que un Universo el doble de viejo sería distinto seguramente (más metalicidad, menos gas interestelar y más estrellas viejas, cúmulos de galaxias más evolucionados que hoy, etc)
U-95, la idea de Gupta es que todas las constantes fundamentales son dependientes de la edad del universo (como c(a), G(a), h(a), k(a), etc.). Como es obvio, se introducen un gran número de parámetros libres que permiten ajustar cualquier cosa (y las que no se ajusten bien, se ajustan bien metiendo más parámetros libres). Una idea de este tipo, sin ningún tipo de justificación física fundamental, más allá de que se puede publicar en revistas científicas (ya Dirac y otros publicaron cosas parecidas hace casi un siglo), es un sinsentido, se mire como se mire. No merece la pena darle más vueltas.