Relatividad general y universo infinito

[Weip]

Hola Chacaritamanda.

Pero como explicas algo asi? Entonces no hay big bang? t=0 tambien tiene su no-tiempo.
Hablas de un universo ya expandido desde tiempos indefinidos? ya es infinito a raiz de que etapa y como? Y que solucion le das al final del universo? Big Crunch? Big Bounce? Big Rip? Big Freeze?

En divulgación a veces se sobresimplifican las explicaciones y se pierden muchos matices que, en este caso, no son despreciables.

La teoría del Big Bang como gran explosión cósmica y comienzo del universo está desterrada. Desde el punto de vista conceptual lo que ocurre cuando tiramos hacia atrás en el tiempo es que la expansión del universo va marcha atrás. De esta manera, las distancias que han ido aumentando con el tiempo, disminuyen. El proceso límite no es que el universo converga en un punto, sino que las distancias se acortan a lo que eran originalmente. El problema que tenemos es que la teoría que usamos para describir la expansión del universo produce una singularidad en este momento, por lo que la teoría ya no es predictiva. No sabemos describir la dinámica del universo en este instante de tiempo. Pero el universo sigue siendo infinito, el espacio se extiende en todas direcciones, y no hay problema con ello.

Esto es lo que entendemos dentro del modelo cosmológico estándar. Si has escuchado alguna vez sobre la inflación cósmica entonces el Big Bang se interpreta de forma totalmente distinta: en este contexto se le denomina Big Bang al momento del recalentamiento, en el cual el campo del inflatón, responsable de la expansión acelerada que supone la inflación, pasa su energía a los demás campos que estaban dormidos hasta ese momento, dando fin al período inflacionario. Esta es la interpretación más moderna que se hace del Big Bang, alejada del punto singular de densidad infinita que explota, y es la interpretación que utilizan los cosmólogos por defecto hoy en día.

El final del universo es un tema aparte, pero todo apunta a la muerte térmica. De todas maneras es una cosa demasiado especulativa de hablar porque no sabemos si hay más agentes que influyan en la expansión del universo. Durante el siglo pasado creíamos que todo era una equilibrio entre materia ordinaria, radiación y curvatura, pero luego descubrimos que la materia oscura y la energía oscura juegan su papel también. En especial la energía oscura, pues en tiempos cosmológicos hace poco que domina la expansión del universo. ¿Es posible que en el futuro algun tipo de energía nueva entre en acción dominando la expansión? Es difícil que se produzca pero no se sabe con certeza. Si la energía oscura sigue dominando la expansión entonces lo dicho, la muerte térmica es el escenario más probable.

[Fortuna]

Pero como explicas algo asi? Entonces no hay big bang? t=0 tambien tiene su no-tiempo.
Hablas de un universo ya expandido desde tiempos indefinidos? ya es infinito a raiz de que etapa y como? Y que solucion le das al final del universo? Big Crunch? Big Bounce? Big Rip? Big Freeze?

Saludos

Las soluciones de la ecuaciones de la relatividad general en un universo sin materia son un universo en expansión. EL bigbang vendría a ser posterior al el espacio en eterna expansión.

Las Ecuaciones de Friedmann son un caso particular donde el espacio-tiempo es isótropo y homogeneo. Un universo vacío lo cumple


$H^2 \equiv \left(\frac{\dot{a}}{a}\right)^2 = \frac{8 \pi G}{3} \rho - K\frac{c^2}{a^2}$

Si pones $\rho=0$ se obtiene como solución para el factor de escala una ecuación lineal en t. es decir, a(t) aumenta linealmente con el tiempo.

[Chacaritamanda]

Aca algo de lo que estamos debatiendo

....................

Insisto en que el universo no puede ser infinito, Einstein dudaba de que el universo fuera infinito.
Que pasa con las teorias de Big Bounce y Big Crunch? Para que estas se puedan manifestar se necesita un universo finito. Deberiamos ver los estudios de Penrose sobre Big Bounce, o gravedad cuantica de bucles por el fisico indio Abahay Ashtekar.

LQG es una teoria que va o intenta llegar a t=0, creo que el mas adelantado en esta teoria es Abhay Ashtekar, hay un video de el de 3 horas y media en Youtube, aun no tengo tiempo para terminarlo de leer.

Voy a intentar ver el video completo del fisico de la India.

Saludos

[Jaime Rudas]

Insisto en que el universo no puede ser infinito

Sí, insistes en que no puede ser infinito, pero no muestras por qué no puede serlo.

Einstein dudaba de que el universo fuera infinito.

¿De dónde sacas que Einstein dudara de que el universo fuera infinito? Pero, aún si dudara, eso no demuestra nada. Después de todo, durante mucho tiempo, dudó de que se expandiera.

Que pasa con las teorias de Big Bounce y Big Crunch? Para que estas se puedan manifestar se necesita un universo finito. Deberiamos ver los estudios de Penrose sobre Big Bounce, o gravedad cuantica de bucles por el fisico indio Abahay Ashtekar.

No, ninguna de esas hipótesis implica que el universo sea necesariamente finito.

[Jaime Rudas]

Aca algo de lo que estamos debatiendo

Lo siento, pero ese video de científico no tiene nada. De hecho, me parece que viola las normas del Foro.

[Chacaritamanda]

Sí, insistes en que no puede ser infinito, pero no muestras por qué no puede serlo.


¿De dónde sacas que Einstein dudara de que el universo fuera infinito? Pero, aún si dudara, eso no demuestra nada. Después de todo, durante mucho tiempo, dudó de que se expandiera.


No, ninguna de esas hipótesis implica que el universo sea necesariamente finito.

Aca te dejo la frase que salio del mismo Einstein:

Entre las diversas frases atribuidas a Albert Einstein (Premio Nobel de Física en 1921) hay una bien conocida: “solo hay dos cosas infinitas, el universo y la estupidez humana, y no estoy muy seguro de la primera”


No tengo forma de demostrarte que el universo es infinito, utilice algunas analogias, pero hay un principio basico en la naturaleza de la vida, del planeta, del universo, es que todo tiene principio y final. Me dices que un Big Bounce o Big Crunch podrian darse aun en un contexto de un universo infinito? Si hablamos de estadisticas, que porcentaje de la astronomia sostiene que el universo es infinito? Porque no siempre estan todos de acuerdo en una misma teoria, aun en la misma comunidad cientifica.

[Chacaritamanda]

Lo siento, pero ese video de científico no tiene nada. De hecho, me parece que viola las normas del Foro.

No soy fisico, no tengo modo de darme cuenta de los videos que si son cientificos y los que son menos cientificos.

[Jaime Rudas]

Entre las diversas frases atribuidas a Albert Einstein (Premio Nobel de Física en 1921) hay una bien conocida: “solo hay dos cosas infinitas, el universo y la estupidez humana, y no estoy muy seguro de la primera”

¿De veras de esta frase deduces que Einstein dudaba de que el universo fuera infinito?

No tengo forma de demostrarte que el universo es infinito

Que no lo puedas demostrar no implica que no lo pueda ser.

Me dices que un Big Bounce o Big Crunch podrian darse aun en un contexto de un universo infinito?

Sí.

Si hablamos de estadisticas, que porcentaje de la astronomia sostiene que el universo es infinito?

No conozco a ningún astrónomo que sostenga que el universo es infinito y tampoco conozco a ninguno que sostenga que es finito. Creo que la opinión más difundida en la comunidad científica es que, con los datos actuales, no es posible determinar si el universo es finito o infinito.

[Pola]

Buenos días.

Perdonar que interrumpa en este hilo. Es que estaba leyendolo y una frase de Weip me ha llamado la atención, porque yo tenía la opinión de Jaime Rudas que manifiesta en su última respuesta, o sea, que "con los datos actuales, no es posible determinar si el universo es finito o infinito".

Sin embargo, la frase de Weip dice:"Pero el universo sigue siendo infinito". Quería preguntarle si piensa que esto es así.

Gracias y un saludo.

[javisot20]

La respuesta de Jaime es más conservadora mientras que la de Weip es más atrevida pero son complementarias. El universo puede ser como señala Weip, incluso pueden proponerse modelos donde sea de una manera o de otra, pero demostrarlo es otra cosa como señala Jaime.

Gastón Giribet en el último episodio de coffe break, "el universo a grandes escalas es espacialmente plano (con lo que ello implica), pero espacio-temporalmente curvado".
Saludos Pola

[Weip]

Hola de nuevo.

LQG es una teoria que va o intenta llegar a t=0, creo que el mas adelantado en esta teoria es Abhay Ashtekar

LQG es Loop Quantum Gravity, una teoría de la gravedad cuántica consistente pero no probada experimentalmente que aún se encuentra bajo construcción. Dado que la teoría es muy complicada técnicamente, para poder conectar con el mundo real se hizo una especie de modelo inspirado en LQG, Loop Quantum Cosmology (LQC), que es la que predice el Big Bounce.

En este contexto, se coge el universo FLRW (el del modelo cosmológico estándar) y se cuantiza de manera inspirada pero no conectada con LQG. Se obtiene que las áreas y los volúmenes del espacio evolucionan de manera cuántica. En particular, tienen un valor mínimo, de la misma manera que un electrón alrededor de un átomo tiene un estado de mínima energía distinta de cero. Cuando tiramos marcha atrás el universo, los volúmenes se acortan, pero hay un límite para ello. Si el universo intenta forzar este límite, saldrá rebotado, eso es el Big Bounce. Fíjate que el universo es infinito en todo momento, simplemente que las distancias pueden estar más o menos compactadas. A nivel semiclásico, se está cogiendo la expansión del universo normal y corriente y se pone un límite inferior al factor de escala, que describe la expansión, para que las distancias no se puedan contraer más a partir de cierto punto.

La predicción de LQC es interesante e incluso verosímil. Aún así tienes sus cosillas. Por ejemplo, el tiempo en LQC no existe a nivel cuántico: tiene una interpretación relacional en tanto que la geometría del espacio evoluciona respecto a un campo escalar de manera que produce una "sensación de cambio", una "falsa dinámica" que a nivel clásico coincide con la del universo con tiempo normal y corriente que conocemos. Conceptualmente es desafiante, sin duda.

Si hablamos de estadisticas, que porcentaje de la astronomia sostiene que el universo es infinito? Porque no siempre estan todos de acuerdo en una misma teoria, aun en la misma comunidad cientifica.

Si bien hay una parte de verdad, piensa que estas cosas no se deciden democráticamente. Las teorías y los modelos se distinguen por sus éxitos experimentales. LQG y LQC se ven como anecdóticas en la comunidad de los cosmólogos, que son los encargados de estudiar la dinámica del universo a gran escala, y no se han podido verificar experimentalmente. En cambio, el modelo cosmológico estándar ha tenido muchos éxitos experimentales de manera que puedes pensar que es el paradigma vigente a día de hoy.

Es que estaba leyendolo y una frase de Weip me ha llamado la atención, porque yo tenía la opinión de Jaime Rudas que manifiesta en su última respuesta, o sea, que "con los datos actuales, no es posible determinar si el universo es finito o infinito".

Sin embargo, la frase de Weip dice:"Pero el universo sigue siendo infinito". Quería preguntarle si piensa que esto es así.

Creo que es un tema más filosófico que otra cosa. Es evidente que el concepto de infinito nos provoca dificultades conceptuales así que explicaré lo que entiendo yo por universo infinito en cosmología, aunque en resumen es lo que dijo javisot20.

Los hechos es que tenemos observaciones de las cuales podemos concluir que el parámetro de curvatura se anula con un cierto error. Esto significa que muy probablemente el universo a grandes escalas es plano: se extiende en todas las direcciones. ¿Podría ser que llegados a una cierta distancia inimaginable, el universo acabara? Esta idea tiene muchos problemas porque no es fácil dar con mecanismos físicos razonables que generen fronteras en el universo y al mismo tiempo dejen intacto todo el conocimiento de cosmología que tenemos. ¿Podría ser que el universo fuera esférico y simplemente no detectamos aún su curvatura? Esta posibilidad es cada vez más y más remota, por lo que si finalmente es esférico, muy bien lo tendríamos que saber explicar. Por tanto, hasta nuevo aviso, pensar que el universo es infinito es compatible con las observaciones. Con la teoría también, pues la singularidad del Big Bang que surge en la métrica FLRW "no se produce en un punto, se produce en todos sitios a la vez", como se suele leer. Por tanto "el universo es infinito", como hipótesis de trabajo, ha funcionado a las mil maravillas hasta ahora, teniendo en cuenta observaciones y teoría.

Por supuesto, al final del día es un tema filosófico, y no creo que hayan diferencias fundamentales con Jaime: cuando digo que el universo es infinito doy por supuesto toda esta explicación, y a la práctica lo uso como sinónimo de "el parámetro de curvatura es cero". Ya sabemos todos que nunca podremos medir que es cero exactamente. De la misma manera nunca podremos medir que la masa del fotón es exactamente cero, pero ¿consideramos entonces que el fotón podría tener masa? Es cada vez más y más improbable esa posibilidad, pero siempre podemos hacer malabarismos para que tenga algún sentido. Aún así, cuando explico cualquier cosa, diré que el fotón no tiene masa porque es lo que está deacuerdo con experimentos y teoría. De nuevo, si el fotón acaba teniendo masa, muy bien tendríamos que saber explicarlo.

[Pola]

Muchas gracias por la explicación, Weip. Es bien interesante. Y da que pensar.He de reconocer que yo soy de los que tienen dificultades para aceptar un universo infinito. Entendiendo por infinito que no tiene fin. Me sería algo más fácil si utilizara el de curvatura cero. Aunque también es muy difícil imaginar como puede tener un fin un espacio plano. Es un asunto complicado....

Gracias también a Javisot.

Un saludo a todos.

[Chacaritamanda]

Lo que no entiendo es por que si el universo es infinito se expande, esto es producto de la energia oscura.
Si ya esta "expandido" que sentido tiene hablar de expancion?

[teclado]

Hola Chacaritamanda, puede haber expansión en un universo infinito. Si te imaginas una regla infinita, en la que visualizas la marca de los, por decir algo, 42 cm, verías que crece de forma que la marca original de los 42 cm se aleja de la marca original de 43 cm y de la de 41 cm, aunque de forma que las marcas en el infinito se alejarían de sus precedentes a velocidad infinita. Esto no es un problema, ya que te sitúes donde te sitúes a lo largo de la regla, la velocidad a la que se alejan puntos colindantes siempre sería finita y la misma que toma la marca de 42 cm respecto a la de 43 cm. Infinito, sumado a infinito, es igualmente y no otra cosa que infinito.

[Jaime Rudas]

Lo que no entiendo es por que si el universo es infinito se expande, esto es producto de la energia oscura.
Si ya esta "expandido" que sentido tiene hablar de expancion?

Cuando hablamos de expansión en cosmología, a lo que nos referimos es a que las distancias entre galaxias lejanas aumentan con el tiempo. Si te das cuenta, el hecho de que la distancia entre galaxias aumente es independiente de que el universo sea finito o infinito.