¿El universo es finito o infinito?

Es imposible saber si el universo es finito o infinito porque nunca podremos verlo todo. Tenga en cuenta que genneth dice "y por simplicidad, el universo es infinito", y este es realmente el punto clave. Hace que la física sea más simple si el universo es infinito, por lo que tendemos a suponer que lo es.

Pero debe considerar lo que quiere decir con "infinito". No tiene sentido decir que el universo tiene un borde, porque luego tienes que preguntarte qué pasa si subes al borde y luego das un paso más. Eso significa que la única alternativa a que el universo sea infinito es que retrocede sobre sí mismo como una esfera, por lo que puedes caminar para siempre sin llegar a un borde, pero eventualmente volverás a donde empezaste.

No creemos que el universo sea como una esfera porque para ese espacio-tiempo tendría que tener una curvatura positiva, y los experimentos hasta la fecha muestran que el espacio es plano (dentro del error experimental). Sin embargo, el espacio-tiempo podría tener una curvatura positiva pero con una curvatura tan pequeña que no podemos detectarlo. Alternativamente, el espacio-tiempo podría ser plano pero tener una topología global compleja como un toro. La escala de algo como esto tendría que ser más grande que el universo observable, de lo contrario habríamos visto signos de ello.

Por cierto, si el universo es infinito ahora, siempre lo ha sido, incluso en el Big Bang. Es por eso que a menudo escucharás decir que el Big Bang no fue un punto, fue algo que sucedió en todas partes.

Luego:

Me acabo de dar cuenta de que también hiciste la pregunta sobre el comienzo del tiempo en el Big Bang . En la respuesta a esa pregunta, expliqué cómo se usa la métrica para calcular una geodésica, con el resultado de que no se puede calcular en el tiempo anterior al Big Bang. También puede usar la métrica para calcular una línea en el espacio en un valor fijo de tiempo (una geodésica similar al espacio). Nuestro universo parece estar bien descrito por la métrica FLRW con$\Omega$= 1 que mencioné en la otra pregunta, y si usa esta métrica para calcular su línea, encontrará que continúa para siempre, es decir, el universo es infinito.

Pero nadie sabe con certeza si la métrica FLRW con$\Omega$= 1 es el correcto para describir nuestro universo. Sin duda es el más sencillo.

El modelo actual, ampliamente aceptado para la cosmología es$\lambda$-MDL . El universo parece (exactamente) plano y, por simplicidad, el universo es infinito. Tenga en cuenta que distinguimos entre el universo observable (que es el parche local entre el que la luz podría haber viajado desde el Big Bang) y la totalidad: tenemos restricciones de que incluso si el universo no es infinito, su tamaño es muchos órdenes de magnitud mayor que el observable.

En la literatura (especialmente en la de divulgación científica) los detalles son muy confusos, porque el consenso en torno a$\lambda$-El modelo CDM es bastante reciente: se basa en gran medida en mediciones detalladas de la radiación de fondo cosmológica de microondas, realizadas en gran parte por WMAP en los últimos 8 años más o menos. En cierto sentido, el lector profano debe ser extremadamente cuidadoso cuando lee declaraciones (incluso de científicos de peso pesado) con respecto a la cosmología: es (quizás irónicamente) un campo que se mueve rápidamente.

Siempre existe el problema al responder a esta pregunta de que la Relatividad General, interpretada ingenuamente, te permite hablar sobre la parte del universo que no es observable desde nuestro punto de vista, y esto hace que la pregunta no sea trivial.

Pero en una perspectiva positivista lógica, la que sugiere fuertemente la holografía de la teoría de cuerdas, el universo es exactamente la materia dentro del horizonte cosmológico, y es finito porque el horizonte cosmológico es de área finita. No hay un significado objetivo para rellenar fuera del horizonte cosmológico, por lo que no tiene sentido pensar en esto --- no tiene sentido en el sentido de Carnap.

Si el universo fuera espacialmente de un volumen finito y no demasiado grande, entonces podríamos, en principio, descubrirlo mediante observaciones en el futuro. Por ejemplo, puede haber evidencia de que la luz se dispare en direcciones opuestas y finalmente llegue al mismo punto después de viajar alrededor del universo, o algo así. Esto puede suceder incluso si la curvatura promedio es cero o negativa si la topología tiene la forma requerida.

Sin embargo, si el universo es muy grande, no podremos hacer observaciones como esa. No podremos decir si es infinito o simplemente muy grande.

De hecho, creo que es justo decir que ningún experimento, ni siquiera en principio, podría establecer más allá de toda duda razonable que el universo es, de hecho, espacialmente infinito. Ciertamente, no es algo que nadie pueda afirmar saber con seguridad.

Lo que sucede es que las personas que trabajan en cosmología descubren que muchas de las ideas no requieren que uno sepa si el universo es infinito o no, por lo que si uno está estudiando las propiedades promedio, podría simplemente decir "oh, bueno, tratémoslo como si fuera es infinito". Se ha vuelto tan común hacer esto que la gente a menudo olvida que esta no es una hipótesis que haya sido probada en absoluto. Es solo una suposición de trabajo, o una forma de evitar la necesidad de más información. Pero si cuestiona esta suposición, entonces no está del todo claro si es correcta o no. La idea de infinito está razonablemente bien definida en matemáticas, pero no está claro si las cosas físicas pueden ser infinitas. ¿Sabemos realmente? No nosotros no.

Así que la respuesta corta a tu pregunta es "nadie sabe". Y la respuesta más larga es "muy probablemente nadie lo sabrá nunca".

Nadie lo sabe. Pero la teoría más probable dice que es infinito.

ACTUALIZAR

La descripción teórica general del Universo está dada por la métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker . Esta métrica permite que Universe sea tanto finito (cerrado) como infinito (abierto). Esto depende del kparámetro. Si k<=0entonces el Universo es infinito. Las observaciones actuales muestran que kestá cerca de cero, lo que puede significar infinito o muy grande (mucho más grande que 14 mil millones de ly, que es el tamaño del espacio observable).

Trato esto como si fuera probablemente infinito.

ACTUALIZAR 2

El modelo Lambda-CDM no puede responder por sí mismo a la pregunta de si el Universo es finito o no. Esto es solo una suma de datos observables sobre en qué consiste el Universo.

Aunque la descripción teórica general del Universo está dada por la métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, y aunque permite que el Universo sea tanto finito (cerrado) como infinito (abierto), la observación científica ha demostrado que el Universo comenzó un período finito (hace aproximadamente 13.798 millones de años). Hubo un big-bang, la inflación del universo. Todo el movimiento de las estrellas y las nebulosas se alejan entre sí desde una aparente singularidad, y este 'bang' dejó calor residual y una estructura aún evidente (al universo).

A lo largo del 'eje del tiempo' en la dirección negativa entonces, el universo es finito. A lo largo del eje del tiempo en la dirección positiva, puede ser teóricamente posible que el universo envejezca infinitamente, pero aún no lo ha hecho, y en cada punto que envejece en esa dirección, el universo seguirá siendo finito hasta su origen. En ningún momento en el futuro la edad del universo será infinita, y actualmente no lo es.

Entonces, la edad del universo es actualmente y solo será finita. (Además, David Hilbert demostró que es físicamente imposible tener un cambio infinito de eventos, por lo que incluso cuando nos acerquemos al infinito, la edad del universo será finita, quizás muy grande, pero aún así finita).

El universo no puede ser infinito porque todo tiene un límite y el infinito no se aplica a cosas que son reales.