¿Alternativa al efecto Doppler?

[Rafa]

Hola a todos.

La teoría de la gran explosión y con ella toda la actual cosmología, se basa en el hecho de que los espectros de las galaxias más lejanas de nosotros presentan un corrimiento hacia el rojo que crece con la distancia según la ley de Hubble. La explicación de este fenómeno se adjudica al efecto Doppler.
Pero yo me he preguntado muchas veces si ese desplazamiento del espectro no podría explicarse por algún otro fenómeno físico, que pudiera llevar a que la frecuencia de las ondas electromagnéticas disminuyera con la distancia, y que el efecto fuera tan débil que sólo fuese observable en grandes distancias.

¿Alguna persona del foro podría explicar porqué se ha elegido la explicación del efecto Doppler? Quizás sea la única disponible. ¿Tendría sentido buscar una alternativa? ¿Lo ha hecho algún científico?

Gracias y un saludo.
Rafa

[migomez]

La distancia atenúa la amplitud de las señales, no desplaza su frecuencia

[HAL9000]

Hola Rafa:

Voy a intentar explicarte el efecto Doppler lo más claramente que pueda para que comprendas porqué, a través de él, se sabe que el universo está en expansión.

Un objeto emitiendo una onda se comporta así:


Los frentes de onda se alejan del cuerpo emisor a una cierta velocidad; en el caso de la luz se desplazan a la velocidad de la luz (300.000 km/s), en el caso de ondas de presión en el aire a la velocidad del sonido (330 km/h) etc. Las ondas se emiten con una determinada frecuencia, por ejemplo 4 ondas por segundo.

Las ondas que emite un objeto en movimiento se comportan así:


Los frentes de onda se alejan del punto donde fueron emitidas con una velocidad igual a la anterior. Además las ondas también se emiten con la misma frecuencia, en el ejmplo seguirían emitiéndose 4 ondas por segundo.

Pero si te fijas, a la derecha (en el sentido del movimiento) las ondas están más "comprimidas" que a la izquierda (en el sentido del alejamiento).

Esta "compresión" (aumento de la frecuencia en la recepción, no en la emisión) se traduce en una percepción "falseada" de lo que está ocurriendo. Si pensamos en ondas sonoras y ponemos la oreja en el lado derecho nos parecerá como si se hubiesen emitido las ondas más frecuentemente, por ejemplo 6 ondas por segundo. Esto significa oir un tono más agudo.

Por el contrario, si pegamos la oreja en el lado izquierdo, nos parecerá que se han emitido ondas menos frecuentemente, por ejemplo 2 ondas por segundo. Esto significa un tono más grave.

El ejemplo típico es el de la ambulancia (nino...nino...nino...) que pasa a nuestro lado. Cuando se acerca suena aguda, cuando se aleja suena grave.

Con la luz ocurre lo mismo, cuando el objeto se acerca a nosotros la compresión de los frentes de onda se traduce en un corrimiento al azul de la luz emitida (aunque se emita luz blanca a nosotros nos parece azulada).

Cuando el objeto se aleja de nosotros la descompresión de los frentes de onda se traduce en un corrimiento al rojo (aunque se emita luz blanca nos parece rojiza).

Eso es lo que se ha detectado en todas las galaxias observadas, que todas tienen un tono más rojizo que lo que cabría esperar (no es exáctamente así pero es una interpretación lícita).

El tema de la lejanía es otro asunto que parece complicar las cosas.
Como me imagino que sabes, cuando se mira por un telescopio se retrocede atrás en el tiempo, en el sentido de que cuanto más lejos se mira más atrás en el tiempo estamos mirando.
Esto es así porque la luz que han emitido los objetos lejanos ha tardado más tiempo en llegar hasta nosostros que la de los objetos cercanos.

Se ha observado igualmente que cuanto más lejos se mira, más rojizos son los objetos, es decir que hace mucho tiempo la velocidad de expansión del Universo era mayor (aunque últimamente se viene diciendo que el Universo ha vuelto a acelerar... ¿la razón? es todavía desconocida, tal vez la materia y la energía oscuras)

El asunto de la frecuencia de la luz es que esta es permanente. Una vez que se ha emitido, la luz no cambia de frecuencia, cambia tu percepción de ella, pero el color o frecuencia de la luz es una medida de su energía y no varía, es permanente y constante; la frecuencia de la luz no puede variar con la distancia.

Espero haberte podido despejar alguna duda con este post tan largo.

Un saludo.

[alshain]

El corrimiento al rojo cosmológico NO es un efecto Doppler. Esto es un error demasiado frecuente, que se encuentra incluso en libros de texto. El efecto Doppler aparece cuando existen velocidades relativas de objetos en el espacio. Esto no es el caso en con la expansión donde es el espacio el que expande y con él hace que aparezcan velocidades aparentes de los objetos que existen en él. El efecto Doppler aparece con las velocidades peculiares, que representan la desviación del flujo de Hubble en los corrimientos al rojo.

Explicaciones alternativas al corrimiento al rojo hay, pero el problema es que existen otros fenómenos de la expansión del espacio (diltación temporal cosmológica, dependencia del brillo superficial con el desplazamiento al rojo, dependencia del tamaño angular con el desplazamiento al rojo, etc.). Los modelos han de explicarlos todos y el modelo que mejor explica todos es el de un espacio en expansión.

[deeper_space]

El corrimiento al rojo cosmológico NO es un efecto Doppler. Esto es un error demasiado frecuente, que se encuentra incluso en libros de texto. El efecto Doppler aparece cuando existen velocidades relativas de objetos en el espacio. Esto no es el caso en con la expansión donde es el espacio el que expande y con él hace que aparezcan velocidades aparentes de los objetos que existen en él.

Vaya alshain, me acabas de romper los esquemas mentales... A ver si lo he entendido... Me estás diciendo que el corrimiento al rojo no se debe a que esa galaxia que estamos observando en los confines del espacio lleve una velocidad relativa a nosotros, sino que ello es debido a que es el Universo el que se expande y provoca ese corrimiento. ¿No? Pero entonces, esa misma expansión está conllevando una velocidad relativa entre los objetos que hay en su interior, ¿o tal vez no es así?

[alshain]

La expansión es una propiedad de la métrica del espacio. Las distancias y, por tanto, las velocidades, sólo pueden ser definidas conocida la métrica del espacio. Para un espacio homogeneo e isótropo en expansión existe un sistema de referencia comóvil con su expansión, en el cuál los objetos sin velocidades peculiares están en reposo. La velocidad de recesión que uno puede calcular dado el desplazamiento al rojo es una velocidad aparente y no una velocidad propiamente dicha sobre el espacio y con cambio de coordenadas comóviles. De hecho no es sólo una cuestión de interpretación, sino que las fórmulas para el corrimiento al rojo cosmológico y para el Doppler son totalmente distintas.

[Andreas]

Como me imagino que sabes, cuando se mira por un telescopio se retrocede atrás en el tiempo, en el sentido de que cuanto más lejos se mira más atrás en el tiempo estamos mirando.
Esto es así porque la luz que han emitido los objetos lejanos ha tardado más tiempo en llegar hasta nosostros que la de los objetos cercanos.

Hola Hal

Aprovecho que citas esto para plantear una duda chorra pero que muchas veces me he planteado. Efectivamente, como dices, la luz que han emitido los cuerpos más lejanos tardan mas en llegar a nosotros que los mas cercanos, bien.

Siendo esto así, si toda la materia del universo estaba/se creó durante el big bang, es decir estaba "toda junta" en aquel momento, ¿cómo es posible que la luz de los cuerpos "tarde" en llegar a nosotros, 1000, 2000, 3000... millones de años? ¿La materia que forma el sistema solar, la Tierra, se alejó de esos cuerpos (o estos cuerpos de nosotros, como quieras decirlo) más rapido que la luz? Eso no es posible ¿donde está mi error?

Esta es de manera muy simplificada la pregunta que me ronda de vez en cuando por la cabeza.

Gracias

Andreas

[alshain]

Andreas, quizás esto te sirva de ayuda. Si te quedan dudas tras leerlo puedes preguntarme.

[Rafa]

Gracias por vuestras respuestas.

Alshain, por favor, corrígeme si me equivoco:

Parece que el corrimiento al rojo que observamos es debido fundamentalmente a la expansión del espacio mismo, aunque puede haber además movimientos particulares de las galaxias que combinados con la expansión contribuirían, mediante el efecto Doppler, al fenómeno óptico observado.

Pero yo no entiendo lo siguiente: si es el espacio mismo lo que se expande, entonces creo que no podríamos apreciar esta expansión porque afectaría por igual a las distancias a medir y al procedimiento de medida. Me parece que esto ocurriría además en cualquier sistema de referencia. Si acudimos al símil bidimensional de los habitantes planos que viven sobre la superficie de un globo o esfera de goma que se va inflando constantemente, podemos suponer que estos habitantes planos no apreciarían la expansión de su universo, porque ellos mismos también estarían expandiéndose junto con su metro de medir.

Por otro lado ¿puedes indicarme alguna página web o enlace donde se describa la expansión cosmológica?

Gracias y un saludo
Rafa

PD.
Andreas, yo también me hago tu misma pregunta
Rafa

[Andreas]

Hola Alshain

Tu artículo es interesantísimo y trata de lleno la duda que me ronda desde tiempo atrás. Lo he leido varias veces porque no me resulta fácil de entender en su totalidad, hay cosas que de momento se me escapan.

La conclusión que he sacado después de una atenta lectura es que, cuanto más cerca del instante del inicio del tiempo se creó, por ejemplo, una galaxia, más entra en juego el efecto del doblez del cono de luz y a medida que pasa el tiempo, el doblez deja de tener efecto para entonces entrar en juego la distancia que se está creando por el efecto de la expansión.

Así, los fotones de las galaxias que en la actualidad están más lejanas, desvelando la estructura que tenían cerca del inicio del tiempo, nos llegan ahora (a pesar de que cuando se formaron estaban muy cercanas a nosotros) debido al efecto doblez y los fotones de galaxias que vemos más evolucionadas, que se crearon mucho después del Big Bang, nos llegan ahora por efecto de la distancia, ya que cuando se crearon ya se encontraban muy alejadas de nosotros y su luz nos llega en función de la distancia a la que hayan creado.

No se si mi interpretación es totalmente erronea o tiene algo aprovechable. Agradecería tu aclaración.

Gracias

Andreas