¿Cómo puede ser infinito el universo?

Lo que quiero decir es que, incluso si es capaz de expandirse, si todo se originó en el Big Bang, ¿cómo puede ese espacio volverse infinito en un tiempo finito: la edad del universo?

En el modelo estándar ΛCDM del Big Bang, el universo es infinito y siempre lo ha sido. La singularidad del Big Bang sucedió en todas partes , en el sentido de que, bastante atrás en el tiempo, la densidad diverge hasta el infinito en cada lugar.

Pero este es solo un modelo particular: asume que el universo es espacialmente plano y es globalmente homogéneo e isotrópico. Hay modelos extendidos en los que no es exactamente plano, por lo que podría ser finito incluso si sigue siendo homogéneo e isotrópico (si la curvatura es incluso ligeramente positiva). Y, por supuesto, en realidad no sabemos si es homogéneo e isotrópico a escalas mucho más grandes de lo que realmente vemos. Algunos modelos inflacionarios implican que no lo es.

Para aclarar: el modelo ΛCDM utiliza el supone una solución FLRW espacialmente plana de la relatividad general, en la que el espacio es el euclidiano$3$-espacio El Euclidiano$3$-el espacio es el unico plano homogeneo e isotropico$3$-variedad, por lo que no hay forma de hacerlo finito sin violar al menos una de esas suposiciones de modelado (por ejemplo, un toro plano podría tener la misma forma para la métrica, pero no sería globalmente isótropo).

Creo que la fuente de confusión entre los dos conceptos, la singularidad del Big Bang y un universo infinito, es la idea errónea de que el universo comenzó originalmente como una extensión finita. Este concepto erróneo surge fácilmente de las analogías que utilizan la lógica y los números actuales que no eran aplicables en el universo primitivo. Por ejemplo, he oído decir que poco después del Big Bang, todo el universo observable tenía el tamaño de una toronja, pero esa explicación no menciona que las toronjas habrían sido mucho más grandes en ese entonces.

El problema es que el espacio es donde podemos medir qué tan grande es algo, pero el espacio se expande, por lo que algo que está a cierta distancia en la actualidad estaba mucho más cerca hace mucho tiempo, incluso si ninguno de los objetos se ha movido en el sentido normal. Como una analogía para ayudar a ilustrar el efecto:

Tú y yo estamos parados sobre un globo desinflado ridículamente grande. Colocas una regla de un metro, haces una marca en el globo en cada extremo y cada uno de nosotros se para en una marca y ahora estamos a un metro de distancia. Luego enciendo una bomba y empiezo a inflar el globo. A medida que el globo se infla, la superficie se estira y tú y yo parecemos alejarnos más el uno del otro, cuando aunque no nos estamos 'moviendo' (por ejemplo, alejándonos el uno del otro): ahora tenemos conjuntos de información en conflicto para considerar; según las marcas en la superficie del globo todavía estamos a un metro de distancia, pero según el metro que tienes en la mano (que no se expande) la distancia es mayor que eso.

Tenga en cuenta que si bien llamé al globo "ridículamente grande", podría haber sido infinitamente grande y aun así comportarse de la misma manera. Señalo esto porque he visto en comentarios sobre otras respuestas que no ves cómo el espacio podría ser tanto infinito como en expansión, que si se está expandiendo, entonces debe haber sido previamente finito. Eso es incorrecto: de hecho, debido a que el infinito es la cualidad de lo ilimitado, algo que es infinitamente grande siempre puede hacerse más grande, porque por definición no hay un límite superior en su tamaño.

Tenga en cuenta también que si registró la analogía anterior al revés, parecería que el espacio se estaba reduciendo de tal manera que una distancia de varios metros entre nosotros se redujo con el tiempo a un metro. Si continúa reduciendo el universo de esa manera, eventualmente se convierte en el caso de que hay cerodistancia entre nosotros. Y si aplicas eso a un escenario en el que hay personas infinitamente distribuidas por el globo, todas ellas se acercarían más a medida que el globo se desinflara, hasta que hubiera una distancia cero entre dos personas... en teoría, al menos, desde la realidad. los seres humanos tenemos tamaño. Sin embargo, la energía y el espacio no tienen tamaño, por lo que en el momento del Big Bang, el espacio aún era infinito (dado que un espacio infinito/ilimitado no puede encogerse para volverse finito/limitado), pero la distancia entre dos puntos cualesquiera en el espacio era cero. .

Entonces, si pudiera retroceder en el tiempo hasta el Big Bang, vería un océano infinito de energía, ya que toda la energía estaba "hombro con hombro" (infinitamente densa), pero se expande rápidamente (y, por lo tanto, se enfría) hasta el punto que pueden formar partículas básicas, luego materia y moléculas. Por supuesto, dado que su tamaño dependería de la métrica del espacio, no parecería necesariamente que el espacio se estuviera expandiendo, sino simplemente que la energía y la materia se estuvieran enfriando. De hecho, todavía vemos esto como un efecto de expansión espacial en el corrimiento hacia el rojo de la luz de fuentes distantes: la luz se "enfría" o pierde energía en el camino porque se estira en su viaje por el espacio.

Se sabe que el universo que podemos ver en nuestros telescopios es menor que el universo total. Como no podemos ver lo que está más allá del borde visual, no podemos determinar si el universo es infinito o finito.

¿"Cómo" puede ser infinito el universo? Así que estoy infiriendo que debe haber una especie de 'procedimiento' para hacerlo infinito.

El espacio puede existir por sí mismo sin tener nada. El vacío, el espacio intergaláctico, los enormes vacíos que se ven en los mapas de estructuras a gran escala son ejemplos.

Esto significa que no importa cuánto se expanda el universo, el espacio no puede romperse como los átomos. Se puede decir que no tiene módulo elástico. Uno puede usar esto como una premisa básica para explicar cómo puede haber un universo infinito.

Alternativamente, las teorías de la topología cósmica están de acuerdo con las predicciones de que la densidad de materia de nuestro universo es muy cercana a 1, lo que apunta a un universo en expansión para siempre. (ver http://www.scholarpedia.org/article/Cosmic_Topology#fabre:2013 )

No puede ser infinito en un tiempo finito porque el tiempo es espacio y el tiempo es más o menos lo mismo. Son una entidad llamada espacio-tiempo.

Sería genial si el Hubble viera una señal marcada: "por favor, no vaya más allá de este punto, este es el borde del universo". tal vez incluso una pared o una balaustrada.

¿Cómo puede ser infinito el universo? tamaño infinito, edad infinita, construcciones cuánticas infinitamente pequeñas? El principal problema que tenemos con el infinito es que desafía la comprensión humana.

Las ecuaciones esféricas y circulares impregnan el universo: estrellas, CMB, órbitas de planetas y lunas, átomos, fotones, Pi, todos pueden usar ecuaciones de seno-coseno. Las rotaciones son infinitas. Pi y seno-coseno son infinitos.

Si el cosmos está formado por infinitas funciones matemáticas, ¿por qué no sería infinito?

¿Cuántos ángulos tiene el espacio? infinito. ¿Cuánto tiempo gira una galaxia? eternidad. Los círculos de momento angular continúan ad-eternum. Las rotaciones son infinitas.

¿Por qué habría un límite espacial para un espacio infinitamente grande o infinitamente pequeño? ¿Porque desafía la comprensión humana? esa no es una buena razón.

Todo en el universo conocido depende de principios matemáticos que son infinitos, los números son infinitos, los ángulos son infinitos, generalmente seno-coseno, los objetos lineales, circulares y esféricos tienen giros infinitos.

El conjunto de Mandelbrot es infinito. Es una ecuación mucho más simple que los objetos del universo, y es infinita. Entonces, te animo a que estudies el mandelbrot y te preguntes: ¿cómo puede ser infinito? Entonces tendrás alguna ventaja para aplicar ese estudio a los objetos del universo.

Hay una cosa curiosa que une los objetos infinitamente grandes y pequeños en el universo: las singularidades de los agujeros negros están compuestas casi en su totalidad por descripciones matemáticas de seno-coseno, pero retienen millones de soles de átomos en el espacio del tamaño de una moneda de dinero o un CD. o un nanómetro, todo dentro de un disco seno-coseno, que es un fenómeno circular que pesa miles de millones de estrellas. Si los soles pueden caber en pelotas de baloncesto, y tal vez en átomos, ¿cómo podemos juzgar qué es grande o pequeño? Si las cosas muy grandes renacen a muy pequeñas y vuelven a ser muy grandes, es como el círculo de la vida, y significa que eres el centro del universo, lo cual es una buena sensación. Los átomos y las estrellas no importan en comparación contigo.