¿Qué tan fuerte es el estiramiento gravitatorio que experimentamos desde el borde del universo?

¿Cuánto efecto gravitatorio experimentamos (p. ej., tal vez -0,00001 G o menos) desde el borde del universo visible? Por borde del universo visible, me refiero a la región del fondo cósmico de microondas y más allá. En el pasado, el universo era muy caliente y denso, y estamos viendo la luz de este período de tiempo como el Fondo Cósmico de Microondas. Esa luz tardó un poco menos de la edad del universo en llegar a nosotros, y se ha desplazado extremadamente hacia el rojo con la expansión del espacio. Dado que la gravedad aparentemente viaja a la velocidad de la luz, también deberíamos estar experimentando un efecto gravitacional de este caparazón que nos rodea. Según tengo entendido, el universo era extremadamente denso en ese entonces, y nos rodea en todas direcciones, lo que intensificaría enormemente la gravedad. Sin embargo, es extremadamente distante, lo que debilitaría mucho la gravedad. No sé si el desplazamiento hacia el rojo afectaría a la gravedad, ya que tiene la luz del fondo cósmico de microondas, pero si es así, esto también debilitaría mucho el efecto. Con todo esto en mente, tengo curiosidad, ¿cuál sería el efecto de la gravedad desde el borde del universo sobre nosotros?

Nota: esperaría que esto fuera un efecto exterior muy pequeño en todas las direcciones, algo así como -.00000001 g o algo así, pero no 0.

Creo que responder a esto va a ser difícil porque parece que estás fusionando el fondo de ondas gravitacionales y el campo gravitatorio ambiental en una sola idea. Esas dos cosas deben entenderse como campos separados antes de explicar una respuesta.
Solo por curiosidad, quiere decir, todos juntos, que podrían estar cerca de cero debido a la uniformidad, o si, teóricamente, podría eliminar la mitad del universo observable y solo sentir el tirón de la otra mitad.
@userLTK De hecho, me gustaría saber qué fuerza vendría de solo la mitad del universo, como usted describe. Eso sin duda sería útil. Originalmente estaba preguntando cuánto estiramiento experimentaríamos a partir de la distribución casi uniforme de la materia. Tal vez debería preguntar como una pregunta separada.

Respuestas (1)

En el pasado, el universo era muy caliente y denso, y estamos viendo la luz de este período de tiempo como el Fondo Cósmico de Microondas.

Esta afirmación es (parcialmente) correcta.
Sin embargo....

Dado que la gravedad aparentemente viaja a la velocidad de la luz, también deberíamos estar experimentando un efecto gravitacional de este caparazón que nos rodea. Según tengo entendido, el universo era extremadamente denso en ese entonces, y nos rodea en todas direcciones, lo que intensificaría enormemente la gravedad.

Esta declaración tal vez indica que hay algunos conceptos erróneos sobre el estado actual del universo y también sobre lo que realmente es la Radiación Cósmica de Fondo de Microondas (énfasis agregado para identificar las áreas problemáticas). Entonces, para dar una respuesta razonable a la pregunta planteada, también sería necesario abordar estos conceptos erróneos.

El modelo del Big Bang sugiere que todo lo que vemos en nuestro Universo Observable alguna vez estuvo concentrado en una región del espacio infinitesimalmente pequeña, caliente y densa. Sin embargo, el Big Bang ocurrió en todas partes , al que siguió una expansión superlumínica del espacio mediante un proceso llamado Inflación . El universo permaneció demasiado caliente para que los fotones deambularan libremente. No fue sino hasta los siguientes 380.000 años que continuó expandiéndose y finalmente se enfrió lo suficiente como para que se formaran los primeros átomos de hidrógeno. Fue entonces cuando la luz se hizo visible por primera vez. El remanente de esta luz es lo que ahora llamamos Radiación Cósmica de Fondo de Microondas .

Una vez más, es importante tener en cuenta que el espacio se estaba expandiendo en todas las direcciones posibles de forma continua cuando se emitió la primera luz en todas partes. En otras palabras, la región "densa" en la que había comenzado el espacio-tiempo, ahora se había vuelto comparativamente mucho menos densa en general. A lo largo de estos años, esta expansión no se ha detenido y todas las regiones donde se emitió la luz por primera vez ahora se han alejado a grandes distancias (46 mil millones de años luz en cualquier dirección) . Todas las regiones se han enfriado aún más para evolucionar en estrellas y planetas, galaxias, cúmulos y cualquier otro objeto celeste imaginable.

Entonces, para responder a las preguntas formuladas (para simplificar, nos ceñiremos a CMB como el "borde")...

  • No hay espacio fuera de nuestro Universo Observable que nos rodee como una capa de hormigón . Para ser precisos, es simplemente un límite de cuánto tiempo atrás en el pasado y qué tan profundo podemos mirar en el espacio con nuestras tecnologías actuales. Además, esto no tiene nada que ver con el estado actual del universo allí. El universo es homogéneo e isotrópico , lo que significa que podrías ir a cualquier otro lugar del universo y seguiría pareciendo igual que desde aquí: estrellas y galaxias en todas partes. Su punto de vista determinaría qué galaxia aparece como una gota distante para usted y qué región del espacio aparecería simplemente como una radiación CMB.

  • Las regiones que ahora vemos como CMB, a 46 mil millones de años luz de distancia, son de hecho uno de los confines más lejanos del espacio desde donde cualquier cosa, incluida la gravedad, habría tenido algún efecto sobre nosotros. A estas alturas, todo lo que vemos como CMB se habría fusionado para formar objetos celestes. Pero hay un problema... Recuerde, si el Sol desapareciera del Sistema Solar ahora, la Tierra tardaría aproximadamente 8 minutos en liberarse de su órbita. Es decir, el estado del Sol hace 8 minutos determina qué gravedad sentimos debido a él ahora .

  • Entonces, para calcular el tirón gravitacional de CMB (a 46 mil millones de años luz de distancia), debemos observar el estado de la materia desde hace 13,8 mil millones de años menos 380,000 años (cuando se emitió CMB). Aproximadamente podemos suponer que, en aquel entonces, solo había átomos de hidrógeno por todas partes. La masa total de todos esos átomos combinados habría sido equivalente a la masa del Universo Observable , es decir 10 53 k gramo .

  • Pero nuevamente, el CMB se emitió en todas partes y la naturaleza isotrópica del CMB nos dice que las desviaciones de la uniformidad son solo de hasta siete partes en un millón . Es decir, cuando el CMB se emitió hace 13.800 millones de años menos 380.000 años, la masa del Universo Observable se distribuyó de manera casi perfecta y uniforme en todas las direcciones posibles. Desde la distancia de 46 mil millones de años luz entonces, esto se traduce en una atracción gravitacional casi igual desde todos los lugares donde la luz (y la gravedad) nos han alcanzado desde entonces. Por lo tanto, los efectos gravitatorios de la materiaes decir, se extendió uniformemente en un radio de 46 mil millones de años luz de nosotros, sería equivalente a lo que uno sentiría si de alguna manera llegara al centro de la tierra, es decir, experimentar un equilibrio casi perfecto, con una fuerza neta de cero

PD: Si hubiera alguna discrepancia arriba, agradecería de todo corazón las sugerencias para corregir o mejorar la respuesta.

Muy buena respuesta detallada! Creo que como mencionas, la gravedad estaría en equilibrio porque estaría en todas las direcciones. Sin embargo, creo que habría un "efecto de estiramiento", ¡posiblemente la explicación de la energía oscura! ¿Qué tan fuerte sería ese estiramiento? En el caso de estar en una cámara en el centro de la tierra, si hubiera polvo en esa cámara, creo que gravitaría lentamente hacia los bordes de esa cámara, acelerando lentamente hacia afuera como lo hacen las galaxias en nuestro universo.
¡Gracias! Simplemente no creo que la Energía Oscura pueda considerarse como algo que es consecuencia de la presencia de materia (o de algo fuera del Universo Observable), que ejerce una atracción sobre los objetos visibles para nosotros. Más bien, a menudo se describe como una propiedad del propio espacio, cuyos efectos empiezan a ser prominentes a escalas cosmológicas, es decir, entre cúmulos de galaxias. Las siguientes preguntas y respuestas pueden ser de algún interés: 1 , 2 y 3
@Jonathan En la física newtoniana, el campo gravitatorio dentro de una esfera uniforme hueca es cero. Eso no es solo en el centro de la esfera, es cero en todas partes dentro de la esfera. Ver el teorema de Shell . En relatividad general, la conclusión es la misma: el espacio-tiempo dentro de una esfera uniforme hueca es plano, según el teorema de Birkhoff .
@Jonathan El efecto de la gravedad es exactamente lo contrario al de la energía oscura. Actúa para ralentizar la expansión y, en última instancia, si hubiera suficiente materia (no la hay), haría que el espacio se contrajera nuevamente. No puede (correctamente) considerar la evolución del Universo en un marco newtoniano, necesita GR y la métrica de Robertson-Walker.
@Rob Jeffries Teniendo en cuenta las cosas cercanas a nosotros, tiene razón, la gravedad frena la expansión del universo. Sin embargo, ¿qué haría la gravedad de la porción extremadamente densa del universo del fondo cósmico de microondas y más allá? Esto sería efectivamente una capa esférica extremadamente densa pero distante que lo rodea todo. Para mí, parecería que debería estirar gravitacionalmente el universo.
@Jonathan Es indiscutible que la materia gravitante ralentiza la expansión en todas partes del universo y en todo momento. Estás tratando de imaginar una estructura similar a un caparazón newtoniano y simplemente no funciona así.
@PM 2Ring ¿Se ha verificado experimentalmente el teorema del caparazón? Esperaría que algo cerca del borde interior de una esfera gravitara hacia el borde más cercano, particularmente si estuviera extremadamente cerca. Me doy cuenta de que la "cáscara del universo" estaría igualmente distante de los objetos dentro de su marco de referencia.
@Jonathan Disculpas si sueno un poco repetitivo. Hablando con franqueza, es realmente un error pensar que hay algún tipo de caparazón denso fuera de nuestro horizonte. La homogeneidad y la isotropía del universo aseguran que todo tenga casi la misma densidad en todas partes. Si el universo fue tan denso como el hierro en algún momento de sus primeros momentos, entonces lo fue en todas partes. Y como parece ser 10 − 30 veces menos denso que el agua ahora, debería ser igual en todas partes también, desde su centro hasta su borde (¡si el centro / borde pudiera existir alguna vez!). Porque las distancias son tan grandes...
... y debido a que la luz solo puede viajar una distancia finita en un segundo, mirar escalas más grandes se vuelve equivalente a mirar hacia atrás en el tiempo. Efectivamente, entonces, CMB es simplemente un remanente de (y una prueba de) ese pasado denso, de las regiones que estaban bastante cerca de nosotros en ese momento , pero que ahora se han alejado demasiado debido a la expansión. La forma física del universo aún no está confirmada. Una "esfera" es simplemente los límites de lo que podemos observar (y por lo tanto influir) desde donde estamos. El "borde", por lo tanto, es el límite de la distancia desde donde cualquier cosa puede influirnos a cambio.
@Jonathan Dudo que se haya realizado una prueba empírica directa del teorema del caparazón. Supongo que sería divertido poner en órbita una gran capa esférica uniforme y hacer pruebas de gravedad en su interior, pero sería una empresa bastante costosa con la tecnología actual. ;) OTOH, hay mucha evidencia indirecta. La consecuencia más importante del teorema de la capa es que predice que el campo gravitatorio sobre una esfera uniforme es independiente del radio, es decir, la esfera actúa gravitacionalmente como si toda su masa estuviera concentrada en su centro, y tenemos mucha evidencia de que eso es así. verdadero.
@Jonathan Además, si mide la gravedad en el fondo del pozo de una mina, el teorema del caparazón dice que puede ignorar el caparazón de cosas que se encuentran sobre usted. Ahora, la Tierra ciertamente no es una esfera uniforme, es un esferoide achatado no homogéneo giratorio que es mucho más denso cerca del núcleo que en cualquier otro lugar, pero una vez que tomas eso en cuenta , las mediciones del gravímetro en el fondo de los pozos de las minas son consistentes con el teorema del caparazón. OTOH, tal vez el teorema del caparazón esté equivocado, y nuestras teorías sobre la estructura interna de la Tierra sean falsas. :)
@Jonathan Dijiste: "algo cerca del borde interior de una esfera gravitaría hacia el borde más cercano". No, eso no sucede con una capa esférica perfectamente uniforme. Por supuesto, en el mundo real, las cosas están hechas de átomos, por lo que si te acercas lo suficiente a la superficie interna de la capa, comienza a verse un poco grumoso, pero a esa distancia estás lo suficientemente cerca como para que las fuerzas electromagnéticas entre los átomos en la capa y los átomos en su partícula de prueba son más importantes que la gravedad. Ver physics.stackexchange.com/questions/158757/…
@PM 2Ring ¡Muy interesante! Al principio tuve dificultades con el teorema de la cáscara, ¡pero ahora estoy convencido!
¿Qué tan fuerte es el estiramiento gravitatorio que experimentamos desde el borde del universo?
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