Come può l'universo essere infinito?


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Ho sentito da famosi astrofisici che non sappiamo ancora se l'Universo sia infinito. Come è possibile accettare ciò che è possibile riguardo alla teoria del Big Bang (come fanno tutti)? Si riferiscono all'esistenza di altri universi quando dicono che potrebbe essere infinito, o cosa?


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Per favore chiarisci: perché pensi che la teoria del Big Bang e un universo infinito siano in qualche modo incompatibili? Stai forse immaginando che un universo infinito non sia in grado di espandersi, forse? O è qualcos'altro?
Stan Liou,

Quello che voglio dire è, anche se è in grado di espandersi, se tutto ha avuto origine nel big bang, come può quello spazio diventare infinito in un tempo finito - l'età dell'universo.
Harogaston,

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chiamato2voyage

Risposte:


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Quello che voglio dire è, anche se è in grado di espandersi, se tutto ha avuto origine nel big bang, come può quello spazio diventare infinito in un tempo finito - l'età dell'universo.

Nel modello ΛCDM standard del Big Bang, l'universo è infinito ed è sempre stato tale. La singolarità del Big Bang è avvenuta ovunque , nel senso che abbastanza indietro nel tempo, la densità diverge all'infinito in ogni luogo.

Ma questo è solo un modello particolare - presuppone che l'universo sia spazialmente piatto ed globalmente omogeneo e isotropo. Esistono modelli estesi in cui non è esattamente piatto, e quindi potrebbe essere finito anche se è ancora omogeneo e isotropico (se la curvatura è anche leggermente positiva). E ovviamente non sappiamo se sia omogeneo e isotropico su scale molto più grandi di quanto effettivamente vediamo. Alcuni modelli inflazionistici implicano che non lo sia.


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Non vedo come questo modello implichi che l'universo sia infinito. Tratto dalla pagina di Wikipedia a cui ti riferivi: "Il modello include un singolo evento di origine, il" Big Bang "[...], che non è stato un'esplosione ma l'aspetto brusco dell'espansione dello spazio-tempo [...]. fu immediatamente (entro 10-29 secondi) seguito da un'espansione esponenziale dello spazio da un moltiplicatore di scala di 1027 o più, noto come inflazione cosmica ". "espandere lo spazio-tempo" non mi sembra infinito. Non sto insinuando che tu abbia torto, ma capisco una cosa diversa da quell'articolo.
Harogaston,

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@harogaston: "l'espansione dello spazio-tempo" non dice nulla sulla finezza o sull'infinità, ma ho modificato la risposta per indicare la parte specifica del modello che implica che l'universo è infinito ( se prendiamo il modello più letteralmente di quanto sia giustificabile , Comunque).
Stan Liou,

@Stan quando dici che la singolarità BB è avvenuta ovunque, vuoi dire che c'erano un numero infinito di singolarità BB, una per ogni punto?
set5,

@mick No, perché pensare alle singolarità come necessariamente puntiformi è inappropriato. Se fai un buco in un foglio, non è utile pensarlo come infinitamente tanti buchi, soprattutto perché di solito non c'è modo di "riempire" il "pezzo mancante". Le singolarità sono ancora più varie in GTR.
Stan Liou,

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Penso che la fonte di confusione tra i due concetti - la singolarità del Big Bang e un universo infinito - sia l'idea sbagliata che l'universo sia iniziato come una distesa finita in origine. Questo malinteso deriva facilmente dalle analogie che usano la logica e i numeri attuali che non erano applicabili nell'universo primordiale. Ad esempio, ho sentito dire che poco dopo il Big Bang, l'intero universo osservabile aveva le dimensioni di un pompelmo, ma questa spiegazione trascura di menzionare che i pompelmi sarebbero stati molto più grandi di allora.

Il problema è che lo spazio è dove possiamo misurare quanto è grande qualcosa, ma lo spazio si espande, quindi qualcosa che è ad una certa distanza attualmente era molto più vicino molto tempo fa, anche se nessuno degli oggetti si è mosso in senso normale. Come analogia per aiutare a illustrare l'effetto:

Io e te siamo su un pallone sgonfio assurdamente grande. Metti giù un metro, fai un segno sul palloncino ad ogni estremità e ognuno di noi si trova su un segno e ora siamo a un metro di distanza. Quindi accendo una pompa e inizio a gonfiare il palloncino. Mentre il palloncino si gonfia, la superficie si allunga e io e te sembriamo allontanarci gli uni dagli altri, anche se non ci stiamo "muovendo" (ad esempio allontanandoci gli uni dagli altri): ora abbiamo una serie di informazioni contrastanti da considerare; in base ai segni sulla superficie del palloncino siamo ancora a un metro di distanza, ma in base allo stick del metro in mano (che non si espande) la distanza è maggiore.

Si noti che mentre ho chiamato il palloncino "assurdamente grande", avrebbe potuto essere infinitamente grande e comportarsi allo stesso modo. Lo sottolineo perché ho visto nei commenti su altre risposte che non vedi come lo spazio potrebbe essere sia infinito che in espansione - che se si sta espandendo, allora deve essere stato in precedenza finito. Ciò non è corretto: infatti, poiché l'infinito è la qualità della sconfinatezza, qualcosa di infinitamente grande può sempre ingrandirsi, perché per definizione non c'è limite superiore per la sua dimensione.

Si noti inoltre che se si registrasse la precedente analogia al contrario, sembrerebbe che lo spazio si stesse restringendo in modo tale che una distanza di diversi metri tra di noi si ridusse nel tempo a un metro. Se continui a ridurre l'universo in questo modo, alla fine diventa il caso che ci sia zerodistanza tra noi. E se lo applichi a uno scenario in cui ci sono persone distribuite all'infinito attraverso il palloncino, tutte si avvicinerebbero mentre il palloncino si sgonfiava, fino a quando non ci fosse una distanza zero tra due persone ... in teoria, almeno, dal momento che reale gli esseri umani hanno dimensioni. Energia e spazio non hanno dimensioni, tuttavia, quindi nel punto del Big Bang, lo spazio era ancora infinito (poiché uno spazio infinito / illimitato non può ridursi per diventare finito / limitato) ma la distanza tra due punti qualsiasi nello spazio era zero .

Quindi, se potessi tornare indietro nel tempo al Big Bang, vedresti un infinito oceano di energia, poiché tutta l'energia era "spalla a spalla" (infinitamente densa) ma si espande rapidamente (e quindi si raffredda) al punto che possono formarsi particelle di base, poi materia e molecole. Naturalmente poiché le tue dimensioni dipenderebbero dalla metrica dello spazio, non sembrerebbe necessariamente che lo spazio si stesse espandendo, ma semplicemente come l'energia e la materia si stavano raffreddando. In effetti, vediamo ancora questo come un effetto dell'espansione spaziale nello spostamento verso il rosso della luce da fonti lontane: la luce "si raffredda" o perde energia lungo il cammino perché è allungata nel suo viaggio attraverso lo spazio.


Quando scrivevi "allora i pompelmi sarebbero stati molto più grandi", volevi dire più piccoli ?
Allure

@Allure Suppongo che sia una domanda delicata su un sistema in cui lo stick di misurazione sta cambiando dimensione. Pensala in questo modo: le galassie della Via Lattea e di Andromeda sono ognuna da 100k a 200k anni luce e circa 2,5 M anni luce separati; ma ad un certo punto in passato ogni galassia nella sua interezza era stretta in uno spazio largo un centimetro ed erano a pochi centimetri l'una dall'altra; un pompelmo da 10 cm sarebbe quindi un dispositivo di misurazione su scala cosmica praticabile. Oggi avresti bisogno di molto di più del piccolo pompelmo moderno. L'espansione dello spazio è ciò che ha dato tutto lo spazio per espandersi come è oggi.
Asher,

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@Allure d'altra parte, il pompelmo non si sta attualmente espandendo con l'universo perché sono legati da varie forze. Il linguaggio è ambiguo, ma è per questo che abbiamo la matematica; Volevo solo indicare che 10 cm andavano molto più in là di quanto non faccia ora.
Asher,

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È noto che l'universo che possiamo vedere nei nostri telescopi è inferiore all'universo totale. Dal momento che non possiamo vedere ciò che è oltre il limite visivo, non possiamo determinare se l'universo è infinito o finito.


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Spiacenti, questo non risponde alla mia domanda. Anche se non possiamo vedere oltre il nostro universo osservabile, se tutto ha avuto origine nel big bang, come può quello spazio diventare infinito in un tempo finito - l'età dell'universo.
Harogaston,

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@harogaston Penso che sia stata data risposta in altre risposte, ma hai ragione. Lo spazio finito non può diventare infinito. Per far funzionare il modello dell'universo infinito, il big bang stesso sarebbe accaduto attraverso lo spazio infinito. Non sappiamo che sia così, ma è un modello popolare tra le persone che lo studiano.
userLTK

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"Come" l'universo può essere infinito? Quindi sto deducendo che ci deve essere una sorta di 'procedura' per renderlo infinito.

Lo spazio può esistere da solo senza avere nulla. Vuoto, spazio intergalattico, gli enormi vuoti visti nelle mappe della struttura su larga scala sono esempi.

Questo significa che non importa quanto l'universo si espanda, lo spazio non può spezzarsi come atomi. Si potrebbe dire che non ha un modulo elastico. Si può usare questo come premessa di base per spiegare come può esistere un universo infinito.

In alternativa, le teorie della topologia cosmica sono in buon accordo con le previsioni della densità della materia del nostro universo molto vicino a 1 che indica un universo che si espande per sempre. (vedi http://www.scholarpedia.org/article/Cosmic_Topology#fabre:2013 )

Non può essere infinito in un tempo finito perché il tempo è spazio e il tempo è più o meno lo stesso. Sono un'entità chiamata spaziotempo.


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Sarebbe bello se Hubble vedesse un cartello contrassegnato: "per favore non andare oltre questo punto, questo è il bordo dell'universo". forse persino un muro o una balaustra.

Come può l'universo essere infinito? dimensione infinita, età infinita, costrutti quantici infinitamente piccoli? Il problema principale che abbiamo all'infinito è che sfida la comprensione umana.

Equazioni sferiche e circolari pervadono l'universo: stelle, CMB, orbite planetarie e lunari, atomi, fotoni, Pi, tutti possono usare equazioni seno-coseno. Le rotazioni sono infinite. Pi e seno-coseno sono infiniti.

Se il cosmo è costituito da infinite funzioni matematiche, perché non dovrebbe essere infinito?

Quanti angoli ha lo spazio? infinito. quanto tempo gira una galassia? eternità. I cerchi del momento angolare vanno su ad-eternum. le rotazioni sono infinite.

Perché dovrebbe esserci un limite spaziale allo spazio infinitamente grande o infinitamente piccolo? Perché sfida la comprensione umana? non è una ragione sufficiente.

Tutto nell'universo conosciuto dipende da principi matematici che sono infiniti, i numeri sono infiniti, gli angoli sono infiniti, generalmente gli oggetti seno-coseno, lineari, circolari e sferici hanno curve infinite.

L'insieme di mandelbrot è infinito. È un'equazione molto più semplice degli oggetti dell'universo ed è infinita. Quindi, ti incoraggio a studiare il mandelbrot e chiederti: come può essere infinito? Quindi avrai qualche vantaggio nell'applicazione di questo studio agli oggetti dell'universo.

C'è una cosa curiosa che collega gli oggetti infinitamente grandi e piccoli nell'universo: le singolarità del buco nero sono quasi interamente composte da descrizioni matematiche seno-coseno, ma trattengono milioni di soli di atomi nello spazio delle dimensioni di una moneta o di un CD o un nano-metro, tutto all'interno di un disco seno-coseno, che è un fenomeno circolare che pesa miliardi di stelle. Se i soli possono adattarsi ai palloni da basket e forse agli atomi, come possiamo giudicare ciò che è grande o piccolo? Se le cose molto grandi rinascono in piccolissime e diventano di nuovo molto grandi, è un po 'come il cerchio della vita, e significa che sei il centro dell'universo, il che è una bella sensazione. Atomi e stelle non contano rispetto a te.

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