Si el Universo es plano, tiene masa/energía finita y está simplemente conectado, entonces TIENE que haber un borde, ¿no?

Question

Suposiciones:

El universo es plano (actualmente admitido)

El universo está simplemente conectado (los bordes no están pegados como en un toroide)

El universo contiene masa y energía finitas

Conclusión:

El universo debe tener un borde.

Sí, aquí se plantea una cuestión similar: ¿Cómo puede el universo ser plano y no tener centro si el contenido universal de masa-energía es finito?

Pero mi pregunta no tiene respuesta. De hecho, la gente está esquivando limpiamente la noción de "borde" sugiriendo "topologías inusuales"

Esta es una pregunta puramente hipotética, pero como todo el mundo dice que el universo no tiene bordes y es plano, me veo obligado a preguntar lo obvio: el espacio o alguna forma de vacío realmente vacío podría ser eterno, pero si la materia/energía son finitas en el universo, entonces finalmente, si viajamos lo suficientemente lejos más allá del horizonte cósmico, nos encontraremos con que no hay más estrellas, ni más galaxias, ni más fotones... ni más nada. A menos que el universo sea una esfera, en cuyo caso volveremos al punto de partida.

¿Hay algún fallo en mi razonamiento? Debo de haber leído 100 artículos hoy para llegar al fondo de la cuestión.

Answer 1

Sí, si el universo lo es:

• plana (curvatura espacial cero)

• tiene energía de masa finita (como sabemos que es uniforme esto también significa que está acotada. Si dejas de lado la es acotada porque no quieres admitir la uniformidad o de otro modo, es decir, si es no acotada, entonces la respuesta es claramente no)

• es simplemente conexa (tiene lo que se denomina topología trivial)

Entonces sí tiene que tener una ventaja.

Véase la curvatura cero y otras secciones del artículo de la wiki sobre la forma del universo, es bastante completo, en https://en.wikipedia.org/wiki/Shape_of_the_universe

La condición de conexión simple también es crítica. Si se permiten otras topologías, tanto el toroide como la botella de Klein son topologías acotadas, planas y sin aristas.

Hay un total de 17 topologías diferentes posibles para espacios conectados múltiples que son planos, en 3D (nuestras dimensiones espaciales, que es a lo que se hace referencia cuando se habla de curvatura del universo) espacio riemanniano. Véase la figura 4 del artículo de arXiv en https://arxiv.org/abs/0802.2236 para todos ellos. Hay otros si el espacio no es plano.

En cuanto a que el espacio sea ilimitado pero la masa de energía finita, eso violaría lo que sabemos de la homogeneidad e isotropía del universo. En el CMB vemos la homogeneidad y la isotropía a (gran) escala. Ahora, sólo vemos hasta 380.000 años después del Big Bang, pero no hay señales de grandes inhomogeneidades. Teóricamente podría seguir siendo cierto que nuestra burbuja de inflación es homogénea, y por tanto la parte del universo más allá de nuestro horizonte de partículas podría no serlo, pero no hay ninguna razón teórica para pensar así. La opinión más extendida es que fue más o menos uniforme, y que la misma inflación que creó nuestra burbuja podría haber creado otras. Si alguna vez llegamos a entender completamente nuestra inflación (que en este momento parece bastante coherente con las observaciones, pero éstas no descartan varias versiones, u otros mecanismos desconocidos de una teoría desconocida de la gravedad cuántica), podríamos descubrir algo mejor o diferente. Pero actualmente, una homogeneidad a gran escala con posibles burbujas es coherente con todas las observaciones.

Answer 2

En primer lugar, no se sabe si el Universo es finito. El experimento WMAP hace más probable que sea infinito. Era un satélite para medir la curvatura del Universo encontrando pequeñas perturbaciones en el Fondo Cósmico de Microondas. El resultado fue cero (en la precisión de la medición).

En segundo lugar, no se sabe si el Universo está simplemente conectado. Por ejemplo, si el Universo tiene una curvatura positiva constante (que es menor que la precisión del experimento WMAP), el Universo puede tener una geometría esférica. En esencia significaría que vivimos en la superficie de una esfera de 4 dimensiones. En este caso, el Universo no tiene borde, aunque la 4-esfera está simplemente conectada y es finita.

En tercer lugar, no se sabe si el Universo es finito. Con nuestros telescopios sólo podemos ver estructuras cuya luz comenzó en el Big Bang (parecen estar a 13.700 millones de años luz de distancia, aunque actualmente se encuentran a unos 30-40.000 millones de ly debido a la expansión). En escalas tan altas, no hay perturbaciones visibles significativas, por lo que podemos pensar que el Universo fuera de este horizonte parece probablemente el mismo (aunque no es una validación experimental).

No hay datos, lo que está fuera de este horizonte, pero el Universo es infinito y se parece como en nuestro entorno directo, entonces hay masa infinita en él.

Además, aunque tenga una geometría plana, puede tener alguna topología cíclica. Imaginemos los antiguos juegos de ordenador, en los que el jugador salía de la pantalla por la derecha y luego aparecía por la izquierda. En este caso tampoco tiene borde (y no está simplemente conectado).

Podemos ver el Universo no sólo en el espacio, sino también en el tiempo. El espacio-tiempo del Universo tiene una singularidad en el Big Bang. Que podemos ver como un borde - pero no en un punto lejano, sino en el pasado lejano.

Answer 3

Sí su conclusión sería correcto, si sus suposiciones son correctas. Sin embargo, hay muchas pruebas que contradicen una de tus suposiciones de que "... el universo es... plano".
Se han dedicado muchos esfuerzos a intentar determinar si hay la cantidad justa de materia-energía en el universo para hacerlo plano. Y hasta ahora camino de tener suficiente materia-energía para hacerlo.

Answer 4

La verdadera respuesta es ésta:

El universo se expande a la velocidad de la luz. Por lo tanto, nunca se puede llegar al borde sin superando la velocidad de la luz .

Esto se debe al hecho de que usted está actualmente no en el borde del universo y simultáneamente moviéndose a la velocidad de la luz o más rápido que la velocidad de la luz.

¿Cómo he llegado a esta conclusión?

Simple.

Según algunos investigadores, el Big Bang provocó una expansión a la velocidad de la luz.

Como no había materia en el universo en el momento en que se produjo el Big Bang, la expansión pudo continuar hacia el exterior sin que nada la frenara.

Esto sigue ocurriendo hoy en día.

Por lo tanto, como no hay nada que frene la expansión del Universo, éste debe seguir moviéndose a su velocidad original (la velocidad de la luz).

Dicho esto, el borde del Universo no existe debido al hecho de que nunca se puede llegar al borde del Universo sin viajar más rápido que la velocidad de la luz, lo cual es supuestamente imposible. Además, supuestamente no había materia fuera del Big Bang, lo que significa que nunca existirá nada en el borde del Universo.