¿Puede la gravedad causar un Big Crunch, si se mantiene el principio cosmológico?

Estás pensando en la gravedad y cómo afecta al universo como un todo de manera incorrecta.

La dinámica del universo se rige por las ecuaciones de Friedmann , que se pueden resolver para decir cómo se comporta con el tiempo el factor de escala de un universo isotrópico homogéneo.

Si hay suficiente densidad de materia/energía gravitante en el universo, entonces el factor de escala puede eventualmente disminuir a cero en un tiempo finito. El caso más simple es un universo cerrado sin constante cosmológica y una densidad de masa mayor que la densidad crítica (que no es el universo que habitamos actualmente: nuestro universo parece ser (a) plano y (b) expandiéndose a un ritmo acelerado).

La interpretación de esto es que el espacio entre las galaxias se está contrayendo. Es la inversión de lo que observamos actualmente en el universo en expansión.

De la misma manera que no interpretas la expansión universal de un universo isotrópico homogéneo como una especie de repulsión entre galaxias; tampoco se interpretaría la contracción como una especie de fuerza de atracción entre galaxias. Como señalas correctamente, en un sentido estrictamente newtoniano, no habría fuerza gravitacional neta en ninguna galaxia y, por lo tanto, sus coordenadas de movimiento conjunto no cambiarían durante la contracción.

¿Puede la gravedad causar un Big Crunch, si se mantiene el principio cosmológico?

No. Ese es un mito que surgió de las ecuaciones de Friedmann. Alexander Friedmann fue instructor de balística en el frente austríaco. Modeló el universo en expansión como algo así como una bala de cañón disparada hacia arriba. Ver la física cosmológica de John Peacocks para un ejemplo: “la dinámica de todo el universo es la misma que la de una bala de cañón disparada verticalmente contra la gravedad de la Tierra. Así como la gravedad de la Tierra define una velocidad de escape para los proyectiles, un universo que se expande lo suficientemente rápido continuará expandiéndose para siempre. Por el contrario, para una tasa de expansión dada, existe una densidad crítica que hará que la expansión se detenga asintóticamente” .

                                 ^{Imagen del artículo de Norbert Rumiano un modelo cosmológico}

Está totalmente mal, me temo. La gravedad no detiene la expansión del universo. Un campo gravitacional es similar a un gradiente de presión en el espacio. Hace caer la materia, pero no hace caer el espacio. Se puede decir que está mal porque se dice que la cosmología del Big Bang está en equilibrio sobre el filo de la navaja, de modo que la densidad del universo está increíblemente cerca de la densidad crítica. Eso es solo un recalentamiento del mayor error de Einstein, en el que un ligero aumento en la densidad desencadenaría la contracción y una ligera disminución desencadenaría la expansión. También está mal porque las observaciones de la supernova de 1998 no coincidieron con ninguna de las trayectorias de las balas de cañón. No midieron la desaceleración de la expansión, la midieron acelerándose. Como el rayo de luz ascendente se acelera , porquela velocidad de la luz es espacialmente variable . Desafortunadamente, personas como John Moffat y João Magueijo y otros muchachos de VSL dijeron que la velocidad de la luz en el universo se está desacelerando, no acelerando. Desafortunadamente, las ecuaciones de Friedmann presentan no solo una c fija, sino también una curvatura k. Aunque un campo gravitatorio es un lugar donde la velocidad de la luz varía porque el espacio no es ni homogéneo ni isótropo . No es un lugar donde el espacio es curvo.

Digamos que tenemos un universo cerrado que sigue el principio cosmológico.

No tenemos evidencia de que el universo sea cerrado, o que el principio cosmológico sea científico. Creo que es como decir que vivo en un bosque, por lo que todo el mundo debe ver árboles .

Como resultado, la masa se distribuye por igual y, hasta donde yo sé, la gravedad no debería tener un efecto neto sobre los movimientos de las galaxias (como en el caso de que no hay velocidades peculiares).

El problema no es con las galaxias, es con el espacio. El espacio se está expandiendo como la analogía del pastel de pasas, y la gravedad no detendrá eso.

Sin embargo, en el Big Crunch, el Universo deja de expandirse y la gravedad hace que el factor de escala disminuya. ¿Cómo es esto posible? ¿No debería la gravedad tener ningún efecto en un universo homogéneo e isótropo?

No creo que sea posible. Tenga en cuenta que Einstein describió un campo gravitacional como un lugar donde el espacio no era ni homogéneo ni isotrópico. Entonces, un universo isotrópico homogéneo es uno donde no hay gravedad.

En ese sentido, si la gravedad realmente causara un colapso, ¿provocaría la gravedad que cambiaran las coordenadas de movimiento de las galaxias?

Yo diría que no. También diría que la gravedad no provoca un colapso.