Gran explosión y tiempo

Escuché a Carl Sagan hablar sobre el Universo hace 15 mil millones de años y el Big Bang. Hizo la declaración de que fue la explosión más grande de todos los tiempos (al principio pensé que esto era un juego de palabras sutil). Esto me lleva a mi pregunta. ¿Cómo habría sido el tiempo en el "momento" +1 después del Big Bang? Lo que estoy tratando de preguntar es, y odio decirlo porque temo sonar tonto, ¿el tiempo fluyó a la misma velocidad? ¿Toda esa masa en un solo lugar no habría distorsionado el espacio/tiempo (y por qué no lo "rasgó")?

Si estuviera dentro de esa masa con un cronómetro, supongo que no habría podido medir la diferencia porque el tiempo me habría afectado de la misma manera que afectó al resto del espacio/masa en el área. Supongo que tendría que tener algo dentro (la masa inicial del Big Bang) y algo fuera de la medición del tiempo y ver si había una diferencia (intuitivamente, esto se siente extraño de considerar, ¿podría realmente colocar algo "fuera" del "Big Bang"? masa").

Tal vez dije demasiado o hice la pregunta demasiado complicada. Me disculpo si este es el caso.

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Un agujero negro es mucha masa colapsada en un pequeño espacio. Creo que a medida que aumenta la masa aumenta la dilatación del tiempo. Recuerdo haber escuchado que si caías en un agujero negro, nunca experimentarías el último segundo de tu vida...

Si esto es cierto para los agujeros negros, ¿cómo pasó el tiempo en la masa/energía responsable del big bang? Cuando ocurrió el big bang, ¿se aceleró el tiempo con la expansión del universo? Estoy tratando de explicar a qué me refiero haciendo más preguntas relacionadas con lo que estaba preguntando. Estoy tratando de entender cómo era el tiempo mismo. Tal como lo entiendo, el tiempo impide que todo suceda a la vez. Si el tiempo fuera una línea, ¿se rompieron los extremos en un punto antes del Big Bang? ¿Tal vez a medida que la masa/energía se expandió, la "línea de tiempo" también se expandió?

Si bien tiene la semilla de una idea interesante (distorsiones del espacio-tiempo inmediatamente después del Big Bang), no creo que esta sea realmente una pregunta bien definida. Has identificado la razón por la cual: no hay forma de colocar algo fuera del universo para compararlo con lo que hay en el universo, como estás preguntando.
Tengo que estar de acuerdo con David en su comentario aquí.
Gracias por mantener activa tu pregunta, Everett; tal vez podamos mejorarla para que podamos responderla. Tal vez esto ayude: hay mucha especulación filosófica sobre qué es realmente el tiempo, pero no nos ocuparemos de eso aquí. En física, el tiempo es solo una coordenada, como la distancia, la altura, la latitud o la longitud. Así como diferentes observadores pueden medir la distancia de manera diferente, también pueden medir el tiempo de manera diferente. Eso es la dilatación del tiempo. Entonces, si desea hacer una pregunta significativa sobre la dilatación del tiempo, generalmente necesita identificar dos observadores específicos y dos eventos específicos.
Creo que puedo haber usado el término equivocado. Gracias por su paciencia conmigo, realmente quiero entender esto. Permítanme volver a la oración con la palabra dilatación y repetirla. A medida que aumenta la masa, se produce un cambio en el flujo del tiempo. Eso fue lo que quise decir. Más a seguir, guardando edición...
Lo que estoy tratando de entender es esto. Si un agujero negro es tan masivo, que la gravedad puede afectar a las partículas que se mueven a la velocidad de la luz y causar un efecto en el espacio-tiempo, ¿cómo pasó el tiempo en la energía de la masa que fue el big bang haciendo que haya un "próximo momento"? ¿Dónde ocurrió el Big Bang? Solo estoy comparando esto con los agujeros negros porque es algo que tiene mucha energía de masa que existe actualmente en el universo conocido.
¿Puedo comparar el paso del tiempo, en diferentes puntos del tiempo, en lugar de al mismo tiempo, en diferentes puntos del espacio? Y si hiciera eso, ¿fluiría el tiempo más rápido o más lento en un "momento" después del Big Bang en lugar de un "momento" ahora?
REALMENTE estoy tratando de apegarme a las definiciones de física y evitar cualquier cosa filosófica en mi pregunta.
La relatividad general te permite flotar con diferentes definiciones de las cosas, de tal manera que es muy difícil responder a esto sin entrar en cuestiones filosóficas. La forma estándar de escribir la solución cosmológica de las ecuaciones de Einstein implica elegir una coordenada de tiempo especial que evite que se manifiesten eventos de estilo de marcación. Pero mira mi respuesta a continuación.
Se dijo anteriormente: "En física, el tiempo es solo una coordenada, como la distancia, la altura, la latitud o la longitud", con lo que estoy de acuerdo y CREO que entiendo. Una coordenada va con la dimensionalidad. Si tienes 0 dimensiones solo tienes 1 punto. Si todo estaba comprimido (masa/energía y espacio/tiempo), ¿entonces la dimensión del tiempo estaba comprimida con las dimensiones del espacio? Si la dimensionalidad del tiempo se comprimiera lo suficiente, ¿se tocarían el principio y el final? Perdón por lo primitivo de mi entendimiento.
Esa no es ciertamente la forma normal de pensar en ello. Generalmente, escribes la métrica de cuatro como d s 2 = − d t 2 + a ( t ) 2 ( γ i j d X i d X j ) , donde el γ i j es una métrica espacial independiente del tiempo. Por lo tanto, la forma fácil de pensar en el problema es imaginar que las dimensiones espaciales se vuelven realmente pequeñas y el tiempo 'fluye' a la misma velocidad. Pero esa es solo una elección especial de la coordenada de tiempo, y puede elegir otras para darle a la métrica una forma diferente. Es más relevante pensar en un problema como este en términos de lo que estoy tratando de medir LUEGO de interpretar.
Ahora sé por qué no soy físico, tengo que hacerlo al revés;)

Respuestas (3)

En el contexto de la cosmología FRW, no hay diferencia en la tasa de tiempo entre las épocas de la evolución del universo. Puedes ver eso a partir de la forma del elemento de línea.

d s 2 = − d t 2 + a ( t ) 2 γ i j d X i d X j .

Eso es el resultado de las simetrías que asumes para la distribución de la materia (homogénea, isotrópica) y la elección de observadores que haces. Entonces los observadores que siguen la expansión del Universo, que son más o menos las galaxias, perciben al mismo tiempo donde y cuando estén. El tiempo cosmológico es el tiempo propio de todos los observadores comóviles, como se desprende del elemento línea.

En el caso de una métrica de Schwarzschild y observadores estáticos

d s 2 = − ( 1 − 2 METRO r ) d t 2 + ( 1 − 2 METRO r ) − 1 d r 2 + r 2 d Ω 2 ,

es el factor frente a dt lo que marca la diferencia y tiene diferentes tasas de tiempo para los observadores en diferentes posiciones.

Hay un punto más. Alguien menciona el corrimiento al rojo y la diferencia percibida de la tasa de tiempo para objetos lejanos. Eso parecería contradecir lo que estoy diciendo, pero no lo es. El efecto de corrimiento al rojo es un efecto simétrico del observador. Como en el caso de SR, donde tienes dos observadores inerciales con diferentes velocidades y cada uno de ellos piensa que el tiempo del otro corre más lento, cuando ambos realmente experimentan el tiempo adecuado. Eso es muy diferente del caso de los observadores estáticos cerca de un objeto gravitante, donde no existe tal simetría. El reloj del observador que está en r mayor corre más rápido que el reloj del observador que está en r menor.

Pero, podría definir un conjunto { T ( t , r ) , R ( t , r ) } tal que gramo T T = 1 , GRAMO T R = 0 . Claro, haría que el resto de la métrica dependiera del tiempo y fuera desordenado, pero no hay una razón abstracta por la que no pueda hacerlo (después de todo, son dos PDE para dos variables, y sería equivalente a configurar α = 1 , β r = 0 en un ADM IVBP del problema).
¿Estás hablando de la Schw. ¿métrico? Si hace eso, entonces está eligiendo diferentes observadores y está midiendo el tiempo con respecto a su propio tiempo (estos observadores son probablemente los que caen libremente). El Schw. La métrica en su forma habitual se escribe con respecto a los observadores estáticos en el infinito. En cualquier caso, la imagen física no cambiaría.
Por cierto, estos observadores (en caída libre) no percibirían ninguna diferencia en la tasa de tiempo a medida que caían hacia el r=0 de Schw. tiempo espacial.
Y hay un punto más. En Schw. no se puede definir una clase global de tales observadores. Habría que distinguir en distintas clases a los observadores que inician su caída libre desde distintas distancias. Por otro lado, no tienes una restricción como esa en el caso de los observadores comóviles de FRW.
Sí, la métrica de Schwarzschild. La métrica que anotó solo cubre 1/4 del espacio-tiempo de Kruskal extendido, de todos modos, está cortando parte del espacio-tiempo al elegir el generador del vector Killing similar al tiempo del espacio-tiempo como coordenada. Mi punto es que no se puede hacer un argumento basado en la forma que toman los componentes métricos, su definición es arbitraria. La forma de responder preguntas como esta es preguntar primero qué está midiendo, calcular ESO y LUEGO interpretar la respuesta. Conduce a un error mucho menor que la 'dilatación del tiempo' y el 'arrastre de fotogramas' y términos similares.
Y sí, todo mi punto es que si escribe la métrica de Schwarzschild en las coordenadas de Novikov: godel.ph.utexas.edu/Members/2bh/novikov/novikov.html , entonces no ve un término explícito de 'desplazamiento al rojo' en la métrica: tienes que encontrarla resolviendo la ecuación geodésica nula.
Lo que digo es que la forma de la métrica es indicativa de la clase de observadores que elijas. En el caso de la métrica de Schw en la forma estándar (solo estoy considerando el exterior de una masa esférica) has elegido una clase de observadores estáticos y esa es la más natural en el sentido de que estamos midiendo cosas en la superficie de una masa esférica. En el caso de la cosmología, la clase natural de observadores son los comóviles, ya que las galaxias (nosotros) somos observadores comóviles. Así, el tiempo medido es nuestro propio tiempo que no cambia. Por supuesto que no hay un tiempo absoluto.
Allá i s ninguna clase natural de observadores: todos los observadores son equivalentes. Puede elegir una clase determinada para que los vectores de muerte sean obvios, o puede elegirlos para ocultar/mostrar horizontes, o lo que sea, pero no hay un conjunto preferido de coordenadas. Y debe tener cuidado al hablar de 'observadores' cuando habla de cambios en los sistemas de coordenadas, de todos modos. Esa interpretación de las cosas es mucho más natural en un formalismo de tétrada, donde los marcos locales de Minkowski se hacen explícitos. Y las tétradas son {\bf todavía} generalmente covariantes en sus índices de espacio-tiempo.
Estoy de acuerdo 100%. No dije que hay un conjunto preferido de coordenadas en el sentido de un conjunto absoluto de coordenadas. Pero hay marcos que son más naturales que otros. Puedo tener una descripción en cualquier marco de coordenadas y todas las opciones posibles serían equivalentes. Pero para la cosmología existe un marco natural, el de los observadores comóviles. No es natural porque sea especial desde un punto de vista físico (un conjunto preferido de coordenadas), pero es especial porque es nuestro marco, es el marco de las galaxias. Ese es el marco que usamos para describir lo que vemos.
Ok, pero volviendo al tema original, la 'percepción del tiempo', definida localmente, no tiene sentido debido al principio de equivalencia. Un reloj, colocado en cualquier lugar, marcará "normalmente" en relación con los observadores locales. La única discusión que podemos tener sobre esto es cuando comparas diferentes observadores. Y esas comparaciones no tienen nada que ver con la forma en que elegimos representar la métrica. Defíneme las dos curvas temporales, y puedo decirte cómo calcular su tasa de flujo de tiempo relativo, en CUALQUIER sistema de coordenadas. Simplemente es conveniente elegir una familia de superficies que se comporte con ambas.
Bueno, ese es el punto. Los observadores cosmológicos comóviles, debido a la simetría que tienen en ese marco en particular (el universo es homogéneo e isotrópico en ese marco), pueden definirse para ocupar un segmento espacial que abarca todo el universo y tiene una noción global del tiempo que es el momento adecuado de estos observadores. Por lo tanto, no solo tiene una noción global del tiempo, sino que también tiene la misma tasa de tiempo en cada instancia de la historia de estos observadores, independientemente de la curvatura del espacio-tiempo.
Si ahora intenta comparar las frecuencias de los relojes entre dos observadores, verá un desplazamiento al rojo respectivo en la frecuencia de un reloj al otro. Pero ese es un efecto que tiene que ver con la tasa de cambio del factor de escala. Si por el contrario ambos observadores tratan de calcular la edad del universo, ambos encontrarán la misma edad. Si intentan medir la tasa de cambio de sus relojes midiendo el tiempo (digamos mediante un experimento ideal de medir la deriva en la frecuencia de un fotón que fue emitido por una transición particular de un átomo particular) encontrarán un resultado nulo. .
Ni siquiera creo que estemos en desacuerdo en nada más que en la interpretación aquí. Excepto que no creo que su segundo experimento signifique nada, una vez más, ya que el único tiempo a lo largo de una geodésica es el tiempo propio, que, por definición, avanza a la misma velocidad relativa a sí mismo a medida que avanza. Obtendría un resultado nulo en un espacio-tiempo general. El experimento en el que ambos observadores (ahora separados en el espacio) estarían de acuerdo es "Vi TU reloj marcando X en el tiempo Y después del Big Bang", con valores iguales para X e Y. Pero esa no es una respuesta satisfactoria al OP .
No creo que estemos esencialmente en desacuerdo tampoco. Mi segundo experimento tenía la intención de mostrar que si la tasa de tiempo cambiaba, la frecuencia del fotón preservado se desviaría y, si se comparaba con un nuevo fotón de la misma transición, tendría una frecuencia diferente. Tal vez fue una mala idea para un experimento. Pero mi punto es como usted dice, dado que el tiempo cosmológico es el tiempo propio de los observadores que siguen el flujo de Hubble, tiene la misma tasa todo el tiempo y para todos los observadores de esa clase.
Otra forma de decirlo, y espero que esto quede claro, es que si el universo estuviera cerrado, en el momento del Big Crunch, todos los observadores llegarían a tiempo, todos se darían la mano y estarían de acuerdo en el edad del universo.
:) Creo que hemos pedantizado lo suficiente. Un voto a favor y un apretón de manos.
:) Encantado de hablar contigo.

Aquí hay un sentido en el que esto puede responderse un poco sin ambigüedades: es un efecto conocido que los campos gravitatorios dilatan el tiempo, por un factor 1 − 2 GRAMO METRO C 2 r y desplazar al rojo las ondas de luz por ese mismo factor.

También se sabe que los efectos cosmológicos desplazan al rojo las ondas gravitacionales. Esta vez, se hace por un factor de a ( t ) , el llamado 'radio del universo'. Por ejemplo, se creía que la radiación de fondo de microondas cósmico había sido radiada desde una superficie cuya temperatura (y, por lo tanto, longitud de onda emitida) es aproximadamente equivalente a la superficie de una estrella caliente. Es una cuestión de álgebra simple encontrar un valor de METRO r para lo cual los dos efectos son más o menos equivalentes y, si lo desea, puede pensar que esto describe una "tasa diferente de flujo de tiempo".

Sin embargo, que yo sepa, realmente no hay una razón útil para hacer esto.

normalmente escucho a ( t ) llamado "factor de escala", que creo que es un poco más preciso que "radio".
Se utilizan ambos términos --- Veo 'radio del universo' más a menudo en la literatura popular. En un modelo cosmológico cerrado, la sección espacial es de 3 esferas y el radio es literalmente a ( t ) . Los investigadores más antiguos detestaban las condiciones límite en GR, por lo que había una esperanza colectiva de que el universo estaba cerrado. Ahora sabemos que el modelo cerrado casi con certeza no es nuestro universo, pero algunas personas todavía dicen 'radio del universo'. La pregunta parecía tan poco técnica que me quedé con el término no técnico más común en mi respuesta.
@Jerry Schirmer. No, a(t) no es el radio del universo, es el factor de escala. Se define como 1 AHORA, y para obtener distancias hay que integrar. Dado que el radio del universo en la mayoría de las definiciones es parte de la distancia del horizonte, existen varias definiciones. El horizonte de partículas está a 46 Gly (unos 14 Gpseg), el horizonte de Hubble está a unos 4 Gpseg y el horizonte de sucesos a unos 5 Gpseg. Consulte en.wikipedia.org/wiki/List_of_cosmological_horizons . El horizonte de partículas es de integración sobre tiempo conforme dt/a, y los otros son diferentes definiciones y medidas.
@BobBee: es común referirse a a como el radio del universo, y en el caso de modelos cosmológicos cerrados, esto es literalmente cierto (asumiendo una unidad heredada de las variables espaciales)
Hay un montón de medidas de cuál es el tamaño o el radio del universo. Nunca los he visto referidos como a. Entonces, ¿qué definición de radio usa?
@BobBee: son libros que usan un lenguaje evocativo. En el caso de un universo cerrado, las secciones espaciales del universo son literalmente 3 esferas con radio a . En el pasado, el modelo cerrado se favorecía como el modelo "más probable", por lo que la mayoría de los libros trataron este más en serio y heredaron el término "radio del universo".
De vuelta en el día, no ahora. Hay demasiados horizontes. Y aplica también para universos cerrados, solo cambias un poco lambda y lo cierra
@BobBee: en un universo cerrado, a es el radio literal del universo. No el radio del universo visible, o el horizonte de partículas. El radio de la 3-esfera. Puede que no le guste que sea un término comúnmente utilizado en algunos textos de relatividad, pero está ahí. Y es un poco auxiliar a la respuesta de todos modos.
Bueno, estoy de acuerdo con la última afirmación. ¿Me puede dar una referencia donde a se usa como radio?
@BobBee: consulte el artículo de wikipedia sobre la métrica FRW: en.wikipedia.org/wiki/… . En particular: "Entonces r no tiene unidades y a(t) tiene unidades de longitud. Cuando k = ±1, a(t) es el radio de curvatura del espacio, y también puede escribirse R(t)".
Sí, está bien, lo veo. Perdón por las dudas. Es mucho más fácil usar el factor de escala para a, y definirlo como 1 ahora, y no depender del modelo, mientras que las distancias y todo lo demás dependen del modelo y de la observación. Pero está bien. Y físicamente es todo equivalente, como dijiste. Gracias.
  1. Primero, supongamos que tienes la energía para viajar a la velocidad que quieras. La única restricción que tienes es que no puedes viajar a la velocidad de la luz, porque necesitarías energía infinita, y aunque tengas energía infinita, no puedes aplicar energía infinita si no tienes tiempo infinito para aplicarla.

Entonces aceleras en un barco, digamos a 0.999C. Luego escapas en una vaina con energía infinita nuevamente de la nave que ya viaja a 0.999C. Y te vas de la tierra, por cierto.

La pregunta: ¿Puedes duplicar tu velocidad?

En otras palabras, si mides tu velocidad desde la cápsula de escape, ¿puedes medir el doble de la velocidad a la que viajas en la nave?

¡¡¡La respuesta es sí!!!

Siempre puede duplicar su velocidad medida. Aunque hay un límite de velocidad, a saber, C, medido desde la tierra, el barco que viaja tiene los relojes parados, por lo que cuando miden la velocidad, todos ven un aumento de velocidad.

Eventualmente, puede llegar al otro lado del universo en un segundo, si tiene suficiente energía y tiempo para aplicar la energía para aumentar la velocidad.

  1. Todos sabemos que en un agujero negro el tiempo se detiene en el horizonte de sucesos.

Esto significa que si caes en un agujero negro, tu reloj se detendrá por completo cuando entres en el horizonte de sucesos, pero no significa que dejarás de moverte hacia el centro del agujero negro.

En realidad, continúas moviéndote y aceleras hacia el centro en caída libre.

Lo interesante es que la gravitación hace que tu reloj vaya más lento. Cuando ingresa al horizonte de eventos, lo que ve ya está congelado, pero el tiempo solo puede retroceder una vez que esté dentro del horizonte de eventos.

Esto parece contradictorio. Dado que estás cayendo y, por lo tanto, te estás moviendo hacia adentro, dado que tu reloj se está moviendo hacia atrás, verías que, en cambio, te estás alejando del centro, como en un big bang.

  1. Dentro del agujero negro, si intentas salir del agujero negro usando la tecnología mencionada en 1, siempre puedes aumentar tu velocidad. pero no puedes escapar del agujero negro. La razón es que nunca puedes alcanzar el horizonte de eventos, aunque desde tu punto de vista puedes acelerar y duplicar tu velocidad cada segundo, desde el punto de vista de un observador externo, nunca puedes llegar a C, y por lo tanto nunca puedes alcanzar el horizonte de sucesos.

En otras palabras, puedes ver que puedes viajar rápido mucho espacio, pero el horizonte de sucesos se ha movido al infinito, por lo que se ha creado un nuevo universo dentro del agujero negro, evitando que alcances el horizonte de sucesos.

No es posible duplicar la velocidad infinitamente en la forma que usted propone, y ciertamente este procedimiento no es válido para hacerle llegar a cualquier punto remoto del espacio en cualquier momento. Si estás en un barco que viaja a .9999c con respecto a la Tierra, puedes moverte con el barco a .9999c, pero tu velocidad con respecto a la Tierra seguirá siendo una fracción de c. Así que no te alejarás de la tierra mucho más rápido; a menos que tu energía sea literalmente "infinita", en cuyo caso te distanciarás de la Tierra y de la nave a la misma velocidad: c.
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