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¿Qué tan grande es el universo?

Sabemos que la edad del universo (o, al menos, el tiempo transcurrido desde el Big Bang) es de aproximadamente 13.75 millones de años. He oído que el tamaño del universo es mucho más grande que lo que podemos ver, en otras palabras, mucho más grande que el universo observable. ¿Es esto cierto? ¿Por qué esto no entre en conflicto con lo que se da por la Relatividad Especial (es decir, que más rápidas que la luz viaje está prohibido)?

Si es cierto, entonces ¿cuál es el tamaño estimado del universo, y cómo podemos saber?

8voto

Joe Liversedge Puntos 2134

Esta pregunta ha atraído a un gran número de respuestas incorrectas.

Sabemos que la edad del universo (o, al menos, el tiempo transcurrido desde el Big Bang) es de aproximadamente 13.75 millones de años. He oído que el tamaño del universo es mucho más grande que lo que podemos ver, en otras palabras, mucho más grande que el universo observable. ¿Es esto cierto? ¿Por qué esto no entre en conflicto con lo que se da por la Relatividad Especial (es decir, que más rápidas que la luz viaje está prohibido)?

Esta parte de la pregunta implica dos conceptos erróneos comunes: (1) que el radio del universo observable en años-luz equivale a su edad en años; y (2) que el Big Bang fue una explosión que se produjo en un punto en el espacio vacío. Re idea errónea #1, ver esta respuesta. Re idea errónea #2, desde el Big Bang no fue una explosión que se produjo en un punto, no había ninguna necesidad de que la explosión de la materia a viajar hacia el exterior a una velocidad mayor que c con el fin de llegar a una cierta distancia de nosotros.

Si es cierto, entonces ¿cuál es el tamaño estimado del universo, y cómo podemos saber?

En primer lugar, esto conduce a un problema en la filosofía de la ciencia. Aunque, por definición, nosotros directamente no se puede comprobar nada acerca de la observables parte del universo, todavía podemos inferir cosas acerca de ella. La ciencia, básicamente, siempre trata de extrapolación. Hacemos un número finito de observaciones y experimentos, y gracias a ellos, podemos deducir reglas generales, que puede ser utilizado para hacer predicciones acerca de las cosas que no hemos-y, posiblemente, no puedes-observar directamente. Que no saben que el sol saldrá mañana, pero deducimos que es basada en un patrón de observaciones pasadas. Del mismo modo, no podemos saber que a medida que pasa el tiempo vamos a seguir para recibir nueva información a través de nuestros telescopios acerca de las partes del universo, como la luz de estas regiones nos llega. Sin embargo, es natural inferir que este proceso continuará a suceder, basado en el patrón de observaciones pasadas. Por motivos similares, esperamos que ya en la actualidad universo observable es altamente homogénea e isotrópica, el mismo será cierto para las partes más lejanas que aún no son observables.

Basado en estas consideraciones, podemos construir modelos cosmológicos que se homogéneo e isotrópico. Estos modelos se dividen en dos categorías, el abierto y el cerrado. Modelos abiertos negativos espacial y la curvatura de un espacio infinito. Cerrado modelos positivos espacial y la curvatura de un espacio finito; se envuelven alrededor de sí mismos como una esfera (o posiblemente algún otro, más complejo de la topología).

Finito de modelos estancia finito que evolucionan con el tiempo, y el infinito permanecer infinito. Por lo tanto, si el universo es infinito, no es paradójico necesario para que la materia han viajado una distancia infinita en un tiempo finito. En el infinito de los modelos, el universo siempre ha sido infinito.

La curvatura puede ser medido (riess asistencia De 2007, Kowalski 2008, Komatsu 2010) por varios métodos, con una precisión de alrededor del 0,6%, y el resultado es que las barras de error de la actualidad horcajadas sobre la línea entre abierto y cerrado cosmologías. Por lo tanto, actualmente no se sabe si el universo es espacialmente finito o infinito. Sin embargo, el límite superior de la curvatura proporciona un límite inferior en el tamaño del universo, que es, de manera conservadora, al menos un orden de magnitud mayor que el tamaño del universo observable.

Komatsu et al., De 2010, http://arxiv.org/abs/1001.4538

Kowalski et al., De 2008, http://arxiv.org/abs/0804.4142

Riess asistencia et al., De 2007, http://arxiv.org/abs/astro-ph/0611572

5voto

Brian Lyttle Puntos 730

De hecho, es más útil citar la edad del universo, porque de esta forma se define la región del espacio en la que es observable, un 13.75 millones de lightyear esfera (aproximadamente).

Claramente, sin embargo, el universo entero podría ser más que 13.75 millones de años a través de diámetro; ese número es simplemente una radio. Por ejemplo, supongamos un ingenuo punto de vista de la expansión del universo, los cuales no incluyen la inflación o la energía oscura. En el momento del big bang, los fotones salen corriendo en todas direcciones a la velocidad de la luz (de nuevo, ingenuo cosmología - ignorar el hecho de que el universo es opaco, por 300.000 años).

Estos fotones son todos los movimiento de un punto en la velocidad de la luz. Podemos imaginar, entonces, una expansión de la esfera en cuya superficie está definida por el punto más alejado que la luz ha alcanzado hasta ahora. Esta esfera es la expansión en el volumen muy rápido - la radio se está expandiendo a la velocidad de la luz.

Así que por ahora, 13.7 mil millones de años más tarde, el radio es de 13,7 mil millones de años luz. El diámetro de la esfera es dos veces, 27.4 millones de años luz. El volumen es el volumen de una esfera con radio r=13.7 GLy, que es $4\pi r^3 / 3 =57.4$ mil millones de años luz.

Esto es muestra de que el universo puede fácilmente ser mucho mayor que 13.75 millones de años luz de largo. También, tenga en cuenta que, si la tierra está formada en la esfera que se expande, nadie de la tierra nunca será capaz de "ponerse al día" y ver el otro lado de la esfera, ya que el lado que todavía está en expansión. Esto es lo que la gente quiere decir cuando se dice que el universo es más grande de lo que podemos ver.

Ahora, esta respuesta es incorrecta. No vaya citando a estos números. No toma en cuenta la inflación o la expansión del universo. Nadie sabe lo suficiente acerca de cualquiera de esos dos efectos para dar un buen número preciso para el tamaño del universo, pero usted puede estar seguro de que sólo pueden resultar en una más grande del universo. Uno inferior obligado para el radio del universo es de 39 mil millones de años luz, en base al análisis de la radiación cósmica de fondo de microondas.

2voto

TREE Puntos 897

Es imposible saber el verdadero tamaño del universo. En el mejor de los que podemos hacer estimaciones de la edad y por lo tanto el tamaño del universo observable.

La razón de esto es como se menciona en la pregunta original, la velocidad finita de la luz. Si el universo es, como las teorías actuales de la estimación, unos 14 mil millones de años de edad, el punto más distante que podemos ver es algo que es de 14 mil millones de años luz de distancia, como los son los únicos objetos cuya luz ha tenido suficiente tiempo para llegar a nosotros. Puede haber cosas más lejos pero no los podemos ver.

Ha sido un tiempo desde que he tenido en mi cosmología de la clase, de modo que cualquier bien que los cosmólogos pueden siéntase libre de editar esto, pero la inflacionario modelo big bang del universo dice que en un punto muy temprano, por un tiempo muy corto, el universo pasó por una infationary período (de ahí el nombre). Durante este tiempo, realmente se expandió a una tasa que es mayor que la velocidad de la luz. Esto significa que hay partes del universo que no podemos ver (y nunca será capaz de a), ya que son para siempre más allá de nuestro horizonte. Por lo que el universo puede ser más grande que lo que podemos ver, pero para todos los intentos y propósitos, que parte del universo bien podría nunca existe, porque nunca se puede interactuar con él.

La razón de este período inflacionario no se contradice con la Relatividad Especial (al menos en mi opinión) es que fue un cambio en la estructura misma del espacio en sí mismo no la cosa a caballo a lo largo de ese tejido. Las energías del universo (esto ocurrió una muy pequeña fracción de segundo después del "big bang" mucho antes de que incluso era posible formar la materia) fueron sólo para el paseo y la información no estaba tratando de ser intercambiado que habrían violado la velocidad finita de la luz de restricción.

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