¿Podría el universo espacialmente plano comenzar pequeño?

El espacio global se ha medido plano con un pequeño margen de error. Según FLRW, el universo plano siempre ha sido infinito. En el momento del Big Bang, el universo era infinitamente grande con una densidad de energía infinita en cada "punto". Esto significa que al principio cualquier "volumen" finito, por pequeño que sea, tenía una energía total infinita.

Entiendo que "volumen" y otras propiedades descriptivas no se pueden aplicar directamente a la singularidad. A lo que me refiero en realidad es a los límites. Por ejemplo, el volumen total del universo observable se vuelve arbitrariamente pequeño, a medida que lo rastreamos en un tiempo arbitrario cercano al tiempo cero:

(1) límite t → 0 V = 0

Obviamente, la energía total del universo observable no es infinita y nunca ha sido infinita durante su vida. Esto significa que el universo observable se estableció a partir de un "volumen" infinitamente pequeño (como se describió anteriormente), esencialmente a partir de un "punto".

Tenga en cuenta que esta descripción es diferente de la visión ingenua de que "el Big Bang ocurrió en un punto", como se explica aquí:

¿Ocurrió el Big Bang en un punto?

Si bien el Big Bang no ocurrió en un punto, nuestro universo observable de hecho comenzó desde un "punto" definido por ( 1 ) arriba.

Me doy cuenta de que el contenido del universo observable cambia en el tiempo con la expansión del espacio. Sin embargo, esto es irrelevante para mi pregunta. La única condición relevante es que la energía del universo observable sea siempre finita, pero obviamente no constante.

Si el universo observable comenzó desde un "punto" (como se define) en un "espacio" infinitamente grande, entonces cualquier otro "punto" en este "espacio" no está en nuestro cono de luz pasado, está causalmente desconectado de nuestro universo observable y no puede influir en nosotros de otra manera que no sea contribuyendo a que la curvatura del espacio global sea plana.

Si esto es correcto, entonces no parece haber una diferencia tangible entre que el universo comience siendo infinitamente grande o infinitamente pequeño. Si nuestro universo observable comenzó desde un "punto" en un "espacio" infinitamente grande y cualquier otro "punto" está causalmente desconectado de nosotros, entonces, ¿por qué necesitamos considerar estos otros "puntos" como "existentes" en primer lugar? ¿Qué nos impediría simplemente postular que todo el universo comenzó plano, pero pequeño, mientras coincidía inicialmente con el universo observable?

¿Hay algo malo con esta línea de pensamiento? ¡Gracias por tu visión experta!

No entendía la idea de "infinitamente grande o infinitamente pequeño". Si algo es infinito, es infinito. ¿Cómo se puede definir el infinito "pequeño" y el infinito "grande"? ¿O cómo los defines?
@Reign Un ejemplo de algo infinitamente grande podría ser el universo. Un ejemplo de algo infinitamente pequeño es un punto geométrico. ¿Esto ayuda?
Ahora creo que no entendí..
¿Cómo puede el universo comenzar desde "pequeño"?
Un universo plano puede ser finito, safesphere. La historia cuenta que en la antigüedad, la gente no podía concebir un mundo curvo. Solo podían concebir un mundo con una ventaja. Hoy en día tenemos cosmólogos que no pueden concebir un mundo que no sea curvo. No pueden concebir un mundo con un borde .
Lo que vemos como expansión en realidad puede ser una subdivisión (que es más o menos la implicación de la Cosmología cíclica conforme de Penrose). No estamos programados para comprender la eternidad: no es así como la evolución nos ha mantenido evolucionando. Sin embargo, la inversión de imágenes y situaciones es algo que hemos evolucionado para comprender.

Respuestas (4)

Cuando escribes "punto" entre comillas, lo que estás haciendo esencialmente es reinventar la noción de construcciones de límites. Un par de buenas encuestas sobre este tema son:

Sánchez, "Límites causales y holografía en espaciotiempos de tipo onda", http://arxiv.org/abs/0812.0243

Ashley, "Teoremas de singularidad y construcción de límites abstractos", https://digitalcollections.anu.edu.au/handle/1885/46055

Lo principal a tener en cuenta acerca de las construcciones de límites en GR es que los intentos de aplicarlos al espacio-tiempo general han fallado. Son muy convenientes en el contexto de los diagramas de Penrose, pero no tenemos una teoría general útil sobre ellos.

Su punto sobre la no falsabilidad de la existencia de regiones no observables del espacio-tiempo está bien, pero no tiene nada que ver con la cosmología. Puede tomar el espacio de Minkowski y hacer cosas tontas como eliminar un punto de él o eliminar todo excepto una región determinada. Esto no tiene consecuencias para un observador cuyo cono de luz pasado evita los puntos que faltan, pero es una tontería, y no tenemos leyes de la física que nos ayuden a decidir cuáles deberían ser las partes eliminadas del espacio-tiempo. Esta es la razón por la que los relativistas solo quieren discutir extensiones máximas de espaciotiempos.

Gracias por tu perspicacia, te lo agradezco. Si bien eliminar regiones arbitrarias del espacio-tiempo de Minkowski es una tontería, el significado del procedimiento propuesto es indicar que las regiones fuera de nuestro cono de luz que comienza en el Big Bang no existen y nunca existieron en ningún sentido significativo de existencia. Esto también elimina la idea poco física de que la Big Band es infinita en el espacio con una energía infinita en cada punto. Me doy cuenta de que este procedimiento no es riguroso, sino solo una idea que necesita una mejor definición e incluso puede conducir a una geometría diferente de FLRW.

Si esto es correcto, entonces no parece haber una diferencia tangible entre que el universo comience infinitamente grande o infinitamente pequeño.

Si asumes que el universo es infinito, tiene que ser infinito en cualquier momento dado. y solo en el tiempo inicial, hay una singularidad de big bang.

Si el universo es infinito, siempre fue infinito. En t = 10 − 10000000 todavía era infinito. Tiene que ser geométricamente. Pero en t = 0 , tenemos una singularidad.

Escribiste que infinitamente pequeño significa como un punto, pero el universo no se puede comprimir en un punto, como sabes. Entonces, incluso si es infinitamente pequeño, sigue siendo infinito.

Si nuestro universo observable comenzó desde un "punto" en un "espacio" infinitamente grande y cualquier otro "punto" está causalmente desconectado de nosotros, entonces, ¿por qué necesitamos considerar estos otros "puntos" como "existentes" en primer lugar?

Porque el universo tiene que ser infinito en cualquier momento dado. Así que estos puntos existen por definición matemática.

¿Qué nos impediría simplemente postular que todo el universo comenzó plano, pero pequeño, mientras coincidía inicialmente con el universo observable?

El universo partió de una singularidad. Si es plano, tiene que volver a ser infinito. No importa lo pequeño que sea.

Si quiere decir "Por qué no podemos pensar que nuestro universo comenzó como un universo observable", mi respuesta sería esta.

1-Universo es lo que se encuentra con todo. Así que todavía tiene que empezar desde una singularidad. Y si es plano tiene que ser infinito

2- La radiación CMBR muestra que no hay una dirección preferida en el universo. Lo que señala que no puede haber ninguna -fuera del tipo de punto- expansión. Entonces, incluso el universo observable parece comenzar desde un punto. En realidad, no comenzó desde un punto. El universo observable no tiene un centro "real", solo existe el universo y tenemos un límite en lo que podemos ver.

Reinar la pregunta no es establecer qué es el universo, sino cómo funcionan las cosas en un escenario posible. ¿Cómo conciliar la idea de que el espacio llegó a existir en todas partes si el espacio no estaba en su lugar al principio? No hay inflación que supere geométricamente esto, ni siquiera es problema de causalidad o no. Además, si U no necesita ser infinito al principio, esto hace que la afirmación común "big bang" no tenga sentido en todas partes y todos encontramos una gran ayuda para explicar a las personas o usuarios que el big bang no es una explosión común. Bien con eso, por supuesto. Simplemente confundido sobre el todo.
@Alchimista Lo sé, pero OP afirma que el universo es plano. Pero en realidad ese no es el hecho, no podemos saber si el universo es plano o no. ¿Es difícil para mí entender "Si U no necesita ser infinito al principio"? lo que significa eso ?
El Big Bang nunca fue una explosión puntual. El universo era infinito incluso en pequeñas escalas.
Es lo que escribiste "suposición iniciada por el universo siendo infinito, pero no tiene que ser infinito". Por lo demás, ni OP ni yo estamos proponiendo aquí una explosión clásica. Eso debería quedar claro. Al menos para mí, la fuente de confusión podría ser "el espacio llegó a existir". Para mí algo que siempre fue infinito siempre tuvo espacio en sí mismo, todo lo que se reducía a pequeño.
@Alchimista veo bien ok entonces
" OP afirma como un hecho que el universo es plano " - No, mi afirmación es que la U puede verse como finita independientemente de la curvatura del espacio. Regiones infinitas causalmente desconectadas de nosotros no tienen significado físico.
@Alchimista "El Big Bang sucedió en un punto" es diferente del universo que comienza desde un punto. Lo primero significa que hay un punto en algún lugar de nuestro universo donde ocurrió el Big Bang. Esto obviamente es incorrecto. Esto último significa que el punto desde el cual comenzó el universo se ha expandido a todo el universo que conocemos hoy. Así que ahora el punto inicial es tan grande como el universo.
@safesphere Sí, tiene razón acerca de que el universo puede verse como finito. ¿Qué quieres decir con "no tiene significado físico"?
Está bien, déjame decir de esta manera. Si quieres decir por qué necesitamos otros "puntos" que no interactúan con el universo, entonces escribí la respuesta para el caso infinito. Para el caso del universo finito, los necesitamos porque el universo observable debería parecer finito.
@safesphere ¿Cuál es el problema aquí ahora?
"Existir" significa estar causalmente conectado con nuestro espacio-tiempo. Lo que no tiene conexión con nuestro espacio-tiempo no existe y cualquier descripción de él no tiene sentido, porque no puede ser probado por la ciencia.
@ safesphere De hecho, está conectado con el espacio-tiempo. ¿Cuáles son sus argumentos en contra de mis respuestas?
No tengo ningún argumento en contra de su respuesta, porque no aborda específicamente lo que estoy preguntando. El punto de mi pregunta es que el tamaño infinito no físico y la energía del universo pueden eliminarse postulando que el universo comenzó plano. Su respuesta no discute este punto, pero gracias por su conocimiento de todos modos.
@ Si el universo comenzó plano, ¿es infinito? Me cuesta entender tus argumentos. Edité un poco mi publicación.
Las regiones infinitas tienen un significado físico (es decir, una representación predecible): como la muerte, pueden representarse (o experimentarse como) una (o más) sinapsis sin electrones en ellas (o en ellas).

¿Podría el universo espacialmente plano comenzar pequeño?

Como menciona, los datos de observación que tenemos indican la planitud espacial del universo. Dado que esto es cierto, hay dos posibilidades con respecto a su forma.

  1. la forma es como un avión. Entonces el universo era infinito en el big bang
  2. la forma es como 3-Torus. Entonces el universo es finito y era finito en el Big Bang. De hecho, los datos WMAP del CMB parecían mostrar una firma que sugería esta posibilidad. Sin embargo, eso no fue confirmado por la misión Plank.

En ambos casos, el universo observable era finito en el Big Bang.

La pregunta es ¿a qué nos referimos si decimos big bang? ¿El estado caliente y denso del universo primitivo, a menudo llamado era de Planck, o el estado antes de que comenzara la "inflación lenta"? Tiendo a preferir el primero porque el segundo está bajo investigación y no se comprende bien.

¿Qué nos impediría simplemente postular que todo el universo comenzó plano, pero pequeño, mientras coincidía inicialmente con el universo observable?

Bueno, el 3-Torus plano todavía no se descarta a pesar de que el CMB no revela una firma. Si la forma de nuestro universo es un 3-Torus que es mucho más grande que nuestro universo observable, entonces no podemos esperar tal firma. Así que parece que nunca lo sabremos con seguridad. Los cosmólogos creen principalmente que el universo es infinito porque el 3-Torus es una solución no trivial.
Pero en caso de que el universo sea un toro de 3, entonces el universo observable sería una pequeña fracción de él en el Big Bang (como se interpretó anteriormente).

Gracias por señalar la posibilidad de que un espacio plano sea finito como un 3 toroide. De hecho, mi pregunta no es sobre su caso. La suposición en mi pregunta es, como dijiste, " Los cosmólogos creen principalmente que el universo es infinito porque el 3-Torus es una solución no trivial ". Sin embargo, argumento que incluso en el caso infinito, el universo puede asumirse lógicamente como infinitamente pequeño en el Big Bang, porque cualquier parte más allá de eso está causalmente desconectada de nosotros y puede volverse inexistente mediante una simple suposición inicial adicional. Gracias por la respuesta, pero no responde a mi pregunta.
Si dices "infinitamente pequeño en el Big Bang", te refieres al universo como un todo, no al universo observable, ¿verdad? Si te entiendo correctamente, no estás de acuerdo en que la desconexión causal no impide que las cosas existan. ¿Por qué? También recuerda que una cantidad finita no puede crecer y volverse infinita en un tiempo finito.
1. Sí. 2. La "existencia" no falsificable no tiene significado físico. La ciencia es falsable. Si no podemos comunicarnos con un "universo paralelo", entonces no solo no existe para nosotros de ninguna manera significativa, sino que la pregunta o el concepto mismo de su existencia no tiene sentido. 3. Si postulamos que todo el universo coincide asintóticamente con nuestro universo observable en el tiempo cero, entonces todo el universo no es infinito, sino que se encuentra dentro del cono de luz inicial del universo observable. Cualquier cosa "más allá" no es falsificable.
@timm, la situación puede verse como tal: pueden existir regiones causalmente desconectadas. Lo difícil de ver es que puedes retroceder para ponerlos en contacto. O en matemáticas más estándar, cómo reducir un infinito existente a un punto como se define en la pregunta.
Agradable mencionar el toro, por cierto. Estaba pensando en ello como una posibilidad meramente geométrica y no como algo considerado de alguna manera en la investigación en curso.
@Alchimista "Lo difícil de ver es que puedes retroceder para ponerlos en contacto". Esto es cierto para el universo observable. De acuerdo con las teorías inflacionarias, la región correspondiente antes de que comenzara el "movimiento lento" estaba en equilibrio térmico. Sin embargo, la región de otro universo observable no estaba en contacto con nuestra región. Entonces, si el universo es infinito, entonces hay infinitos universos observables que existen sin estar ni haber estado en contacto entre sí.
@Alchimista " hay una cantidad infinita de universos observables que existen sin estar ni haber estado en contacto entre sí " - Timm tiene razón, pero la advertencia aquí en la definición de " existe ". Para existir en la realidad física, las cosas deben hacer alguna diferencia, por lo que los universos de la cita anterior no existen en el sentido físico de la existencia. Son abstracciones no comprobables. Podemos eliminar la palabra "observable" en la cita y nada cambiaría. Lo que nunca está en contacto con nuestra multiplicidad, no existe en nuestra realidad, sino que es solo un artefacto de ecuaciones matemáticas.
El hecho de que haya muchos o infinitos OU que nunca estuvieron en contacto está bien para mí (además de la advertencia señalada por OP) pero es correcto lo que me confunde. ¿Cómo es que ese espacio llegó a existir y no estaba ya allí a pesar de tener una escala infinitamente reducida? Tenga en cuenta que no estoy diciendo que esté equivocado. Simplemente no entiendo las afirmaciones 1 el espacio llegó a existir como todo lo demás 2 el big bang sucedió en todas partes 3 el universo completo tal vez ya era infinito al principio, todo en un todo .
El modelo Lambda-CDM bien aprobado se basa en el "principio cosmológico". A partir de esto, las afirmaciones 1-3 son plausibles.
@timm, entonces mi duda es simplemente cómo algo puede tener un tamaño infinito sin espacio disponible. Algo como eso. A menos que fuera solo el universo observable que no tenía espacio concebible. Todo se reduce a Safesphere, aunque veo que a todos no nos gusta colocar un muro en cualquier horizonte.

Un punto no podía seguir siendo un punto mientras retuviera una dimensión mayor que otra, aunque una esfera o un cubo de una pequeñez casi infinita podrían ser indistinguibles de un punto, sin un aumento que pudiera requerir una cantidad de energía inaccesible.

Creo que cierta curvatura del espacio-tiempo es esencial para cualquier repetición temporal, incluido el funcionamiento de los relojes. Un lado de cualquier objeto inflexible que sigue una trayectoria curva necesariamente cubre más distancia en la misma cantidad de tiempo que el lado más cercano al foco de la curva, y los objetos curvos son más adaptables al bamboleo o la precesión requerida para que dicho movimiento se desarrolle sin problemas. de modo que los objetos simétricamente curvos son mucho más comunes en la naturaleza que los sólidos simétricamente rectangulares, que generalmente se vuelven asimétricos con bastante rapidez debido a las colisiones y la fricción. (Ninguna inflexibilidad puede ser suficiente para evitar la distorsión de cualquier objeto por la contracción de Lorentz durante su aceleración a velocidades relativistas, aunque el paso de la luz a su alrededor hará que esa distorsión parezca un cambio en el objeto.)

Aunque los datos actuales de CMB muestran que el espacio es casi plano, su completa planitud interferiría con la intercambiabilidad del espacio y el tiempo como nuestro reconocimiento de que no vemos las estrellas como son ahora, sino más o menos como esas mismas estrellas eran. cuando cualquier luz de ellos que estamos viendo los dejó.

Digo "más o menos" porque incluso ese efecto "relativista especial" no proporcionaría la distorsión gravitatoria de los rayos de luz, que solo podría tenerse en cuenta a través de la Relatividad General, y se complicaría aún más por la posibilidad de que algunos de los objetos causando tales distorsiones (como la energía oscura, la materia oscura o los agujeros negros formados por el colapso gravitatorio de estrellas no binarias) podrían permanecer invisibles para nosotros. (Las órbitas elípticas de las estrellas más comunes cuyas parejas binarias se habrían convertido en agujeros negros nos indicarían la presencia de esos BH).

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