Big Bang: ¿qué es exactamente lo que se está expandiendo?

Considere un diagrama como el que muestro a continuación

Estas son cuatro galaxias unidas a una estructura alámbrica imaginaria, para simplificar esta cuadrícula es cuadrada, y el tamaño de cada celda es$a$. La declaración de @Kyle, aunque breve, es absolutamente correcta, lo que se expande es el espacio, en el sentido de que la cuadrícula escala en tamaño. En el ejemplo anterior, la longitud de cada celda aumenta en un factor de$2$, por supuesto$a$en general cambia suavemente en función del tiempo

Tu observación también es algo correcta, si te sientas en galaxy$A$y observa cómo se expande el universo, verás que la geometría del triángulo se formó con galaxias$B$y$C$no cambia. Pero hay un par de cosas que te ayudarán a detectar la expansión.

1. Deliberadamente dibujé un objeto$D$como un conjunto de puntos, imagina que en la figura de la izquierda estos objetos están unidos gravitacionalmente. Si ese es el caso, incluso después de que el universo se expanda, este objeto permanece atado, por lo que la distancia entre sus partes no cambiará. Decimos en esos casos que$D$está desacoplado de la expansión y esa es en realidad la razón por la que existen las galaxias, y por qué algo como el CMB es una herramienta tan poderosa para comprender la historia del universo. Debido a que contiene tamaños de objetos a los que conocemos la distancia, por lo que al medir ángulos podemos formar una imagen bastante sólida de los procesos que conducen a la formación de dichos objetos.

2. ¡Luz! También en esta imagen dibujé un fotón emitido por$D$, por supuesto que toma un tiempo para que viaje hasta que puedas verlo (recuerda que estás en$A$), pero mientras tanto el universo se expande, cuando finalmente lo recibes, su "longitud" se ha visto afectada por la expansión. Más técnicamente, su longitud de onda también aumentará, en nuestro ejemplo, por un factor de$2$. Entonces se vuelve más rojo, si puedes identificar qué objeto de color$D$emitió su luz en (que sabemos), y mide de qué color te aparece, también puedes inferir cuánto afectó la expansión del universo a ese fotón.

En este caso, la regla se está expandiendo, pero entendemos cómo, y podemos usar su cambio a su favor.

En mi opinión, y esto es muy poco estándar, y debería haber y estoy seguro de que habrá otras respuestas que brinden una visión más convencional, pero ha dado en el clavo con respecto a que existe cierto grado de absurdo. la noción del big bang y el comienzo de los tiempos.

Lo que muchos no se dan cuenta es que tanto el tiempo como el tamaño son relativos y, como tales, la noción de que el Universo tiene el tamaño de un guisante es absurda en un momento en que no existe ni un guisante ni nada remotamente parecido a él, y si existiera, no sería significativamente "del tamaño de un guisante" de todos modos.

Donde rara vez se tiene cuidado es en hacer afirmaciones precisas sobre lo que significa que el universo sea diminuto.

Lo que interpreto que significan realmente estas afirmaciones es que la distribución de espacios dentro del universo era diferente en la medida en que el espacio dentro de las partículas era mucho mayor, en comparación con el espacio entre partículas, como proporción del espacio total, de lo que es ahora. .

Pero la noción de que el metro en ese entonces tenía mucho que ver con el metro ahora, es absurda.

Lo que podemos hacer es recuperar alguna noción significativa de lo que entendemos por expansión utilizando una declaración de la siguiente forma: "La distribución del espacio entre la materia cambia de tal manera que la proporción de espacio contenido dentro de las partículas disminuye con el tiempo en relación con la proporción de espacio total que hay entre las partículas".

Además, también se debe tener cuidado con la otra dimensión de la separación: el tiempo, que es más potente para reducir la noción del big bang al absurdo.

De acuerdo con algunos de nuestros modelos básicos (si luego encuentro la referencia que fue de John Baez, la agregaré, por ahora puedo encontrar esta discusión de un libro de Roger Penrose, que especula sobre el tiempo antes del big bang), si observamos el movimiento a medida que nos acercamos al big bang, retrocediendo, todo movimiento se vuelve cada vez más rápido y se convierte en una singularidad al comienzo de los tiempos. Báez habló de que esto es una singularidad y, si no recuerdo mal, posiblemente una deficiencia de nuestros modelos. Pero lo que no pudo recoger en el blog que escribió (y no he visto a ningún físico prominente recogerlo tampoco) es que, de ser cierto, esto significa que el Big Bang no es necesariamente el comienzo del universo.

Si el movimiento se aproxima a una velocidad infinita, entonces las cosas pueden suceder infinitamente rápido; infinitas cosas pueden suceder en muy poco tiempo. Con este conocimiento, la teoría del big bang vista verdaderamente, solo dice que nuestro concepto del tiempo se derrumba hace unos 13 mil millones de años, pero puedes tomar cualquier momento de tu elección, arbitrariamente cerca del big bang y aun así siempre encontrar más cosas. teniendo lugar en lo que llamamos los "momentos" anteriores, que en los 13 mil millones de años desde entonces.

Por lo tanto, parecería que en lugar de considerar el tiempo como lineal, deberíamos pensar en él como circular. A nivel local, el cambio se correlaciona de manera bastante inequívoca con la distancia o la separación, pero cuanto más atrás vemos, más nos acercamos a un "horizonte de eventos" análogo al horizonte de un agujero negro, donde se vuelve difícil para nosotros separar los eventos entre sí en de manera lineal, se asemejan al tiempo tal como lo experimentamos localmente.

Si no recuerdo mal, hay teorías tentativas pero respetables de físicos prominentes que comparan el Big Bang con nuestra salida de un agujero negro y mi opinión personal sería que esta es probablemente una buena analogía, si no una descripción. Mi opinión personal es que el big bang es el momento en que nosotros (el universo entero como lo conocemos) como una colección de luz, somos emitidos, y que nosotros y todo lo que nos rodea retrocede a la velocidad de la luz en relación con el big bang. Entonces el CMB es el remanente distante más débil de ese evento, que podemos ver.