¿Tiene (tiene sentido decir que) el universo tiene un centro?

La cuestión del centro del universo es una cuestión de si el universo es el mismo en todos los puntos. La forma más fácil de ver que el universo ahora no tiene un centro es usar el big bang newtoniano. En tal descripción, todo se aleja volando de todo lo demás con un vector de velocidad proporcional al vector de posición, donde estamos en el origen:

Suponga que está en uno de los objetos en la posición r. Entonces, desde tu punto de vista, todo se desplaza en$r$, por tu nuevo centro$r\rightarrow r-r_0$, pero todo también se desplaza en$v$, porque tu velocidad no es cero con respecto a nosotros, pero te describirás como estacionario. Asi que$v\rightarrow v-ar_0$. El resultado es que describe los objetos como si volaran lejos de usted con una velocidad proporcional a su vector de posición.

El big-bang newtoniano es homogéneo: todos sienten que están en el centro. Es exactamente análogo al big-bang relativista, que también es homogéneo. Pero el big-bang newtoniano es infinito, mientras que el big-bang relativista es finito, en el sentido de que no hay horizonte en Newton.

El horizonte en relatividad ocurre donde los objetos se alejan volando a la velocidad de la luz, o de manera equivalente, donde los rayos de luz que te alcanzan emergen directamente del big-bang (ya que mirar más lejos es mirar hacia atrás en el tiempo). El horizonte delimita el espacio, pero no elige un centro, porque cada punto tiene un horizonte simétrico alrededor de sí mismo.

La respuesta a su pregunta depende de saber cuál es la verdadera configuración del universo, y no tenemos ese conocimiento en este momento. Es concebible que el espacio que vemos esté de algún modo incrustado naturalmente en un espacio mayor para el cual la noción de centro está bien definida. También es muy posible que vivamos en un espacio donde la noción de centro no tiene sentido.

Tendemos a desarrollar la intuición de que todo tiene un centro, porque eso es cierto para los objetos cotidianos que nos rodean, como las hogazas de pan con pasas. Estos objetos se pueden delimitar dentro de una caja de tamaño finito, y el espacio que nos rodea es lo suficientemente plano como para que podamos usar métodos euclidianos para determinar los centros (p. ej., integrando una función característica multiplicada por una coordenada cartesiana). Si nuestro universo es de hecho de esta forma, entonces es significativo tener un lugar distinguido que podamos señalar y llamar el centro. Hasta el momento, no parece haber ninguna evidencia experimental a favor de la idea de que nuestro universo tiene tal forma.

La mayoría de las variedades abstractas que son espaciotiempos potenciales no tienen un punto distinguido que pueda verse como un centro. Estos espaciotiempos se presentan como un conjunto infinito de puntos, junto con una noción de proximidad, y suele haber un grupo de difeomorfismos que mueve los puntos pero que en realidad no cambia la física. Esta simetría es lo que generalmente destruye cualquier esperanza de tener un punto para el cual tenemos una buena razón para describirlo como "el centro": esperamos que la física sea la misma en ese punto y en los puntos cercanos, por lo que ese punto no se distingue. por cualquier razón física.

La Relatividad General se trata de describir (la dinámica de) un espacio-tiempo curvo. Por lo tanto, necesita una colección de eventos y una métrica que le indique el intervalo entre eventos cercanos.

Eso es todo.

También puede enfatizar un término de fuente de energía. Pero cualquier otra cosa no es física o es un sesgo directo introducido en una teoría sin razón alguna. Hay algunos ejemplos fáciles de visualizar que muestran un espacio finito homogéneo sin límite, comencemos con el más simple.

Empezar con coordenadas radiales$r \in[0,\infty)$y$\phi \in [0,2\pi)$para el plano polar, considere las métricas como

$ds^2=c^2dr^2-\left( a(r)\right)^2\left( d\phi^2 \right)$

Dónde$r$es una coordenada de tiempo y diferente$\phi$corresponden a diferentes lugares. Así que el big bang es el origen y todos los rayos que emanan del origen son los lugares distintos, todos los anillos concéntricos son los diferentes momentos del tiempo cosmológico. Y cada ubicación es perfectamente igual a cualquier otra.

De manera similar, puede tener un espacio-tiempo 3d con un espacio 2d. Empezar con coordenadas esféricas$r \in [0,\infty),$ $\phi \in [0,2\pi)$y$\theta \in [0,\pi]$luego considere las métricas como

$ds^2=c^2dr^2-\left( a(r)\right)^2\left( d\theta^2+\sin^2\theta d\phi^2 \right)$

Dónde$r$es una coordenada de tiempo y diferente$\theta$y$\phi$corresponden a diferentes lugares. Así que el big bang es el origen y todos los rayos que emanan del origen son los distintos lugares, todas las finas capas esféricas concéntricas son los diferentes momentos del tiempo cosmológico. Y cada ubicación es perfectamente igual a cualquier otra.

De manera similar, puede tener un espacio-tiempo 4d, las hiperesferas concéntricas son los diferentes momentos y las ubicaciones nuevamente son los rayos desde el origen.

Entonces se pueden responder preguntas, como expandir el espacio, se expande hacia el futuro porque las superficies más alejadas del origen están más lejos en el futuro. Por qué todos los puntos tienen el mismo aspecto, todos los puntos de un círculo tienen el mismo aspecto, todos los puntos de una esfera tienen el mismo aspecto y todos los puntos de una hiperesfera tienen el mismo aspecto.

No hay bordes, al igual que un círculo o una esfera no tienen bordes. Y toda la Relatividad General pasa por averiguar la dinámica de$a(r).$Y hacer eso es cosmología estándar.

¡Sí! El centro del universo es el único lugar donde el tiempo es "correcto". Es decir, no influenciados por campos gravitatorios extraños. Entonces, por 'correcto' me refiero a donde el tiempo corre más rápido (o no más lento) que en cualquier otro lugar.

Se deja como ejercicio para el lector cómo se puede encontrar esta ubicación.

Tiene sentido decir dónde está el centro del Universo. Pero desafortunadamente siempre se explica de manera ambigua. Una manera fácil de explicar es este video .

La explicación básicamente depende desde qué punto de referencia estás mirando el Universo. Por ejemplo, si estoy parado en la Tierra, puedo decir que la Tierra está estacionaria, pero si estoy en otro planeta, puedo ver que la Tierra se mueve no solo en su órbita sino también alrededor de su propio eje.

Básicamente no hay explosión en Big Bang. Era sólo una Expansión. Simplemente, la materia se expandió en una especie de explosión y comenzó a alejarse una de la otra. Es muy parecido a un gas en un recipiente. Expandamos repentinamente el contenedor, todas las moléculas se alejarán unas de otras. No habrá centro porque la expansión es uniforme. Punto importante aquí dentro de ese gas, no fuera. Entonces, para ti, parecerá que eres el centro del Universo porque todo se está alejando de ti.

Ahora, si cambias el punto de referencia, digamos que estás mirando el universo desde afuera, verás que eres un centro, desde el cual todo se expande. Dado que estamos dentro de ese gas/materia, asumimos que no hay un centro porque, al usarlo, todo parece expandirse desde cada objeto. Así que supongo que realmente depende desde qué ángulo estés mirando el universo.