Astronomía

En un universo finito, ¿qué sucede cuando la luz alcanza el límite?

En un universo finito, ¿qué sucede cuando la luz alcanza el límite?


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Si un universo es finito y no se expande a una velocidad igual o mayor que c, ¿qué sucede cuando la luz u otra forma de radiación electromagnética que viaja alcanza el límite?


Ésta es una de las cuestiones más esenciales de la cosmología. Probablemente el primer experimento gedanke. Si el universo fuera finito, ¿qué podría haber en el límite? Si hubiera algún tipo de muro, ¿qué habría al otro lado? ¿Puede el espacio simplemente terminar? ¿Qué detendría a uno de empujar más allá del final? Si extiende su brazo más allá del final, ¿su brazo deja de existir? Debido a que no podemos proporcionar respuestas lógicamente consistentes a estas preguntas, aceptamos que solo hay dos posibilidades para los límites del universo: 1) el universo es infinito y no tiene límites o 2) el universo es finito, pero se dobla alrededor y se cierra sobre sí mismo como la superficie de una esfera y no tiene límites. Es decir, no hay fronteras. La alternativa 2 obliga entonces a uno a contemplar que hay al menos una dimensión más en el espacio que la 3 conocida.


Un concepto importante que aún no se ha mencionado es el "principio cosmológico". Esta es la idea simplificadora clave para nuestros modelos cosmológicos, dice que el universo es el mismo en todas partes en las escalas más grandes a una edad determinada, por lo que los astrónomos extraterrestres a 50 mil millones de años luz de nosotros que también concluyen que el universo tiene 13,8 mil millones de años serán observando prácticamente todas las mismas cosas que somos. Este principio no está probado por datos, pero los datos son consistentes con él, más notablemente la ley de Hubble y la homogeneidad del fondo cósmico de microondas. Nos permite comprender el pasado de nuestra propia parte del universo al ver el pasado de partes distantes (una restricción a la que estamos atascados dada la velocidad de la luz).

Entonces, es por eso que un modelo de universo que es de tamaño finito debe curvarse sobre sí mismo; nada más satisfaría el principio cosmológico. Esto no significa que el principio sea cierto, significa que no nos vamos a separar de él a menos que sea necesario.


¿Existe un límite presente para nuestro universo?

Corrígeme si me equivoco, pero ¿no podrías tener un universo ilimitado que tenga un límite, similar a un globo (tiene un límite, pero si sigues recto, terminarás de nuevo en el punto de partida)?

No estoy seguro de los distintos modelos, pero pensé que lo había visto mencionado en algún lugar de PF.

Corrígeme si me equivoco, pero ¿no podrías tener un universo ilimitado que tenga un límite, similar a un globo (tiene un límite, pero si sigues recto, terminarás de nuevo en el punto de partida)?

No estoy seguro de los distintos modelos, pero pensé que lo había visto mencionado en algún lugar de PF.

¡Oh! Estás absolutamente en lo correcto. Estuve completamente espaciado en eso.

Como seguimiento, ¿sería posible que la curvatura del espacio-tiempo en el límite pareciera que no tiene límites como la superficie de un globo, o eso todavía se consideraría un sistema acotado?

Disculpas, no puedo seguir tu pregunta. Creo que todavía hay cierta confusión, y no es inesperado, considerando la nomenclatura.

Acotado significa básicamente lo mismo que "finito". Ilimitado es entonces infinito. Como en, no sabemos si el universo está limitado o no = no sabemos si es finito o infinito.
Límite significa lo mismo que & quotedge & quot. Por ejemplo, el universo observable está ligado tiene un límite = tiene un borde (más allá del cual no podemos ver), pero el Universo en su conjunto no.

Quizás deberíamos ceñirnos a & quotin / finite & quot y & quototedge & quot, ya que son menos propensos a confundirse entre sí.

¿Podrías intentar reformular tu pregunta usando esos términos?

(fíjate, todo esto está hablando de espacio, no de espacio-tiempo)

Disculpas, no puedo seguir tu pregunta. Creo que todavía hay cierta confusión, y no es inesperado, considerando la nomenclatura.

Acotado significa básicamente lo mismo que "finito". Ilimitado es entonces infinito. Como en, no sabemos si el universo está limitado o no = no sabemos si es finito o infinito.
Límite significa lo mismo que & quotedge & quot. Por ejemplo, el universo observable está limitado = tiene un borde (más allá del cual no podemos ver), pero el universo en su conjunto no.

Quizás deberíamos ceñirnos a & quotin / finite & quot y & quototedge & quot, ya que son menos propensos a confundirse entre sí.


¿Qué sucede con las ondas electromagnéticas fuera del universo?

No hay fuera del Universo ni hay borde. Tampoco se sabe si el universo es finito o infinito.

Consulte el subforo de preguntas frecuentes en esta página cerca de la parte superior.

O lea estas preguntas frecuentes para obtener más detalles.

varios Ya he publicado el sub foro de preguntas frecuentes y las preguntas frecuentes de Ned wrights.

aquí hay una útil analogía con el globo

este sitio describe vagamente algunas formas finitas sin borde.

Este hilo en curso también tiene toneladas de descripciones e información sobre el borde y la forma.

También tenga en cuenta que la forma de lo que se llama Universo Observable es finita y esférica. El universo observable se define simplemente como el más lejano que podemos medir. Debido a la velocidad de la luz y la expansión.

La astrofísica es complicada para el lector casual (como yo) porque generalmente hay varias teorías diferentes que ilustran un solo concepto, por ejemplo, la forma del universo local o la forma del universo entero. para facilitar la comunicación, muchas de las teorías se reducen a iniciales o al nombre de una etiqueta. esto complica mucho las cosas para el lector casual.

Sigue leyendo. Me tomó una semana y media leer este artículo la primera vez que lo leí. Tenía 40 páginas de notas que busqué para leer esta página.

La astrofísica es complicada para el lector casual (como yo) porque generalmente hay varias teorías diferentes que ilustran un solo concepto, por ejemplo, la forma del universo local o la forma del universo entero. Para facilitar la comunicación, muchas de las teorías se reducen a iniciales o al nombre de una etiqueta. esto complica mucho las cosas para el lector casual.

Sigue leyendo. Me tomó una semana y media leer este artículo la primera vez que lo leí. Tenía 40 páginas de notas que busqué para leer esta página.

sí, por supuesto. Debería haber pensado más en la selección de mi ejemplo.

Editar: tal vez mi punto fue que para leer astrofísica hay que tener una gran base de conocimientos. cómo llegué aquí es que estaba leyendo física cuántica. lea cómo el vacío cuántico se relaciona con la constante cosmológica. Así entró a buscar por todo el foro. Lugar interesante

Un gran problema pendiente es que la mayoría de las teorías de campos cuánticos predicen un valor enorme para el vacío cuántico. Una suposición común es que el vacío cuántico es equivalente a la constante cosmológica. Aunque no existe ninguna teoría que apoye esta suposición, se pueden presentar argumentos a su favor.

Estos argumentos suelen estar basados ​​en análisis dimensional y teoría de campo efectiva. Si el universo está descrito por una teoría de campo cuántica local efectiva hasta la escala de Planck, entonces esperaríamos una constante cosmológica del orden de M _ < rm pl> ^ 4. Como se señaló anteriormente, la constante cosmológica medida es menor que esto por un factor de 10-120. Esta discrepancia se ha denominado "¡la peor predicción teórica de la historia de la física!".

Algunas teorías supersimétricas requieren una constante cosmológica que sea exactamente cero, lo que complica aún más las cosas. Este es el problema de la constante cosmológica, el peor problema del ajuste fino en la física: no existe una forma natural conocida de derivar la diminuta constante cosmológica utilizada en cosmología a partir de la física de partículas. La gravedad cuántica estructural es un enfoque de la gravedad cuántica que predice las ecuaciones de campo de Einsteins con la constante cosmológica como límite clásico de la acción de la gravedad cuántica estructural.


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 asumir 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 vas al borde y luego das un paso más. Eso significa que la única alternativa para que el universo sea infinito es que gira sobre sí mismo como una esfera, por lo que puede caminar para siempre sin llegar a un borde, pero eventualmente volverá a donde comenzó.

No creemos que el universo sea como una esfera porque para eso el 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 ha sido infinito, 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.

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 antes del 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 la correcta para describir nuestro universo. Sin duda, es el más simple.


Respuestas y respuestas

Si modelas el universo como la superficie de una esfera, entonces este es un universo finito pero que no tiene límites. Por lo tanto, tiene mucho sentido tener un universo finito pero que no tiene & citado. & Quot

Lea Cómo el universo consiguió sus manchas por Janna Levin y luego vuelva a leer el sitio web del Tutorial de cosmología de Ned Wright. Te juro que te será difícil creer que el universo puede ser infinito. Es curioso cómo sucede eso. El libro de Janna es delgado y sencillo. No hay matemáticas universitarias, ni pan de pasas ni globos. En cambio, son todas las diferentes posibilidades y cómo interpretar el CMB y ese tipo de cosas.

Un universo sin fin tiene sus problemas. Necesita una masa infinita en el momento del Big Bang. Eso significa galaxias infinitas y mundos infinitos. Entonces debe haber uno como el nuestro, de hecho, mundos infinitos como el nuestro. Aun así, yo también prefiero un universo infinito. Pero no es más que una preferencia.

El problema con la analogía del & quot; globo & quot es que, si bien puede tener sentido en 2 dimensiones, vivimos en 3 dimensiones. y no existe una analogía tridimensional, por lo que no tiene sentido.

Un universo finito sin límite / borde es difícil (si no imposible) de imaginar o visualizar. lo que también hace que sea difícil de creer.

Este es uno de esos temas que la comunidad cosmológica declara continuamente como un "hecho" cuando no hay forma de verificarlo como tal. ni lo habrá jamás.

Por lo que estoy escuchando, la teoría aceptada por la mayoría de los físicos teóricos y cosmólogos modernos hoy en día, es el hecho de que nuestro universo es uno de los muchos en el llamado "Paisaje Cósmico". En otras palabras, podemos decirle que nuestro universo actual se expande constantemente en todas partes todo el tiempo debido a la constante cosmológica y la creación de energía oscura.

Sin embargo, la teoría que es más fuerte hoy en día es que nuestro universo (y todas sus leyes físicas) se originó en otro universo en expansión más grande que aún no podemos ver debido a su enormidad. Este universo, a su vez, surgió de un universo aún más grande que se estaba expandiendo rápidamente, digamos, hace 30 mil millones de años luz. etc., etc. Entonces, tal como lo conocemos, hay varios "megaversos" que estuvieron aquí y se expandieron antes que nuestro universo, y que continuarán desarrollando más universos, cada uno con su propio "Big Bang" que crecerá y se expandirá desde nuestro universo tal como lo conocemos. .

Esto se conoce como la teoría del "universo de bolsillo" o un tipo de teoría "nacido dentro de otro universo".

Nota: Cada uno de esos universos que precedieron al nuestro o la voluntad que debería crearse desde dentro del nuestro tendrá diferentes leyes y propiedades físicas que nuestro universo (es decir, diferentes constantes cosmológicas, diferentes fuerzas para cada una de las cuatro fuerzas fundamentales, quizás más o menos de cuatro fuerzas fundamentales, etc.)

Básicamente, todo universo creado a partir de otros universos tendrá variedad. La teoría de cuerdas explica todo esto que he oído.

Tiene que ser más claro. Hubo una unión temporal de dos ideas: el paisaje de cuerdas (ahora pasado de moda entre los teóricos de cuerdas) y el multiverso resultante del escenario de inflación eterna.

Es probable que la palabra "más" no sea precisa. Los teóricos de cuerdas son una minoría de físicos teóricos. El grupo de paisajes era una minoría dentro de una minoría.
La reunión anual de este año (Strings 2008) no tiene programadas charlas sobre el paisaje.
La moda del paisaje fue principalmente 2003-2007. En lo que probablemente fue el punto culminante, en 2005, tuvieron una encuesta informal en la reunión anual (Strings 2005) y los teóricos de cuerdas de rangos y archivos votaron EN CONTRA del pensamiento del paisaje por aproximadamente 3 a 1. Steve Shenker, quien lideraba la discusión del panel + audiencia y quién planteó la pregunta se escuchó decir & quotholy shît & quot cuando vio las manos levantadas en el auditorio. Sorprendió a varios líderes de cadenas prominentes, que en ese momento estaban promoviendo ideas de paisaje.

Nuevamente, entre los cosmólogos, solo una pequeña minoría estudia los escenarios de inflación. Sería exagerado decir que el multiverso de la inflación eterna es & quot; aceptado por la cuota & quot; por cualquiera, excepto por una pequeña minoría. El negocio de los universos burbuja o de los universos de bolsillo es principalmente especulación de unos pocos. Para los cosmólogos que trabajan ordinariamente, un universo con un episodio de inflación al principio es suficiente para que lo investiguen y se preocupen.

Entonces, cuando miras los artículos de investigación de cosmología que se publican en las revistas profesionales, no ves mucho sobre el multiverso o la inflación eterna; ves investigaciones sobre modelos de nuestro universo.

No debemos confundir las ideas del paisaje con el hecho de que el universo del modelo estándar se extiende más allá de lo que es directamente observable. Esto último es normal. Es solo una parte de la imagen de consenso del universo con la que trabajan los cosmólogos. La parte observable es una pequeña parte de todo. El todo puede ser un volumen espacial finito o infinito; todavía están trabajando para determinar cuál.

No hay razón para suponer que las leyes y condiciones físicas son diferentes en la parte que no podemos ver de cómo son aquí en la parte que podemos ver. No hay razón para especular sobre un paisaje solo porque la parte observable no lo es todo.

Básicamente, hubo un rumor sobre el paisaje cósmico y ahora parece que se está calmando. Una señal es que parece estar menos de moda ahora con los teóricos de cuerdas --- como dije, el calendario de la principal conferencia anual Strings 2008 en la actualidad no tiene charlas de paisaje programadas. Si la gente de cuerdas deja de promocionarlo, probablemente todo se pinchará. (solo mi suposición)


¿Dónde está el borde del universo?

Por lo que sabemos, el universo no tiene límites. El espacio se extiende infinitamente en todas direcciones. Además, las galaxias llenan todo el espacio en todo el universo infinito. Se llega a esta conclusión combinando lógicamente dos observaciones.

Primero, la parte del universo que podemos ver es uniforme y plana en la escala cósmica. La uniformidad del universo significa que los grupos de galaxias se distribuyen más o menos uniformemente en la escala cósmica. La planicidad del universo significa que la geometría del espacio-tiempo no está curvada ni deformada en la escala cósmica. Esto significa que el universo no se envuelve ni se conecta a sí mismo como la superficie de una esfera, lo que conduciría a un universo finito. La planicidad del universo es en realidad el resultado de la uniformidad del universo, ya que las colecciones concentradas de masa hacen que el espacio-tiempo sea curvo. Las lunas, planetas, estrellas y galaxias son ejemplos de colecciones concentradas de masa y, por lo tanto, deforman el espacio-tiempo en el área que las rodea. Sin embargo, estos objetos son tan pequeños en comparación con la escala cósmica, que la deformación del espacio-tiempo que provocan es insignificante en la escala cósmica. Si promedia todas las lunas, planetas, estrellas y galaxias del universo para obtener una expresión a gran escala de la distribución de masa del universo, encontrará que es constante.

La segunda observación es que nuestro rincón del universo no es especial ni diferente. Dado que la parte del universo que podemos ver es plana y uniforme, y dado que nuestro rincón del universo no es especial, todas las partes del universo deben ser planas y uniformes. La única forma de que el universo sea plano y uniforme literalmente En todas partes es que el universo sea infinito y no tenga bordes. Esta conclusión es difícil de comprender para nuestras débiles mentes humanas, pero es la conclusión más lógica dadas las observaciones científicas. Si volaras una nave espacial en línea recta a través del espacio para siempre, nunca llegarías a una pared, un límite, un borde o incluso una región del universo sin grupos de galaxias.

Pero, ¿cómo puede el universo no tener ninguna ventaja si fue creado en el Big Bang? Si el universo comenzó con un tamaño finito, ¿no debería seguir siendo finito? La respuesta es que el universo lo hizo no empezar como de tamaño finito. El Big Bang no fue como una bomba en una mesa que explota y se expande para llenar una habitación con escombros. El Big Bang no ocurrió en un punto del universo. Ocurrió en todas partes del universo a la vez. Por esta razón, el remanente del Big Bang, la radiación cósmica de fondo de microondas, existe en todas partes del espacio. Incluso hoy, podemos mirar cualquier rincón del universo y ver la radiación cósmica de fondo de microondas. La explosiva expansión del universo no fue el caso de un objeto físico que se expandió hacia el espacio. Más bien, fue un caso de expansión del propio espacio. El universo comenzó como un objeto infinitamente grande y se ha convertido en un objeto infinitamente grande aún más grande. Si bien es difícil para los humanos comprender el infinito, es un concepto matemático y científico perfectamente válido. De hecho, es un concepto perfectamente razonable en ciencia que una entidad de tamaño infinito aumente de tamaño.

Tenga en cuenta que los humanos solo pueden ver parte de todo el universo. A esta parte la llamamos "universo observable". Dado que la luz viaja a una velocidad finita, se necesita una cierta cantidad de tiempo para que la luz viaje una distancia específica. Muchos puntos en el universo están simplemente tan lejos que la luz de estos puntos aún no ha tenido suficiente tiempo desde el comienzo del universo para llegar a la Tierra. Y dado que la luz viaja a la velocidad más rápida posible, esto significa que ningún tipo de información o señal ha tenido tiempo de llegar a la Tierra desde estos puntos lejanos. Actualmente, tales ubicaciones están fundamentalmente fuera de nuestra esfera de observación, es decir, fuera de nuestro universo observable. Cada lugar del universo tiene su propia esfera de observación más allá de la cual no puede ver. Dado que nuestro universo observable no es infinito, tiene una ventaja. Esto no quiere decir que haya un muro de energía o un abismo gigante en el borde de nuestro universo observable. El borde simplemente marca la línea divisoria entre las ubicaciones que los terrícolas pueden ver actualmente y las ubicaciones que nosotros no podemos actualmente. Y aunque nuestro universo observable tiene un borde, el universo en su conjunto es infinito y no tiene borde.

A medida que avanza el tiempo, cada vez más puntos en el espacio han tenido tiempo para que su luz nos alcance. Por lo tanto, nuestro universo observable aumenta constantemente de tamaño. Por lo tanto, puede pensar que después de una eternidad de tiempo, todo el universo será observable para los humanos. Sin embargo, existe una complicación que lo impide. El universo mismo todavía se está expandiendo. Aunque la expansión actual del universo no es tan rápida como durante el Big Bang, es tan real e importante. Como resultado de la expansión del universo, todos los grupos de galaxias se están alejando continuamente unos de otros. Muchas galaxias están tan lejos de la tierra que la expansión del universo hace que se alejen de la tierra a una velocidad mayor que la de la luz. Si bien la relatividad especial evita que dos objetos locales viajen más rápido que la velocidad de la luz entre sí, no evita que dos objetos distantes se alejen entre sí más rápido que la velocidad de la luz como resultado de la expansión del universo. Dado que estas galaxias distantes se alejan de la Tierra a una velocidad más rápida que la luz, la luz de estas galaxias nunca nos alcanzará, no importa cuánto tiempo esperemos. Por lo tanto, estas galaxias siempre estarán fuera de nuestro universo observable. Otra forma de decir esto es que aunque el tamaño del universo observable está aumentando, el tamaño del universo real también está aumentando. El borde del universo observable no puede seguir el ritmo de la expansión del universo, por lo que muchas galaxias están eternamente más allá de nuestra observación. A pesar de esta limitación en las capacidades de observación, el universo en sí todavía no tiene ninguna ventaja.


Si el universo tuviera un límite definido, ¿cómo se vería, qué veríamos?

Solo un recordatorio amable de que r / AskScience tiene como objetivo proporcionar respuestas detalladas que sean precisas, actualizadas y sobre el tema. Solo debe responder preguntas si tiene experiencia en un tema y puede proporcionar fuentes para su respuesta si se le solicita. Para obtener más detalles, consulte nuestras directrices.

Hasta ahora hemos tenido que eliminar alrededor del 30% 50% de los comentarios en este hilo. Por favor, absténgase de hacer especulaciones, teorías personales y comentarios en broma.

Es muy poco probable que el universo tenga un límite real. No esperamos encontrarnos con una pared irrompible en el espacio, eso sería extraño.

Hay dos posibilidades:

El universo es finito, pero no tiene fronteras. El universo estaría girando sobre sí mismo, y cuando viajas a un borde, simplemente terminas en el otro lado. Este es el equivalente en 3D de un mundo pac-man, en el que cuando cruzas el límite por un lado estás de vuelta en el otro.

El universo siendo infinito es bastante alucinante, pero ni siquiera puedo empezar a comprender el concepto de un universo pac-man. Entiendo pac-man, obviamente, pero parece tan extraño y extraño.

Por ejemplo, si yo estuviera en el borde del universo en el extremo izquierdo y tú estuvieras en el borde en el extremo derecho, simultáneamente estaríamos muy lejos el uno del otro y también muy cerca. creo. ¿O simplemente estaríamos cerca ya que nuestra posición es relativa?

Como otros señalan, el universo probablemente no tiene un límite definido, e incluso si lo tuviera, está fuera del universo observable. Sin embargo, eso no debería impedirnos imaginarnos cómo sería ese límite.

Desde la perspectiva de la relatividad general, hay varias formas de diseñar un universo con un límite definido. El más simple es probablemente la condición de límite reflectante. Aquí hay una métrica de juguete con esa propiedad:

ds 2 = -Heaviside (x) -1 dt 2 + dx 2 + dy 2 + dz 2

Esta métrica tiene un potencial gravitacional infinitamente alto para x & lt0 (Heaviside (x) es la función escalonada de Heaviside, que es 0 para x & lt0 y 1 para x & gt0. I & # x27m la uso aquí porque supongo que quieres un borde duro en lugar de un borde difuso. ), lo que hace imposible que nada se mueva más allá. Toda la materia y la radiación se reflejarían, por lo que se vería como un espejo perfecto. Volar hacia él con su nave espacial sería como volar hacia una copia de usted mismo que viene de la dirección opuesta.

(Puede ser tentador usar la métrica ds 2 = -dt 2 + Heaviside (x) dx 2 + dy 2 + dz 2, ya que parece una métrica en la que la coordenada x no tiene sentido para x & lt0. Pero esto no & # x27t en realidad funciona - es sólo un cambio de unidad extremo para x & lt0).

También es posible un comportamiento más complicado. Por ejemplo, el espacio podría volverse unidimensional:

ds 2 = -dt 2 + dx 2 + Heaviside (x) (dy 2 + dz 2)

o deshilacharse en una red de dimensiones enrolladas, o lo que sea.

Sin embargo, todo esto cae en el dominio de la "ingeniería métrica". Estoy simplemente escribiendo estas métricas sin ninguna explicación que las acompañe de cómo surgirían, o si serían estables, etc. No estoy al tanto de ninguna teoría razonable que prediga un borde duro para el universo como este.

Si el universo observable tiene X años pero es realmente infinito, ¿significa eso que en realidad tiene infinitos años luz / de largo? Ni siquiera estoy seguro de si estoy preguntando esto bien

Hombre, esto fue difícil de leer para alguien que no entendía el tema.

Ver un nivel de pensamiento tan alto realmente me pone celoso. ¡Quiero saber todo lo que pueda! (La universidad debe ser más barata ..)

¿Qué estaría al otro lado de ese borde duro, y cómo afectaría ese borde duro al espacio que se expande métricamente?

Si el universo fuera un sistema cerrado con un borde de espejo perfecto, entonces todo en él eventualmente se calentaría a medida que toda la energía irradiada emitida por el pozo todo se refleja y reabsorbe por otra cosa.

Hmm, entonces, ¿qué pasaría si volaras una nave espacial a una de esas hipotéticas "regiones fronterizas" donde nuestra física se descompone? ¿Todo se desmorona y muere o toda nuestra materia y energía se convertiría a la nueva normalidad?

Si el universo observable tiene X años pero es realmente infinito, ¿significa eso que en realidad tiene infinitos años luz / de largo? Ni siquiera estoy seguro de si estoy preguntando esto bien

¿Es posible que algunos de los fenómenos que hemos observado que desafían nuestro conocimiento actual de la física se encuentren en otras burbujas que podamos observar por alguna razón entonces?

¿No se aplica también a la inflación el teorema de Borde-Guth-Vilenkin (enlace)?

`` Por lo tanto, los modelos inflacionarios requieren una física distinta a la inflación para describir el límite pasado de la región inflada del espacio-tiempo ''.

Para empezar, responder a esta pregunta dentro de las reglas de & quotAskScience & quot es prácticamente improbable. La pregunta es establecer una variable ambiental que sea por su propia naturaleza & cotización especulativa & quot. La respuesta entraría en la categoría de especulación porque tenemos que definir cuál es el límite. Solo podemos especular sobre cuál es el límite, porque no sabemos con certeza cuál es el límite. Como tal, esta pregunta debería ser una discusión.

Para que el ojo humano pueda ver algo, debe haber partículas de energía que irradien desde este límite que estén dentro del rango de visibilidad del ojo humano. De lo contrario, debe haber partículas de energía radiantes que un instrumento pueda detectar y reportar dicha anomalía.

Si el límite es un vacío sin fin, en realidad no es un límite, y la materia o la energía pueden traspasarlo y regresar. Este es básicamente un límite observado porque no existe nada más allá de este punto. Todo lo que sale más allá de este punto no tiene medios para regresar, ya que no hay nada sobre lo que actuar para tener una reacción igual y opuesta.

Si el límite actúa como el contexto de un agujero negro donde cualquier cosa que pase más allá nunca regresará, entonces no hay nada para irradiar luz y nada desde donde rebotar la luz irradiada. Por lo tanto, aparecerá como un vacío sin fin, y todo lo que entre en él desaparecerá para siempre. Este es un caso especial aplicado del vacío sin fin, excepto que el límite existe realmente en la naturaleza.

Si el límite no permite que nada pase más allá de él, nunca se pierde por un vacío sin fin o una condición de agujero negro, entonces cualquier cosa que golpee ese límite debería rebotar en él perfectamente. Como tal, debería parecer un espejo perfecto. Si este límite no refleja todo perfectamente, entonces eso significa que la materia o la energía pueden ser destruidas. De lo contrario, es un muro que podría romperse y, por lo tanto, ya no califica como un límite para el universo.

Alternativamente, si el límite no refleja todo lo que lo golpea perfectamente, existe una anomalía especial desconocida que puede crear una pared visible en algún espectro donde lo que sea que lo golpee se convierta de una disposición de materia o energía a otra energía, y sin embargo, toda la energía y la materia que golpea esta barrera debe liberarse en cualquier otro lugar a lo largo de la barrera. Bajo esta condición, no tengo idea de cómo se vería tal límite a menos que sepa cómo la energía y la materia regresan de él.

Para la última consideración de un posible límite, debo dar este ejemplo al navegar por la superficie de la Tierra. Si me muevo en una dirección, nunca llegaré a la Tierra porque la superficie envuelve una esfera, pero la superficie de esta esfera tiene un área finita. Debido a esa área finita, podemos dibujar la superficie como un mapa, estableciendo "límites" donde moverse más allá de un límite lo envuelve al otro lado del mapa, o básicamente el mapa se repite más allá de ese "límite". Considere este límite en el universo, continuaría viendo el universo, ya que el universo continuaría infinitamente pero tiene un volumen finito de espacio que puede mapearse y esos límites imaginarios establecidos para donde el mapa se repite.

Otra nota, nada puede irradiar más allá de este límite porque nada más existe más allá del límite, excepto en el caso en el que el espacio tiene un volumen finito pero se repite en todas las direcciones.


¿El UNIVERSO tiene un límite o un LÍMITE EXTERIOR?

¿Qué esperaría ver si llegara a alcanzar este límite?

Creo que el único límite del universo está en nuestra imaginación, siento que está más allá de nuestras mentes intentar poner un límite o dibujar un límite.

Podría ser un buen lugar para ver si tiene problemas de control.

Realmente nunca había pensado en eso, pero fuera de mi cabeza supongo que estoy de acuerdo con el comentario de Husker.

Si pudiera viajar a una & quot; frontera & quot; en el borde del universo, ¿qué pasaría si cruzara esa frontera? O dejaría de existir o simplemente continuaría. Si continúo, ¿estoy realmente en otro universo o el límite es falso? Si dejara de existir, supongo que todo el punto sería discutible para mí, ¿eh?

Ésta es una de las preguntas que a veces surge cuando salgo con estos dos amigos míos, Brian y Ted, y luego nos damos cuenta de que nuestras cabezas son demasiado pequeñas y nuestros cerebros demasiado lentos, como para probar la pregunta: "¿Existe un límite?" por ahí? & quot

Empezaremos a pensar un poco como Douglas Adams en "El restaurante del fin del universo", solo para darnos cuenta de lo increíblemente grande que debe ser el universo. I'm always awed at this point, we all are, actually, and see us the way we are. big in our own little universe, but infinetly small in the real one!

It's a small question with a big answer!

According to Big Bang proponents, if the Universe started as a pinprick of supercondensed material which then expanded in all directions from it's origin, then this material is still expanding today, in which case, it should have a boundary!

What do you think about this?

Yeah I agree a boundry seems reasonable but when it gets to it's outtermost limit at that point it's going to start coming back on us, I think that's part of of the bigbangers theory also.

Let's put a twist to this question:

If the "space" within our Universe is mostly vacuous, up to the point of the "boundary," then what is on the "other side" of the boundary?

Is it vacuous also? or is it full of anti-matter?

Let's put a twist to this question:

If the "space" within our Universe is mostly vacuous, up to the point of the "boundary," then what is on the "other side" of the boundary?

Is it vacuous also? or is it full of anti-matter?

I think this is what I was thinking earlier. Even if it's vacuous, it's still a part of the universe so it isn't an edge boundry to my way of thinking - it's just a part of the universe where nothing exists.. .

I think scientifically, the outer limit of the universe is where the first bits to eject from the big bang are now. I also think it mostly takes the form of infrared light.

We've only gotten back to about 25% the age of the universe (75% of the universe's history is unseen and unknown to us). But, one scientist states in an article in space.com that he thinks with new tech, we'll be able to see much farther within a few years.

Time and space were both created at the big bang, so they have no meaning outside the context of the big bang. We can't ask what is on the other side of the edge of the cosmos because the question doesn't have context anymore. We might as well ask, what is on the other side of time?

Yes- there is a limit to the cosmos. When we look into a telescope, we are seeing backward into time. Objects furthest away from us appear in the telescope as they did near the dawn of time. If we COULD look far enough in the sky (in any direction, take your pick) we could see the big bang, except that it predates light.

An easy proof that the cosmos is finite:
If infinite stars existed outward in time and space to infinity, we would be able to see their light, even as the tiniest of pinpricks in the night sky. The night should be a solid mass of light from an infinite number of stars and galaxies shining light toward us from infinite time. The night is NOT a solid mass of light. Therefore, the cosmos is finite.

Oh I see a time discussion coming. If the past is seeing backward, like in a telescope, then lets just turn it around. sorry - couldn't help myself.

Equus, so what your saying is that light does not lose it's energy to disapate into darkness? And your thinking that the earth shines or reflects light so.. better getting to rethinking on that one.. :-)
What about blackholes that suck up the light they do not radiate light, what about dark sides of planets not reflecting light?


Does the UNIVERSE have a boundary or OUTER LIMIT?

can you explain this a little better please. I'm not following it.

In what medium does the balloon float?

That's a good question? If our universe is finite, like the balloon analogy suggests, what is outside our universe? I'd love to hear some physicists ideas on that. Does anyone have Stephen Hawking's email address?

I Googled "what's outside the universe" & read some interesting articles on geek.com and askamathematician.com

Some of the answers were:
1. nothing, our universe is all that there is (even though its finite)
2. Our universe is infinite (in which case there are major flaws with the balloon analogy)
Interesting quote: "If the universe is infinite, it would also contain an infinite amount of matter. In this case, literally every possible arrangement of matter is present an infinite number of times. There are an infinite number of Earths out there, if we look far enough afield, some drastically different from ours, some virtually identical, some literally identical. Actually, there would be an infinite number of every one of the infinite possible Earths. As to what’s outside this universe, well, there’s obviously nothing beyond an infinite border." Mind boggling.
3."then there are the multiverse explanations. These postulate that the universe split off after the Big Bang into everything from bubbles to sheets. Our universe is just one of many, possibly a finite number or possibly infinite. In this conception, what’s “outside” our universe is simply another universe. It could have identical physical laws to our own home, or have completely different ones. Everything from gravity to the strong nuclear force could be different, leading to a reality that could behave differently in fundamental ways"

-But then your question still has relevance what medium fills the space between these universes?

Cosmologists have the best jobs. They get paid to sit around and think about this crazy stuff. It makes me realize how much my job sucks. Sorry for the long reply.


Contenido

As stated in the introduction, there are two aspects to consider:

  1. its local geometry, which predominantly concerns the curvature of the universe, particularly the observable universe, and
  2. its global geometry, which concerns the topology of the universe as a whole.

The observable universe can be thought of as a sphere that extends outwards from any observation point for 46.5 billion light-years, going farther back in time and more redshifted the more distant away one looks. Ideally, one can continue to look back all the way to the Big Bang in practice, however, the farthest away one can look using light and other electromagnetic radiation is the cosmic microwave background (CMB), as anything past that was opaque. Experimental investigations show that the observable universe is very close to isotropic and homogeneous.

If the observable universe encompasses the entire universe, we may be able to determine the structure of the entire universe by observation. However, if the observable universe is smaller than the entire universe, our observations will be limited to only a part of the whole, and we may not be able to determine its global geometry through measurement. From experiments, it is possible to construct different mathematical models of the global geometry of the entire universe, all of which are consistent with current observational data thus it is currently unknown whether the observable universe is identical to the global universe, or is instead many orders of magnitude smaller. The universe may be small in some dimensions and not in others (analogous to the way a cuboid is longer in the dimension of length than it is in the dimensions of width and depth). To test whether a given mathematical model describes the universe accurately, scientists look for the model's novel implications—what are some phenomena in the universe that we have not yet observed, but that must exist if the model is correct—and they devise experiments to test whether those phenomena occur or not. For example, if the universe is a small closed loop, one would expect to see multiple images of an object in the sky, although not necessarily images of the same age.

Cosmologists normally work with a given space-like slice of spacetime called the comoving coordinates, the existence of a preferred set of which is possible and widely accepted in present-day physical cosmology. The section of spacetime that can be observed is the backward light cone (all points within the cosmic light horizon, given time to reach a given observer), while the related term Hubble volume can be used to describe either the past light cone or comoving space up to the surface of last scattering. To speak of "the shape of the universe (at a point in time)" is ontologically naive from the point of view of special relativity alone: due to the relativity of simultaneity we cannot speak of different points in space as being "at the same point in time" nor, therefore, of "the shape of the universe at a point in time". However, the comoving coordinates (if well-defined) provide a strict sense to those by using the time since the Big Bang (measured in the reference of CMB) as a distinguished universal time.

The curvature is a quantity describing how the geometry of a space differs locally from the one of the flat space. The curvature of any locally isotropic space (and hence of a locally isotropic universe) falls into one of the three following cases:

  1. Zero curvature (flat) a drawn triangle's angles add up to 180° and the Pythagorean theorem holds such 3-dimensional space is locally modeled by Euclidean spacemi3 .
  2. Positive curvature a drawn triangle's angles add up to more than 180° such 3-dimensional space is locally modeled by a region of a 3-sphereS3 .
  3. Negative curvature a drawn triangle's angles add up to less than 180° such 3-dimensional space is locally modeled by a region of a hyperbolic spaceH3 .

Curved geometries are in the domain of Non-Euclidean geometry. An example of a positively curved space would be the surface of a sphere such as the Earth. A triangle drawn from the equator to a pole will have at least two angles equal 90°, which makes the sum of the 3 angles greater than 180°. An example of a negatively curved surface would be the shape of a saddle or mountain pass. A triangle drawn on a saddle surface will have the sum of the angles adding up to less than 180°.

General relativity explains that mass and energy bend the curvature of spacetime and is used to determine what curvature the universe has by using a value called the density parameter, represented with Omega ( Ω ). The density parameter is the average density of the universe divided by the critical energy density, that is, the mass energy needed for a universe to be flat. Put another way,

  • If Ω = 1 , the universe is flat.
  • If Ω > 1 , there is positive curvature.
  • If Ω < 1 there is negative curvature.

One can experimentally calculate this Ω to determine the curvature two ways. One is to count up all the mass-energy in the universe and take its average density then divide that average by the critical energy density. Data from Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) as well as the Planck spacecraft give values for the three constituents of all the mass-energy in the universe – normal mass (baryonic matter and dark matter), relativistic particles (photons and neutrinos), and dark energy or the cosmological constant: [11] [12]

The actual value for critical density value is measured as ρcritical = 9.47×10 −27 kg m −3 . From these values, within experimental error, the universe seems to be flat.

Another way to measure Ω is to do so geometrically by measuring an angle across the observable universe. We can do this by using the CMB and measuring the power spectrum and temperature anisotropy. For instance, one can imagine finding a gas cloud that is not in thermal equilibrium due to being so large that light speed cannot propagate the thermal information. Knowing this propagation speed, we then know the size of the gas cloud as well as the distance to the gas cloud, we then have two sides of a triangle and can then determine the angles. Using a method similar to this, the BOOMERanG experiment has determined that the sum of the angles to 180° within experimental error, corresponding to an Ωtotal ≈ 1.00±0.12. [13]

These and other astronomical measurements constrain the spatial curvature to be very close to zero, although they do not constrain its sign. This means that although the local geometries of spacetime are generated by the theory of relativity based on spacetime intervals, we can approximate 3-space by the familiar Euclidean geometry.

The Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW) model using Friedmann equations is commonly used to model the universe. The FLRW model provides a curvature of the universe based on the mathematics of fluid dynamics, that is, modeling the matter within the universe as a perfect fluid. Although stars and structures of mass can be introduced into an "almost FLRW" model, a strictly FLRW model is used to approximate the local geometry of the observable universe. Another way of saying this is that if all forms of dark energy are ignored, then the curvature of the universe can be determined by measuring the average density of matter within it, assuming that all matter is evenly distributed (rather than the distortions caused by 'dense' objects such as galaxies). This assumption is justified by the observations that, while the universe is "weakly" inhomogeneous and anisotropic (see the large-scale structure of the cosmos), it is on average homogeneous and isotropic.

Global structure covers the geometry and the topology of the whole universe—both the observable universe and beyond. While the local geometry does not determine the global geometry completely, it does limit the possibilities, particularly a geometry of a constant curvature. The universe is often taken to be a geodesic manifold, free of topological defects relaxing either of these complicates the analysis considerably. A global geometry is a local geometry plus a topology. It follows that a topology alone does not give a global geometry: for instance, Euclidean 3-space and hyperbolic 3-space have the same topology but different global geometries.

As stated in the introduction, investigations within the study of the global structure of the universe include:

  • whether the universe is infinite or finite in extent,
  • whether the geometry of the global universe is flat, positively curved, or negatively curved, and,
  • whether the topology is simply connected like a sphere or multiply connected, like a torus. [14]

Infinite or finite Edit

One of the presently unanswered questions about the universe is whether it is infinite or finite in extent. For intuition, it can be understood that a finite universe has a finite volume that, for example, could be in theory filled up with a finite amount of material, while an infinite universe is unbounded and no numerical volume could possibly fill it. Mathematically, the question of whether the universe is infinite or finite is referred to as boundedness. An infinite universe (unbounded metric space) means that there are points arbitrarily far apart: for any distance d , there are points that are of a distance at least d apart. A finite universe is a bounded metric space, where there is some distance d such that all points are within distance d of each other. The smallest such d is called the diameter of the universe, in which case the universe has a well-defined "volume" or "scale."

With or without boundary Edit

Assuming a finite universe, the universe can either have an edge or no edge. Many finite mathematical spaces, e.g., a disc, have an edge or boundary. Spaces that have an edge are difficult to treat, both conceptually and mathematically. Namely, it is very difficult to state what would happen at the edge of such a universe. For this reason, spaces that have an edge are typically excluded from consideration.

However, there exist many finite spaces, such as the 3-sphere and 3-torus, which have no edges. Mathematically, these spaces are referred to as being compact without boundary. The term compact means that it is finite in extent ("bounded") and complete. The term "without boundary" means that the space has no edges. Moreover, so that calculus can be applied, the universe is typically assumed to be a differentiable manifold. A mathematical object that possesses all these properties, compact without boundary and differentiable, is termed a closed manifold. The 3-sphere and 3-torus are both closed manifolds.

Curvature Edit

The curvature of the universe places constraints on the topology. If the spatial geometry is spherical, i.e., possess positive curvature, the topology is compact. For a flat (zero curvature) or a hyperbolic (negative curvature) spatial geometry, the topology can be either compact or infinite. [15] Many textbooks erroneously state that a flat universe implies an infinite universe however, the correct statement is that a flat universe that is also simply connected implies an infinite universe. [15] For example, Euclidean space is flat, simply connected, and infinite, but the torus is flat, multiply connected, finite, and compact.

In general, local to global theorems in Riemannian geometry relate the local geometry to the global geometry. If the local geometry has constant curvature, the global geometry is very constrained, as described in Thurston geometries.

The latest research shows that even the most powerful future experiments (like the SKA) will not be able to distinguish between flat, open and closed universe if the true value of cosmological curvature parameter is smaller than 10 −4 . If the true value of the cosmological curvature parameter is larger than 10 −3 we will be able to distinguish between these three models even now. [dieciséis]

Results of the Planck mission released in 2015 show the cosmological curvature parameter, ΩK, to be 0.000±0.005, consistent with a flat universe. [17]

Universe with zero curvature Edit

In a universe with zero curvature, the local geometry is flat. The most obvious global structure is that of Euclidean space, which is infinite in extent. Flat universes that are finite in extent include the torus and Klein bottle. Moreover, in three dimensions, there are 10 finite closed flat 3-manifolds, of which 6 are orientable and 4 are non-orientable. These are the Bieberbach manifolds. The most familiar is the aforementioned 3-torus universe.

In the absence of dark energy, a flat universe expands forever but at a continually decelerating rate, with expansion asymptotically approaching zero. With dark energy, the expansion rate of the universe initially slows down, due to the effect of gravity, but eventually increases. The ultimate fate of the universe is the same as that of an open universe.

Universe with positive curvature Edit

A positively curved universe is described by elliptic geometry, and can be thought of as a three-dimensional hypersphere, or some other spherical 3-manifold (such as the Poincaré dodecahedral space), all of which are quotients of the 3-sphere.

Poincaré dodecahedral space is a positively curved space, colloquially described as "soccerball-shaped", as it is the quotient of the 3-sphere by the binary icosahedral group, which is very close to icosahedral symmetry, the symmetry of a soccer ball. This was proposed by Jean-Pierre Luminet and colleagues in 2003 [8] [18] and an optimal orientation on the sky for the model was estimated in 2008. [9]

Universe with negative curvature Edit

A hyperbolic universe, one of a negative spatial curvature, is described by hyperbolic geometry, and can be thought of locally as a three-dimensional analog of an infinitely extended saddle shape. There are a great variety of hyperbolic 3-manifolds, and their classification is not completely understood. Those of finite volume can be understood via the Mostow rigidity theorem. For hyperbolic local geometry, many of the possible three-dimensional spaces are informally called "horn topologies", so called because of the shape of the pseudosphere, a canonical model of hyperbolic geometry. An example is the Picard horn, a negatively curved space, colloquially described as "funnel-shaped". [10]

Curvature: open or closed Edit

When cosmologists speak of the universe as being "open" or "closed", they most commonly are referring to whether the curvature is negative or positive. These meanings of open and closed are different from the mathematical meaning of open and closed used for sets in topological spaces and for the mathematical meaning of open and closed manifolds, which gives rise to ambiguity and confusion. In mathematics, there are definitions for a closed manifold (i.e., compact without boundary) and open manifold (i.e., one that is not compact and without boundary). A "closed universe" is necessarily a closed manifold. An "open universe" can be either a closed or open manifold. For example, in the Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW) model the universe is considered to be without boundaries, in which case "compact universe" could describe a universe that is a closed manifold.

Milne model (hyperbolic expanding) Edit

If one applies Minkowski space-based special relativity to expansion of the universe, without resorting to the concept of a curved spacetime, then one obtains the Milne model. Any spatial section of the universe of a constant age (the proper time elapsed from the Big Bang) will have a negative curvature this is merely a pseudo-Euclidean geometric fact analogous to one that concentric spheres in the Departamento Euclidean space are nevertheless curved. Spatial geometry of this model is an unbounded hyperbolic space. The entire universe in this model can be modelled by embedding it in Minkowski spacetime, in which case the universe is included inside a future light cone of a Minkowski spacetime. The Milne model in this case is the future interior of the light cone and the light cone itself is the Big Bang.

For any given moment t > 0 of coordinate time within the Milne model (assuming the Big Bang has t = 0 ), any cross-section of the universe at constant t' in the Minkowski spacetime is bounded by a sphere of radius c t = c t' . The apparent paradox of an infinite universe "contained" within a sphere is an effect of the mismatch between coordinate systems of the Milne model and the Minkowski spacetime in which it is embedded.

This model is essentially a degenerate FLRW for Ω = 0 . It is incompatible with observations that definitely rule out such a large negative spatial curvature. However, as a background in which gravitational fields (or gravitons) can operate, due to diffeomorphism invariance, the space on the macroscopic scale, is equivalent to any other (open) solution of Einstein's field equations.