¿CMB descarta que el universo sea infinito?

Como ya se ha discutido, el término infinito es ambiguo y necesita aclaración para dar una respuesta adecuada.

No, el CMB no descarta una infinidad de la naturaleza espacial del universo. El espacio puede ser infinito ›aunque‹ vemos el CMB en todas las direcciones con la misma fuerza y ​​con las mismas características generales. El espacio en sí no está involucrado en la creación del CMB, el CMB fue creado por la materia en este espacio.

No, el CMB tampoco descarta la infinidad de materia y energía en el universo, ni prueba que el universo esté acotado en algún punto y operando con reflejos que disiparían el origen del CMB lo suficiente como para hacerlo brillar por todos lados. direcciones igualmente.

El CMB está llegando desde todas las direcciones porque estábamos dentro de la burbuja de materia que creó el CMB. Esa gota de materia produjo fotones en todas las direcciones, no solo dirigidos hacia el exterior. En cambio, todo el calor y los eventos que sucedieron en ese momento crearon un fluido de fotones desde todos los puntos de esa nube hacia todas las direcciones (estadísticamente hablando), así como hacia su propio interior . La mayoría de los fotones, por supuesto, nunca llegarán a donde estamos ahora porque están dirigidos a otra parte. Pero algunos ya apuntaban exactamente al punto en el espacio donde estamos hoy (que es un punto que estaba, en el momento en que se emitió el CMB, dentro de esa área donde ocurrió el CMB; si este punto está hoy todavía dentro de dicha área es más bien una cuestión de referencia).

Algunos de estos fotones han estado muy cerca de nosotros cuando comenzaron su viaje, tal vez solo a unos años luz de distancia, por lo que deberían haber llegado a donde estamos ahora solo algunos años después, por lo que no deberíamos poder verlos hoy. Pero el espacio se los llevó cuando se expandió (esa es la idea de la expansión del espacio: se lleva todo, también los fotones). Esta expansión también redujo la energía y la frecuencia de los fotones al expandir también sus longitudes de onda. Es por eso que hoy vemos los fotones de rayos gamma originalmente de alta energía como meros fotones infrarrojos que son extremadamente difíciles de detectar.

Con la emisión de estos fotones se inició una carrera entre los fotones moviéndose a la velocidad de la luz hacia nosotros y la expansión del propio espacio. Si hubieran estado un poco más lejos, la expansión habría ganado y estos fotones nunca nos alcanzarían. Lo que vemos hoy son exactamente esos fotones que se habían iniciado en la esfera que nos rodea y que tenían exactamente la distancia correcta de nosotros para que estos fotones hoy ganen esta carrera. Mañana veremos los fotones que se emitieron en la esfera que nos rodea, que era un poco más grande y, por lo tanto, más lejana.

El diagrama adjunto muestra esta expansión. Estamos ubicados en el punto negro, el anillo verde es la esfera que emitió los fotones que vemos hoy, los triángulos son los fotones que vuelan directamente hacia nosotros. Cambian de color con el tiempo para indicar su cambio de longitud de onda. Cuando llegan al punto negro, son de color rojo oscuro para indicar infrarrojos.

Entonces no, no hay rebote necesario para explicar nuestras observaciones. Los fotones han estado en camino durante unos 13.800 millones de años, pero el anillo verde que los emitió está ahora mucho más lejos que solo 13,8 años luz y estaban mucho más cerca que los 13,8 años luz cuando se emitían.

La gota de materia que creó el CMB puede o no ser infinita, no lo sabríamos, al menos no mirando el CMB. Los diagramas lo muestran como un círculo de tamaño finito y no estamos ubicados demasiado cerca del borde (de lo contrario, veríamos una diferencia en el CMB en diferentes direcciones). Pero el círculo podría ser un campo infinito de esa materia, estirado por el universo en expansión. Veríamos exactamente el mismo CMB.

Todo esto no significa que el universo sea realmente infinito. Simplemente establece que esto no se puede determinar mirando el CMB.

Puede ser interesante mencionar que todo nuestro universo observable, todos los fotones que llegan a la Tierra, se emiten dentro del círculo verde en expansión. Todo lo que se emita justo fuera de él nos llegará en el futuro (pero en realidad solo un poco más de capas lo harán porque se han expandido junto con el espacio en medidas inmensas), y cualquier cosa que esté lo suficientemente lejos fuera del anillo verde no gana el carrera contra la expansión y nunca nos alcanzará. Esa es la razón por la que llamamos a los fotones de microondas que vemos un ›fondo‹ (la B en CMB).

Hay algunas cosas que aclarar:

1. el universo no tiene una edad infinita, el big bang ocurrió hace 13.800 millones de años

2. el universo puede tener un tamaño infinito, pero lo que queremos decir con eso es que el universo es prácticamente infinito

Hay dos formas de decir si algo (nuestro universo, por ejemplo) es infinito:

1. extensión espacial infinita (o extensión 4D infinita en nuestro universo), lo que significa que se extiende (por ejemplo, como una esfera en 3D) infinitamente, por lo que sus ejes serían infinitamente largos, lo que significa que su extensión espacial es ilimitada

2. infinito que significa infinito, es decir, puedes viajar en el espacio para siempre sin tocar el borde (que posiblemente no existe en nuestro universo)

Ahora, en nuestro universo, el caso es posiblemente 2., infinito, lo que significa interminable, puedes viajar en el espacio sin tocar el borde para siempre.

Ahora el buen ejemplo es la superficie de la Tierra para una hormiga. La hormiga puede viajar en la superficie de la Tierra para siempre sin chocar con un final, no hay un final de señal de tráfico. ¿Significa esto que la Tierra tiene una extensión espacial infinita en el espacio? No. La tierra tiene una extensión espacial limitada en el espacio (podrías poner/limitar la Tierra en un cubo por ejemplo).

Sin embargo, la Tierra es infinita para la hormiga (que no entiende el panorama general), que solo vive en 2D en la superficie.

Análogamente, el universo es infinito para nosotros, que vivimos en el espacio 3D, lo que significa que podemos viajar infinitamente sin tocar el borde.

¿Significa esto que el universo tiene una edad infinita (en 4D en ambas direcciones, atrás en el tiempo y adelante)? No.

Análogamente, el universo está limitado en 4D, por lo que la dimensión del tiempo está limitada en una dirección, de vuelta al Big Bang, y no tiene sentido volver antes del Big Bang, no existe tal cosa como antes del Big Bang. estallido.

Lo más importante es comprender que la infinidad (en este caso, la infinitud) del espacio no requiere un tiempo infinito.

Según los comentarios, la pregunta es más bien por qué vemos el CMB si el universo tiene un tamaño infinito y toda la radiación se ha diluido.

Ahora, algunas personas pueden confundirlo al hacer preguntas como "¿por qué el cielo nocturno no está oscuro entonces?"

Todo vuelve a la dimensión del tiempo. La razón por la que todavía vemos luz procedente de otras galaxias y vemos el CMB es que el universo no tiene una edad infinita. El universo según nuestra teoría actualmente aceptada, el SM, tiene 13.800 millones de años.

Para tener lo que sugiere, que la radiación CMB se ha diluido por completo (y, de manera análoga, el cielo nocturno está oscuro), el universo tendría que tener una edad infinita, lo que significa que el universo habría existido durante un tiempo infinito.

Este no es el caso, CMB, radiación, al igual que otros fotones (como el visible) provienen de todas las direcciones del universo, y lo más lejano que vemos podría haber sido emitido hace solo 13.800 millones de años (pero nuevamente esto es para todo el universo, no sólo para lo observable).

Si no viéramos radiación CMB (y tampoco fotones visibles provenientes de galaxias), eso podría significar dos cosas:

1. el universo ha existido por un tiempo infinito

2. la tasa de expansión ha excedido un cierto límite, donde todas las demás galaxias están tan lejos que ningún fotón (no visible, ni CMB) nos alcanzará jamás