¿Cuál es el volumen del universo?

Por supuesto, no se sabe exactamente qué tan grande es el universo, pero pensé que el universo tiene unos 100 mil millones de años luz de diámetro. Pero si eso es cierto, ¿puedes también hacer una estimación del volumen del universo?

Solo usa tu buen viejo V = 4 π 3 R 3 (y recuerda que estamos hablando del Universo observable ; el resto puede ser infinito).
Lo que das es el volumen de una esfera redonda, pero en esta imagen en.wikipedia.org/wiki/File:Ilc_9yr_moll4096.png no siempre se muestra como un globo perfecto. ¿Porqué es eso?
Puedes agradecer a Karl Mollweide por eso :)
Ejercicio divertido: una vez que haya calculado el volumen, también puede calcular la densidad aproximada promedio. (Masa estimada de una estrella promedio (en soles)) * (Número estimado de estrellas en una galaxia promedio) * (Número total estimado de galaxias en el universo observable) / Volumen del universo observable.
Creo que la razón para usar una elipse mollweide es colocar toda la tierra en un mapa con proporciones similares, pero no puedo ver por qué esta razón debería ser válida para el cosmos.
@TexasTubbs: Eso le dará solo la densidad de estrellas, que es solo ∼ 0.5 % de la masa total del Universo.

Respuestas (4)

En base a tus comentarios, creo que tu confusión viene de haber visto la clásica imagen en forma de pelota de rugby del CMB . El CMB que observamos no proviene de todo el cosmos, sino solo de una capa delgada y completamente esférica centrada en nosotros. Esta luz se desplaza hacia el rojo en una cantidad z = 1100 .

El radio de esta capa se puede calcular integrando la ecuación de Friedmann de nosotros (en z = 0 ) a z = 1100 :

R C METRO B = C H 0 ∫ 0 1100 d z Ω r ( 1 + z ) 4 + Ω metro ( 1 + z ) 3 + Ω k ( 1 + z ) 2 + Ω Λ ,
donde C y H 0 ∼ 70 k metro s − 1 METRO pag C − 1 son la velocidad de la luz y el parámetro de Hubble, respectivamente, y { Ω r , Ω metro , Ω k , Ω Λ } ∼ { < 10 − 4 , 0.3 , 0 , 0.7 } son los parámetros de radiación, materia, curvatura y densidad de energía oscura, respectivamente.

Con estos números aproximados, obtengo R C METRO B = 44.63 GRAMO yo y r , mientras que el uso de una cosmología de Planck 2015 para los diversos parámetros produce R C METRO B = 45.36 GRAMO yo y r .

Así como el caparazón de la Tierra se puede proyectar sobre una figura con forma de rugby utilizando una proyección de Mollweide , también se puede proyectar el caparazón del CMB. Aquí hay una figura de Universe Adventure que puede ayudar a visualizar:

proyección

El volumen del Universo observable

Aunque (todavía) no podemos ver más allá del CMB, el Universo observable está completamente corrido hacia el rojo. z = ∞ . Sin embargo, la diferencia no es grande; integrando la ecuación anterior de 0 a ∞ rendimientos R o b s . tu norte i . = 46.27 GRAMO yo y r . Por lo tanto, el volumen del Universo observable es

V = 4 π 3 R o b s . tu norte i . 3 = 415 , 065 GRAMO yo y r 3 .

El volumen de todo el Universo es probablemente mucho mayor y, de hecho, fácilmente puede ser infinito.

Supongo que debería leer GRAMO yo y 3 como "giga-año-luz cúbico", no "mil millones de años-luz cúbicos".
Pero aún no está claro por qué ilustran principalmente la forma de rugby CMG y no solo esférica. Como dije, para la tierra puedo imaginar por qué, es para mostrar todos los continentes en una sola vista. ¿Pero no hay tal razón para el CMB?
Puede ser útil pensar en términos de la esfera celeste . Graficar las estrellas y las galaxias en un globo, como si estuvieran a una distancia uniforme de nosotros, nos ayuda a dar sentido a sus posiciones aparentes en el cielo. También podemos transformar este globo en un mapa plano, pero la mayoría de las proyecciones de mapas de una esfera completa no son circulares y todas tienen alguna distorsión.
@MikeG: Sí, GRAMO yo y 3 = ( 10 9 yo y ) 3 = 10 27 yo y . Además, como parece que notó, cometí un error de un factor 10 3 .
@Marijn: La razón es exactamente la misma que para la Tierra: queremos mostrar todo el cielo en una sola vista. Eso no es posible con una proyección esférica, a menos que invente algún algoritmo de proyección loco que no solo distorsionará en gran medida las regiones periféricas (que hasta cierto punto será el caso de todas las proyecciones), sino que también mostrará algunas regiones varias veces.
NB Solo es cierto para un universo sin curvatura.
Pero esa fórmula es para el espacio euclidiano. ¿Es el universo lo suficientemente plano para que sea una aproximación razonable?
@Accumulation: Sí, el Universo observable es extremadamente (si no completamente) plano, con | Ω k | < 0.005 ( Colaboración Planck et al. 2016 ).

Los cosmólogos estiman la edad del universo en 13.800 millones de años. Los objetos más distantes que teóricamente podríamos observar emitieron luz hace tanto tiempo; la luz de objetos más distantes aún no nos ha llegado. Debido a la expansión del universo, ese horizonte está ahora a unos 46 mil millones de años luz de distancia. Si asumimos una expansión uniforme en todas las direcciones, podemos aproximarnos al universo observable como una esfera de ese radio, consistente con el diámetro que escuchaste. Calculo su volumen como aproximadamente 4 × 10 32 años luz cúbicos. La forma y el tamaño del universo no observable son una incógnita.

Supongo que estás hablando del universo visible, no del universo observable. Si es así, la distancia de comovimiento que podríamos ver es de unos 45,7 mil millones de años luz. A pesar de que el universo tiene solo 13.800 millones de años, debido a la expansión, tomó más tiempo llegar hasta nosotros. Sería como subir unas escaleras mecánicas que van hacia abajo en vez de subir escaleras, llegaré allí pero tomará mucho más tiempo. Una distancia CÓMODA se relacionaría mejor con la persona en las escaleras, ya que elimina la expansión, lo que facilita mucho los cálculos. Usando la distancia de comovimiento, calcular su volumen es matemática simple, a menos que, por supuesto, planee calcular su volumen sin masa, solo el espacio. Entonces, por supuesto, tendrías que encontrar el volumen de cada masa, restar y bla, bla, e imposible, ya que no No conozco todos los objetos del universo visible. Usando V=4/3πr^3, V = aproximadamente 3.99795E+32ly^3. O, 399 nonillion Ly^3.

Ahora imagine que la escalera mecánica en la que se encuentra comienza a correr tan rápido como usted, eventualmente más rápido; Nunca llegarás a la cima, de hecho te alejarás de la cima a pesar de correr hacia ella. Esto es lo que le está pasando a nuestro universo visible, se está alejando lentamente más rápido que la luz debido a la expansión. Entonces, la luz continuará viajando hacia nosotros, pero nunca nos alcanzará una vez que se emita más allá de unos 4500 megaparsecs de distancia, es el horizonte de eventos, a veces llamado horizonte de partículas. El punto es que el volumen del universo visible se está reduciendo constantemente.

Creo que su distinción entre el Universo observable y el visible no es lo que se usa normalmente. Según entiendo su respuesta, usa el término "Universo visible" para referirse a la región donde la luz emitida hoy podrá alcanzarnos. Pero esto rara vez tiene interés en un contexto científico. Además, tenga en cuenta que los 4500 Mpc a los que se refiere son la distancia de comovimiento a la esfera del Hubble, fuera de la cual las cosas retroceden más rápido que la velocidad de la luz. Pero en realidad, la luz emitida desde fuera de esta región en este momento, hasta ~ 5000 Mpc, aún podrá alcanzarnos.
Mientras leo su respuesta, usa el término "Universo visible" para la región delimitada por el horizonte de eventos , que es el horizonte fuera del cual la luz emitida hoy nunca nos alcanzará. Es cierto que siempre se está reduciendo en coordenadas de comovimiento , pero en coordenadas físicas en realidad no lo hace. Aumenta asintóticamente hacia un tamaño finito (~17 Gly).
¿Cómo difiere esto de la respuesta de Pela?

El Universo es infinito y siempre lo ha sido. Sí, se está expandiendo, pero ¿qué significa eso cuando existe en todas partes? Sí, puede parecer que ha explotado desde un punto, pero ese "punto" es un universo de tamaño infinito y sin bordes. No hay manera de mirarlo o describirlo desde "afuera".

Los diagramas que ves a menudo de la historia del Big Bang muestran un concepto pobre de expansión y son simplemente engañosos. Implican que una vista exterior es posible.

Vea la excelente respuesta a una pregunta similar aquí: https://physics.stackexchange.com/questions/136860/did-the-big-bang-happen-at-a-point

Esta respuesta tiene una serie de declaraciones muy polémicas (por ejemplo, el universo "siempre ha sido" y "explotó"). Como mínimo, debe respaldarlos con referencias.
Si puede demostrar que el tiempo existió antes del Big Bang, entonces me retractaré de que "siempre ha existido".
No, así no es como funciona la ciencia. Depende de usted explicar cómo su hipótesis resuelve todos los escenarios posibles (por ejemplo, un universo cíclico).
¿Están ustedes dos tal vez realmente de acuerdo? Parece que @Chappo se opone a la declaración "siempre ha sido" porque parece que el Universo ha existido desde siempre. Pero tal vez CT Springer solo quiere decir "ha sido infinito desde que el tiempo comenzó en BB" (lo cual, sin embargo, es una declaración algo audaz, ya que esto no se sabe realmente, aunque es cierto si el resto del Universo es como el Universo observable).
"No, así no es como funciona la ciencia". Cada medida, experimento y observación indica un universo infinito y la existencia del tiempo. La teoría actual, por supuesto, tiene que ajustarse a estas condiciones. Una singularidad en un Big Bang es una inferencia. Su objeción a "siempre lo ha sido" le impone la carga de demostrar por qué afirma que algo fuera de la evidencia es verdadero.
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