Bene, la "prima" ipotesi era che l'universo fosse infinito e il numero di oggetti spaziali fosse infinito. Quindi, è arrivata la teoria del Big Bang e abbiamo scoperto che il nostro universo ha circa 13 miliardi di anni e che il raggio dell'universo osservato è di 13 miliardi di anni luce e abbiamo ipotizzato che l'Universo sia probabilmente connesso: non c'è limite e se tu potresti fermare il tempo e muoverti in una direzione in cui arriveresti probabilmente nello stesso punto, proprio come faresti sulla superficie della Terra. Ora sappiamo che non è stata un'idea molto precisa: il raggio dell'universo osservato si è rivelato un po 'più grande: circa 14 miliardi di anni, e succede che le galassie più distanti si allontanano da noi più velocemente della luce, quindi questo raggio (14 miliardi di anni) è solo il raggio dell'universo attualmente visibile (vediamo come appariva 14 miliardi di anni fa quando l'universo era molto più piccolo). Ora questo raggio ha raggiunto 45 miliardi di anni luce ma possiamo vedere solo il passato (o 14 miliardi di anni). Quindi vediamo il passato, non le dimensioni attuali. Il fatto che le galassie che sono molto distanti l'una dall'altra si allontanino l'una dall'altra più velocemente della luce è attribuita all'espansione dello spazio stesso e non viola la teoria generale della relatività (possiamo dire che la rende in qualche modo imprecisa, proprio come la relatività ha reso la teoria di Newton leggermente imprecisa). Il nostro spazio è talvolta illustrato come un elastico su cui sono più lontani i due punti, più velocemente si separeranno, quando estendi l'elastico. E il nostro spazio si sta espandendo in modo un po 'simile. Non vediamo la parte invisibile dell'universo (l'intero universo può avere un diametro di 150-600 miliardi di anni luce - questa dimensione non sarà mai visibile ed è molto più della distanza di 45 miliardi di anni luce dalla quale il più distante le galassie visibili devono essersi mosse ormai, ma le osserviamo ancora come se fossero lontane 13-14 miliardi di anni luce). Inoltre non sappiamo se il nostro universo sia infinito o finito. Potete immaginarne uno finito come un "universo connesso", cioè se potessimo fermare il tempo e andare in una direzione alla fine arrivando al nostro punto di partenza. Se, tuttavia, non è così e il nostro universo è aperto e non connesso, possiamo chiamarlo infinito. Entrambe le teorie vanno bene. Purtroppo non sappiamo quale sia corretto! Se l'Universo non è collegato, potrebbero esserci anomalie come "bordi", intendo, potrebbe esserci un punto nell'Universo in cui finiscono le galassie e non ci sono più galassie oltre o qualcosa di molto più strano di così. Questo purtroppo va oltre il nostro Universo visibile e non abbiamo modo di saperlo.
Un'altra cosa è che la tua domanda ruota attorno al concetto di spazio. Bene, è approssimativamente tridimensionale nella vita reale, se non consideriamo distanze molto piccole (come nella meccanica quantistica) o cosmologicamente grandi. Tuttavia, sappiamo che il nostro spazio potrebbe deformarsi, quindi le cose non sono così semplici. Al momento non sappiamo molto sulla configurazione effettiva del nostro spazio metrico.
Come vedo, molte persone hanno difficoltà a immaginare l'Universo connesso. Bene, semplificiamo tutto molto. Diciamo che il nostro Universo è proprio come la Terra, e immaginiamo che la Terra cresca di dimensioni, quindi le città che sono lontane l'una dall'altra si allontanano l'una dall'altra il più velocemente. Quindi puoi prendere la lunghezza dell'equatore e chiamarlo diametro (o semplicemente usarlo al posto del diametro) del nostro universo "test". La metà della distanza dell'equatore sarà il raggio (o semplicemente lo usiamo al posto del raggio) del nostro universo di "test", e sarà lo stesso ovunque, e tutto si espanderà come inizialmente ipotizzato. Spiega il paradosso con gli alieni e due cerchi che hai citato. Si noti che le città non stanno crescendo di dimensioni perché, come nel caso delle galassie, presumiamo qui che le nostre città siano trattenute dalla "gravitazione" dall'espansione. Nota anche che in questo esempio usiamo la superficie della Terra, che è bidimensionale, e l'universo è tridimensionale (probabilmente, o, diciamo, approssimativamente per evitare imprecisioni). Spero che questa primitiva illustrazione sferica sia di qualche aiuto.
Ecco una citazione esplicativa e utile dall'articolo Espansione metrica dello spazio da Wikipedia:
L'universo potrebbe essere infinito o potrebbe essere finito; ma l'evidenza che conduce al modello inflazionistico dell'universo primordiale implica anche che l '"universo totale" è molto più grande dell'universo osservabile, e quindi eventuali spigoli o geometrie o topologie esotiche non sarebbero direttamente osservabili poiché la luce non ha raggiunto scale quali tali aspetti dell'universo, se esistono, sono ancora consentiti. A tutti gli effetti, è sicuro supporre che l'universo sia infinito in estensione spaziale, senza bordi o strane connessioni. [15] Indipendentemente dalla forma generale dell'universo, la domanda su cosa si sta espandendo l'universo è una questione che non richiede una risposta secondo le teorie che descrivono l'espansione; il modo in cui definiamo lo spazio nel nostro universo non richiede in alcun modo spazio esterno aggiuntivo nel quale può espandersi poiché può verificarsi un'espansione di una distesa infinita senza cambiare l'estensione infinita della distesa. Tutto ciò che è certo è che la molteplicità dello spazio in cui viviamo ha semplicemente la proprietà che le distanze tra gli oggetti aumentano col passare del tempo. Ciò implica solo le semplici conseguenze osservative associate all'espansione metrica esplorata di seguito. Nessun "esterno" o incorporamento nell'iperspazio è necessario perché si verifichi un'espansione. Le visualizzazioni spesso viste dell'universo che cresce come una bolla nel nulla sono fuorvianti in questo senso. Non c'è motivo di credere che ci sia qualcosa di "fuori" dell'universo in espansione in cui l'universo si espande. Anche se l'estensione spaziale complessiva è infinita e quindi l'universo non può diventare "più grande", diciamo ancora che lo spazio si sta espandendo perché, localmente, la distanza caratteristica tra gli oggetti sta aumentando. Man mano che uno spazio infinito cresce, rimane infinito
Potresti voler leggere l'articolo completo. Penso che non sia male e sostanzialmente in linea con la scienza moderna. Ti darà molte più informazioni delle mie spiegazioni semplificate. Potresti anche fare conoscenza con la geometria euclidea quadridimensionale - penso che potrebbe rendere alcune cose più facili da comprendere quando si parla del nostro spazio metrico. Quindi, raccomando l'articolo Metric Expansion of Space su Wikipedia come buon inizio - spero non sia molto impegnativo.
PS: Nota che le mie spiegazioni sono semplificazioni sostanziali. Varie topologie dell'Universo o dello spazio metrico (varie combinazioni in termini di finezza, infinito, connessione e curvatura) potrebbero essere teoricamente possibili. Consentitemi di aggiungere un'altra nozione avanzata qui: Wheeler ha suggerito che la topologia dello spazio-tempo potrebbe essere fluttuante (schiuma spazio-temporale), portando così qui la meccanica quantistica. Bene, immagino, abbiamo ancora una conoscenza molto limitata quando si tratta del nostro spazio metrico reale.
