¿Existe una definición formal exacta del Universo?

Si la pregunta es si existe una definición que encapsule nuestro universo, entonces creo que la respuesta es No. Esto se debe a que encapsular un "espacio" en un sistema formal requiere definir límites. Sin embargo, no conocemos los límites de nuestro propio universo, y mucho menos qué límites podrían ser posibles para cualquier universo.

Sólo podemos describir lo que podemos detectar en el universo observable . A partir de esto podemos introducir inmediatamente 2 problemas para crear una definición del universo.

1. Tenemos un rango limitado del universo que tenemos la capacidad de analizar.
2. Solo podemos analizar cosas que tenemos la capacidad de detectar.

Como ejemplo extraño: si el universo es como un globo y las paredes del globo estuvieran hechas de una sustancia diferente a todo lo que hay dentro del globo, ¿podríamos detectar las paredes si no sabemos qué buscar? Se podría pensar que veríamos un "borde" o un "límite", pero no necesariamente, si el universo es, digamos, un toro .

Entonces podemos hacer preguntas sobre las propiedades de un límite físico. ¿Es permeable? ¿Qué hay del otro lado? ¿Tiene que haber un "otro lado" ? Y estas preguntas ni siquiera requieren definir si un multiverso es posible o no.

En matemáticas, la topología a menudo se menciona cuando se describen formalmente espacios :

Los espacios topológicos son de naturaleza analítica. Los conjuntos abiertos, dados en un espacio topológico por definición, conducen a nociones tales como funciones continuas, caminos, mapas; sucesiones convergentes, límites; interior, límite, exterior .

El único de esos 3 últimos que podemos medir en nuestro universo es el interior . En última instancia, puede ser el único relevante cuando se relaciona con un universo . Pero, de nuevo, no tenemos más pruebas para decir que "no hay límites para nuestro universo", dando más crédito a que no existe una definición formal .

Otros podrían argumentar que podemos definir "suficiente" del universo poniendo valores a las constantes físicas que observamos. Estas constantes se combinan para crear las formas e interacciones de las piezas observables de nuestro universo.

También existen teorías alternativas sobre cómo se podría haber creado el universo, lo que cambiaría radicalmente nuestra definición del universo. De la teoría M , por ejemplo

La teoría M heterótica se ha utilizado para construir modelos de cosmología de brana en los que se cree que el universo observable existe en una brana en un espacio ambiental de dimensiones superiores. También ha generado teorías alternativas del universo primitivo que no se basan en la teoría de la inflación cósmica.

Y podría agregar otra llave a la mezcla agregando tiempo . ¿Qué era el universo en el tiempo = 0? ¿Podría colapsar (incluso si se encuentra que está acelerando en este momento)?

O ponte realmente loco y pregunta si nuestro universo podría o no dividirse como una célula biológica ( enlace ) ( enlace ). ¿Cómo sería entonces la definición formal de nuestro universo? No quiero entrar en esas ideas, pero muestran por qué agregar el "tiempo" del espacio-tiempo puede cambiar drásticamente su definición, ya que no podemos observarlo de principio a fin (que sepamos).

Pero como optimista, tal vez mi respuesta debería ser "todavía no" o "puedes acercarte por motivos prácticos". Cualquier campo puede crear una versión "suficientemente buena" de una definición para resolver problemas en ese campo. Si crear una definición formal requiere omnisciencia , entonces cambiaría mi respuesta a un firme "No".

Solo para completar, siento la necesidad de agregar algunas piezas de las definiciones de Dictionary.com :

1. la totalidad de objetos y fenómenos conocidos o supuestos en todo el espacio; el cosmos; macrocosmo.
2. También llamado universo de discurso. Lógica. el agregado de todos los objetos, atributos y relaciones asumidos o implícitos en una discusión dada.
3. También llamado conjunto universal. Matemáticas. el conjunto de todos los elementos bajo discusión para un problema dado.

A veces, la palabra universo solo se usa coloquialmente y puede referirse a todo en algún lado de un horizonte (un horizonte de eventos, un horizonte de causalidad, etc.). Pero cuando se usa con precisión, estoy seguro de que se usan diferentes definiciones en diferentes campos.

Por ejemplo, en la relatividad general matemática, asumes que tu universo es un espacio-tiempo de cuatro dimensiones conectado. Si estuviera desconectado, entonces habría dos partes, ninguna de las cuales podría afectarse entre sí, o incluso afectarse mutuamente o ser afectadas mutuamente por algo, incluso el viaje en el tiempo o el viaje a una velocidad infinita no podrían hacer que una parte afecte a la otra. Entonces tiene sentido decir que no están en el mismo universo. Esto aún puede permitir cosas bastante extrañas, ya que solo importa la conexión como cosas 4d. Por lo tanto, todavía están conectados como objetos 4d si la conexión espacial entre dos partes no va a suceder todavía dentro de mil millones de años (podría haber fusiones o divisiones, pero si alguna vez estuvieron o alguna vez estarán conectados espacialmente, entonces como cosas 4d son conectados, por lo que son partes del mismo universo). Él' También es importante mencionar que en la relatividad general estándar no existe un espacio más grande en el que los espaciotiempos curvos 4d vivan como superficies hiperdimensionales. Entonces, en la relatividad general matemática, el multiverso es solo espaciotiempos desconectados, que no tienen nada que ver entre sí, no están cerca uno del otro ni se tocan ni nada, simplemente son completamente distintos como si fueran el único universo.

Pero hay teorías no estándar (o tal vez prototeorías, esta última parte de mi respuesta no es mi campo) donde nuestro universo es una brana en algo más grande que 4D. En cuyo caso, un universo podría ser una superficie 4D conectada en esa cosa más grande, o tal vez todas las partes que interactúan entre sí. Las personas hacen definiciones para facilitar las conversaciones que quieren tener. En GR normal, no hay nada más grande en el que los espaciotiempos curvos estén incrustados como superficies hiperdimensionales, por lo que las definiciones en GR normal no están hechas para hablar de ellos, ya que no se consideran. Pero una teoría que las considere podría llamarlas branas o algo que describa significativamente (dentro de esa teoría) exactamente qué propiedades tiene o no tiene. Pero también podrían llamarlos universos.

En física, el universo puede definirse como el sistema más pequeño que contiene la tierra y que no interactúa con algo fuera de ella. Esto está de acuerdo con el uso común del término en astronomía y cosmología. Tiene un significado preciso en cualquier teoría física concreta formulada matemáticamente. En cada una de estas teorías, solo hay un único sistema de este tipo.

La relatividad general es el estudio de los aspectos clásicos de este universo (y variantes del mismo que pueden ser más fáciles o más interesantes de estudiar), mientras que la gravedad cuántica es el estudio de sus aspectos cuánticos.

En una versión simplificada del universo donde se elimina la gravitación, el modelo estándar cubre todos los aspectos del universo.

(En áreas menos convencionales de la física, donde uno especula sobre muchos mundos, un universo es algo diferente, no muy bien definido).