¿Cuál es la extensión del universo?

He dividido mi respuesta en dos secciones diferentes (forma y extensión). Aunque los dos están muy relacionados en un sentido físico y matemático, ilustran diferentes aspectos de la cosmología de nuestro Universo. Me he permitido publicar una respuesta bastante larga, ya que creo que las preguntas planteadas aquí no pueden responderse fácilmente con una simple declaración. En cambio, creo que las respuestas deben abordarse desde varias direcciones, todas arraigadas en las matemáticas y la física, pero que, sin embargo, convergen en un terreno más filosófico. Los fundamentos filosóficos son, después de todo, el punto de partida común para algunas de las teorías más apasionantes de la física.

Forma

En cuanto a la forma del Universo, esto depende de la curvatura general (que es más o menos lo mismo). La curvatura depende de la cantidad de materia y energía en el Universo, a través de las ecuaciones de Einstein. Por lo tanto, la curvatura y el contenido de energía se pueden estimar utilizando un modelo cosmológico (el típico es$\Lambda$MDL). La curvatura afecta la historia de expansión del Universo, que se puede probar utilizando estructuras a gran escala, como cúmulos de galaxias, y la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB). Usando este modelo cosmológico junto con las observaciones, se puede calcular la probabilidad de los parámetros en el modelo. Haciendo esto se obtiene una curvatura igual o muy cercana a cero. El análogo de lo cual es una sábana plana, lisa e infinitamente extendida.

La curvatura aparece entonces como un parámetro natural en el modelo geométrico del espacio-tiempo. La forma en que elija interpretar este parámetro depende totalmente de usted. A muchas personas les gusta pensar en términos de analogías. La forma del Universo, o espacio-tiempo en GR, es en términos matemáticos análoga a la forma de otros objetos geométricos, como naranjas o sillas de montar. Dado que el espacio-tiempo en GR es de 4 dimensiones, las únicas analogías físicas en las que podemos pensar serán sus equivalentes de menor dimensión. Suponiendo que GR es la única teoría que deberíamos usar a gran escala, estas analogías son en realidad muy precisas. Este no es necesariamente el caso de las teorías cosmológicas más generales, algunas de las cuales proponen los llamados defectos topológicos (p. ej., cuerdas cósmicas) y otros objetos geométricos que no son tan fáciles de visualizar.

Pensar en la forma del Universo es, por lo tanto, un esfuerzo muy interesante y nada trivial.

Medida

La extensión del Universo también es algo muy interesante y no trivial. Algunas soluciones sugieren que el Universo puede ser infinito. Otros sugieren que es finito, pero sin límite (como la superficie 2D de la Tierra). Ahora hay algunos ingredientes naturales, lo que convierte la discusión en una dirección aún más interesante. Estos son: la velocidad finita de la luz, la edad finita del Universo y la expansión del Universo. Puede que estés familiarizado con la paradoja de Olbers . Si no, es una lectura muy recomendable.

Básicamente ilustra nuestra incapacidad para ver infinitamente lejos en el Universo. De ahí el término 'El Universo Observable'. En realidad, esto es más una declaración sobre la causalidad que sobre la limitación tecnológica. Dado que la velocidad de la luz es finita y que el Universo se está expandiendo, existe un límite en la distancia a la que podemos enviar y recibir señales. De hecho, todavía podemos observar algunos objetos muy distantes, que emitieron su luz hace mucho tiempo, pero nunca podremos enviarles una señal, porque el Universo se está expandiendo demasiado rápido, por lo que la luz nunca podrá alcanzarlo, incluso si viaja por una cantidad infinita de tiempo. Este ejemplo ilustra el núcleo del asunto sobre la extensión del Universo, que son los horizontes. Más allá de estos horizontes que nunca podemos esperar alcanzar,

Otra consecuencia interesante de la expansión del Universo es que los objetos lejanos se deslizan fuera de nuestro horizonte. Debido a esto, se podría decir que la cantidad de contenido (de materia visible) en el Universo observable en realidad está disminuyendo, mientras que el Universo en sí mismo está en constante expansión.

La razón para traer a colación este asunto de los horizontes es que hacer afirmaciones sobre el Universo más allá de los horizontes (y más allá del infinito) está al borde de la filosofía. Esto no quiere decir que uno deba dejar de pensar en ello, o de hacerse preguntas, sino todo lo contrario. Pero significa que a menudo es difícil llegar a un consenso. Existen muchas ideas exóticas sobre la naturaleza del Universo no observable. Estos incluyen multiverso, inflación eterna, vacío local y muchos otros. Sugiero leer sobre ellos si esto es de interés.

Me gustaría terminar con una referencia que está muy cerca del horizonte. Presenta algunos diagramas muy informativos, que ilustran algunos de los diferentes horizontes cosmológicos que están presentes en nuestro Universo. Debo advertir que no son fáciles de entender, ni siquiera por profesionales, pero transmiten mucha información y perspicacia, si se les dedica algo de tiempo.

[1] TM Davis, “ Aspectos fundamentales de la expansión del universo y los horizontes cósmicos ”, febrero de 2004.

Si pudiéramos observar el universo en su totalidad sabríamos su tamaño. Sin embargo, la extensión del universo sigue siendo desconocida. El universo observable consiste en lo que se puede ver con telescopios y actualmente está limitado por la tecnología de telescopios.

Se estima que el diámetro del universo observable es de unos 28 000 millones de parsecs (93 000 millones de años luz), 3 lo que sitúa el borde del universo observable a unos 46 - 47 000 millones de años luz de distancia.[4][5]

-Wikipedia (arriba del enlace)

[editar] Aquí hay un modelo de cuán inimaginablemente grande es el sistema solar: si el sol fuera una bola de boliche de 8 pulgadas, Plutón tendría el tamaño de una cabeza de alfiler a 1 kilómetro de distancia. El sistema solar se extiende hasta los cometas, que van 25 veces más lejos que Plutón, o 25 km en el modelo.

La estrella más cercana está 265,6 veces más lejos que los cometas, que en el modelo es de 6.640 km. Entonces, si el sol fuera del tamaño de una bola de boliche de 8 pulgadas, la estrella más cercana estaría tan lejos como el núcleo de la tierra (el radio de la tierra). El radio del universo conocido está 10 mil millones de veces más lejos que la estrella más cercana, que en nuestro modelo está a 66,4 billones de kilómetros. La estrella más cercana está a 39,7 billones de kilómetros de distancia, por lo que si el sol tuviera 8 pulgadas de diámetro, la extensión del universo conocido sería 1 vez y media más lejos que la estrella más cercana. ¡Mi cerebro está a punto de explotar! Por favor, vota antes de que lo haga.

Si pudiéramos averiguar la fuente de la 'materia' y el 'espacio' en el universo, obtendremos todas las respuestas con respecto al Universo.

El universo, a los efectos de la ciencia, es el universo visible ., como todo lo demás está excluido por el positivismo. Es una esfera con nosotros en el centro, con una pared a 13.700 millones de años luz de distancia (medida definiendo el "ahora" a lo largo de un rayo de luz que comienza en la tierra y sale en un cono orientado hacia atrás), en el que el Se puede pensar que el big-bang todavía está golpeando, y esta pared es como un horizonte de agujero negro, que vuela hacia afuera a una velocidad ligeramente menor que la de la luz, y que se ralentizará más en algún momento en el futuro cuando oscurezca. la energía domina, y luego se detiene y simplemente se sienta allí, succionando todo de nosotros hasta que todo el universo observable es un horizonte rodeado de un espacio de-Sitter casi vacío (solo nosotros y algunas galaxias vecinas) con una pared esférica de horizonte cosmológico en un radio de algo como 70 mil millones. años luz.

Eso es todo. Ese es el universo. Todo lo demás es extrapolación injustificada utilizando modelos de dudosa validez fuera del horizonte cosmológico, y las extrapolaciones no son necesarias, ya que no afectan directamente a las observaciones.

La forma del universo es esférica alrededor de cualquier observador, por lo que no estamos en un lugar especial. Esto es un poco contradictorio.

Creo que puedo ayudarlo a visualizar esta pregunta (sin matemáticas).

Comencemos con el universo al principio, por ejemplo, el universo completo tiene, por simplicidad, 1 milla de ancho.

La presión a este tamaño es extrema, por lo que todo empuja lo que está al lado. Entonces, una vez que estas cosas empujan más y más lejos, el universo crece muy rápido al principio debido a la alta presión.

Esto se puede visualizar como una gota de agua extendiéndose sobre la superficie de una mesa de vidrio cada vez más delgada.

Usted está preguntando físicamente cuánto puede "extenderse" esa gota. La respuesta física más simple es que no hay límite (infinito).

El agua se extenderá para siempre a medida que la presión disminuya, espera que la velocidad de expansión disminuya, pero en un entorno sin fricción no hay nada que disminuya la velocidad del agua, la presión original sigue aumentando la velocidad una y otra vez.

si estás al principio (o en cualquier lugar en el medio), el agua en los bordes se alejará tanto que ya no podrás verlos. Entonces, una vez fuera de su vista, no puede decir con un 100% de precisión qué tan lejos están los bordes (universo no observable), solo puede describir el horizonte físico (universo observable).

No vea ninguna matemática, nunca puede llegar allí, pero está allí en algún lugar (tan grande que no está dentro de la razón normal para incluirla en las ecuaciones, por lo tanto, Infinite simplemente está diciendo "No tenemos números tan grandes". se utilizan nuevas matemáticas teorías diarias y nuevas se prueban una y otra vez, necesitamos revisar nuestra "comprensión" de lo que podemos imaginar y lo que existe lentamente comienza a estar de acuerdo entre sí a medida que encontramos nuevas formas de medir las ideas "infinitas" anteriores.