¿Hay formas de estimar el tamaño de "todo el universo"?

Las palabras se me escapan, pero por "universo completo" (creo) me refiero a todo lo que está espacialmente conectado al universo observable en un sentido convencional. Si hay un término mejor para ello, ¡házmelo saber!

Me sorprendió descubrir que las teorías y medidas sobre el big bang parecen relacionarse principalmente con el tamaño del universo observable a través de la expansión y, si entiendo correctamente, no dicen mucho sobre el tamaño de todo el universo.

¿Tengo esto bien? ¿ Hay alguna manera de tratar de estimar el tamaño de todo el universo? ¿El término significa algo?

Vea la excelente respuesta de @ RobJeffries a ¿Cuándo será máxima la cantidad de estrellas? y el comentario de @Acccumulation para conocer los antecedentes de esta pregunta.

Si no puedes observar algo, ciertamente no puedes medirlo y si no puedes hacer mediciones relevantes, no puedes verificar una teoría. Sin datos para basar una teoría, no está haciendo mucho más que hacer una conjetura elaborada.
@StephenG En ciencia, podemos usar un tipo de datos para formular una teoría que predice un tipo diferente de datos . Creo que hay numerosos ejemplos de predicciones que preceden a las mediciones. La Relatividad General y todas sus implicaciones podrían ser un buen ejemplo de ello. "No podemos medirlo, por lo que no podemos predecirlo o incluso estimarlo" es una simplificación excesiva.
Desafortunadamente, hay muchas teorías que han resultado incorrectas porque las mediciones posteriores demuestran que están equivocadas. Por cada teoría que ha demostrado ser correcta (o más exactamente correcta dentro de un margen de error aceptable) hay muchas, muchas más que sonaban perfectamente razonables pero que, cuando finalmente fueron comprobables, demostraron ser incorrectas. La predicción por sí sola no es suficiente.
@StephenG No he pedido "teorías correctas". De hecho, no creo que exista tal cosa. Por lo general, hay teorías que parecen funcionar y otras que no. Sin embargo, aquí en mi pregunta, solo he preguntado "¿Hay alguna forma de tratar de estimar ..."
La principal limitación es que la comprensión actual plantea eso fuera del ámbito de la física. Creo que el término adecuado es infalsificable . De hecho, la cosmología tiene un estatus especial, más allá de un límite que no puede ir. Lo que siempre dará lugar a cuestiones filosóficas.
@Alchimista Creo que es un muy buen punto. También creo que sería una buena respuesta adicional, para que los lectores tengan más probabilidades de verla.

Respuestas (2)

tl; dr El universo es probablemente infinito, pero si ese es el caso, es imposible de verificar. Si el universo es finito y lo suficientemente pequeño, y la curvatura global es igual a la curvatura de nuestro universo observable, entonces podremos estimar su tamaño.

Si la curvatura global del universo no es positiva, entonces el tamaño del universo es infinito (y siempre ha sido infinito desde el principio de los tiempos, en el Big Bang), asumiendo que la topología del universo es trivial.

Las mediciones del universo observable indican que la curvatura puede ser cero (dando un universo plano), o incluso negativa; si la curvatura es positiva, entonces su valor es muy pequeño. Suponemos que el universo observable es típico de todo el universo, pero por supuesto eso es imposible de verificar.

Wikipedia dice que

Los datos experimentales de varias fuentes independientes (WMAP, BOOMERanG y Planck, por ejemplo) confirman que el universo observable es plano con solo un margen de error del 0,4 %.

[...]

Las últimas investigaciones muestran que incluso los experimentos futuros más potentes (como SKA, Planck...) no podrán distinguir entre un universo plano, abierto y cerrado si el valor real del parámetro de curvatura cosmológica es menor que 10 − 4 . Si el valor verdadero del parámetro de curvatura cosmológica es mayor que 10 − 3 podremos distinguir entre estos tres modelos incluso ahora.

Entonces, incluso si el universo total tiene una curvatura positiva, su tamaño es mucho más grande que el universo observable, suponiendo que nuestro universo observable no sea un parche anormalmente plano.

Según ¿Qué tan grande es el universo entero? por Ethan Siegel, si la curvatura es positiva, entonces el diámetro del universo total es de al menos 14 billones de años luz, pero ese artículo es de 2012, los cálculos más recientes pueden dar un valor mayor.

El tl;dr es muy útil, ¡gracias! No soy cosmólogo, por lo que es útil tener una guía de dónde irá la explicación antes de sumergirse, ¡y estoy seguro de que también será útil para algunos futuros lectores!
¡Ah, no me había fijado en eso! Quizás esto se parece más a jugar al ajedrez que a la lógica ;-)
Dios mío, la física SE es un universo entero. Es un lugar angustioso, pero mucho mejor que hace varios años. Hubo una "cosa", y ha ido mejorando desde entonces. Creo que hay formas muy diferentes de manejar los sitios con una tasa de preguntas baja y los sitios con una tasa de preguntas alta. estadísticas : Física: 92/día, Astronomía: 5/día Personalmente, creo que Physics SE debería dividirse, un Q/día más lento reduce la angustia y eso es particularmente útil para alentar a los nuevos usuarios a quedarse y crecer con el sitio. SO todavía es un 'nuther' completo, pero afortunadamente también está en "angst-recovery".
@uhoh Si el OP aclara esa pregunta de Moon, o al menos da algún comentario, votaré para reabrirla.
sí suena bien!
¿Cómo pueden los astrónomos medir la curvatura negativa del universo observable? ¿No es posible que el universo observable sea una parte tan extremadamente pequeña del universo entero, que parece plano? Exactamente como hay pequeños lugares en la Tierra donde mediríamos la curvatura cero, a pesar de que la Tierra es una esfera. Imagina el espacio como la superficie de un globo que se expande, donde si viajas más rápido que la velocidad del universo en expansión y nunca cambias el curso de vuelo, podrías terminar exactamente en el mismo lugar donde comenzaste, me parece más práctico que imaginar un espacio infinito en expansión.
@David El artículo vinculado de Wikipedia describe cómo se mide la curvatura global. Sí, ciertamente es posible que el radio de curvatura sea tan grande que la curvatura no se pueda detectar, o que vivamos en una región anormalmente plana. Como explica Ethan Siegel, el radio de curvatura es al menos 150 veces el radio del universo observable. Entonces, incluso sin expansión, "circunnavegar" un universo curvado positivamente a casi la velocidad de la luz llevaría billones de años.

Hasta ahora, nuestras estimaciones del tamaño del Universo provienen de lo que se espera que sea (es decir, cálculos) en lugar de lo que vemos. Pero hay varios problemas.

Edad del Universo

Estamos bastante seguros de la edad del Universo, 13.800 millones de años, y del momento en que se emitió la primera luz. Esto nos da una idea relativamente buena del tamaño del Universo, ya que consideramos que el borde más lejano de nuestro Universo es la luz que ha emitido hasta ahora, que se ha ido hacia el exterior y nunca ha golpeado nada.

Suponiendo una esfera perfecta, también conocida como un Universo Euclidiano perfecto (que no lo es), entonces pensarías que el Universo es una esfera con un radio de aproximadamente 13.800 millones de años luz, por lo que su tamaño sería:

s i z mi tu norte i v mi r s mi = 4 π × r 3 3

Con r = 13,8 mil millones de años luz.

Descubrimiento del Hubble: Expansión del Universo

Solo nosotros sabemos que nuestro Universo está en expansión y no hay nada que diga que va a dejar de expandirse. Esto afecta el tamaño del Universo. Desafortunadamente, cuando miramos alrededor del cosmos, no podemos ver que se está produciendo la expansión. Lo inferimos debido a lo que llamamos corrimiento al rojo. La mayoría de las galaxias lejanas se están alejando de nosotros, cuanto más lejos están, más larga es la longitud de onda de su luz.

La velocidad a la que ocurre la expansión tampoco está grabada en piedra. Por lo tanto, tenemos muchas discusiones sobre el tamaño actual del Universo.

¿Hay un horizonte?

Un problema que tenemos actualmente es el peso del Universo observable. Calculamos un peso que es mucho más alto de lo que vemos... así que agregamos Black Matter. Materia que no podemos ver porque no emite ningún tipo de radiación y no es un peso pequeño: ¡falta el 85% del peso calculado!

Otra teoría, en ese sentido, es la posibilidad de que la Expansión del Universo ya haya movido la mayor parte del Universo visible sobre el Horizonte.

Cuando vas al Océano y miras el agua, en algún punto ves el borde de la Tierra. Esto se llama el Horizonte. Lo que sea que haya detrás de esa línea, no puedes verlo a menos que vayas hacia el horizonte (sin embargo, cuando observamos el Universo, permanecemos en nuestro sistema solar...) Con tal tamaño, el Universo se está expandiendo más rápido que la velocidad de luz. Así que la luz sobre el Horizonte nunca nos alcanzará porque no puede ir más rápido que la Expansión.

Una teoría más que va a ser difícil de probar...

¿Tamaño limitado?

Hay una palabra divertida que circula en estos días: circunnavegación. Es como si Pacman saliera por el lado izquierdo de la pantalla para reaparecer por el lado derecho. Hay teorías, hasta ahora refutadas, de que el Universo sería finito y que las cosas que van en una dirección reaparecen en la otra. (Si no me equivoco, esto está directamente relacionado con la teoría de cuerdas).

Supongo que algunas personas piensan que esto hubiera sido genial, ya que eso significaría que nuestro Universo tiene un tamaño específico y que las cosas siempre estarán presentes. Simplemente flotan y dan vueltas, regresan a donde estaban... en un bucle infinito.

Hasta ahora, no hemos podido ver la luz de las galaxias provenientes de la dirección opuesta. Esto también es bastante contradictorio con la posibilidad de un Horizonte.

Personalmente, también creo que esto es contradictorio con la teoría de la Expansión. Si el Universo tuviera un tamaño limitado, ¿cómo podría expandirse también?

Entonces, ¿cuál es el tamaño?

De hecho, calculamos un tamaño a partir de lo que podemos observar utilizando un radio de 46.500 millones de años luz. Esto nos da una estimación de

3.57 × 10 80 metro 3

Este tamaño tiene en cuenta nuestra mejor estimación del corrimiento al rojo.

Para obtener detalles adicionales sobre cómo se calcula el tamaño, sugeriría leer la sección Tamaño del universo observable en Wikipedia.

Bueno, te recomendé algo un poco más corto, pero bueno, ¡gracias!
@uhoh, lo sé. Simplemente no podía ver cómo obtener la respuesta sin las explicaciones adecuadas ...
¿Hay formas de estimar el tamaño de "todo el universo"?
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