Avanzado Visión general de la historia térmica del Universo

[Alriga]

Acabo de encontrarme con un artículo publicado en The American Journal of Physics con el sugerente título de "Todos los objetos y algunas preguntas" del que es autor principal Charles H. Lineweaver, cosmólogo que ya a aparecido otras veces en La web de Física, como autor de artículos escritos conjuntamente con Tamara Davies Davis.

Dice el abstract del artículo:

Presentamos una visión general de la historia térmica del Universo y la secuencia de objetos (por ejemplo, protones, planetas y galaxias) que se condensaron del fondo a medida que el Universo se expandió y enfrió. Trazamos (i) la densidad y temperatura del Universo en función del tiempo y (ii) las masas y tamaños de todos los objetos del Universo.

Estas tramas pedagógicas integrales llaman la atención sobre las regiones triangulares prohibidas por la relatividad general y la incertidumbre cuántica, y ayudan a navegar en la relación entre la gravedad y la mecánica cuántica. ¿Cómo podemos interpretar su intersección en los objetos más pequeños posibles: los agujeros negros de masa de Planck (“instantons”)? ¿Su densidad y temperatura de Planck los convierten en buenos candidatos para las condiciones iniciales del Universo? Nuestra gráfica de todos los objetos también parecería sugerir que el Universo es un agujero negro. Explicamos cómo esto depende de la improbable suposición de que nuestro Universo está rodeado por un espacio de Minkowski de densidad cero.

Adjunto un par de interesantes gráficos del artículo, el primero de la evolución de las densidades de los diferentes componentes del universo:

Y este otro de abajo, en el que ubican los objetos del universo en un gráfico en el que el tamaño está en el eje de abcisas y la masa en el de ordenadas.

Los detalles en el artículo, a leer con calma, en el siguiente enlace. Veréis un botón que permite descargar el PDF gratis: All objects and some questions. (Charles H. Lineweaver, Vihan M. Patel)

Saludos.

EDITADO 21/07/2024. Este enlace permite obtener el PDF del artículo: All objects and some questions (Researchgate)

La Mula Francis ha escrito sobre el tema: La historia térmica del universo

[javisot20]

Muy interesante pero perturbador, parecen concluir que en el caso de que el universo sea plano a gran escala irremediablemente debe ser un agujero negro, de Schwarzschild además. Alguien dirá que en el caso de que el universo no sea plano a gran escala lo único que cambia es que el universo sería un agujero negro de Kerr, no de Schwarszchild. Agujero en cualquier caso.

Siempre pregoné estas hipótesis y a día de hoy tengo claro que son afirmaciones sin sentido, aún siendo ciertas no sirven para nada, pero el ejercicio de los autores me ha parecido interesante desde un punto de vista conceptual. (Y los gráficos me ayudan con otros temas, gracias Alriga)

[Alriga]

...parecen concluir que en el caso de que el universo sea plano a gran escala irremediablemente debe ser un agujero negro, de Schwarzschild además...

No, nota que no lo has leído bien, el artículo dice varias (en mi opinión) "tonterías" pero no dice esa tontería. El artículo dice:

A una distancia específica llamada $r_H$ radio de Hubble, la velocidad de recesión es igual a la velocidad de la luz. Eso es correcto, continua diciendo: El volumen de Hubble es una esfera de radio $r_H$ centrada en nosotros y a menudo se toma como el tamaño del Universo. Aquí me ha dejado de piedra. De ninguna manera nadie modernamente identifica la esfera de Hubble con el tamaño del universo. El tamaño del universo es desconocido, podría incluso ser infinito. Lo que está bien definido y es finito es el universo observable, que se extiende hasta el horizonte de partículas, unos 46 mil millones de años luz de radio, que es mucho mayor que el radio de la esfera de Hubble $r_H$ ~14 mil millones de años luz.

Y continua con su especulación sin sentido: si todo el universo fuese la esfera de Hubble y fuera de esa esfera solo hubiese el vacío, entonces, visto desde ese vacío, el universo sería un agujero negro. Dice textualmente: Si nuestro Universo de densidad crítica con “nosotros” en el medio está rodeado por un espacio-tiempo plano de Minkowski de densidad cero, entonces podemos usar la métrica de Schwarzschild para concluir que estamos viviendo en un agujero negro.

A continuación "lo arregla" afirmando: Sin embargo, si el Universo fuera del radio de Hubble $r_H$ tiene la misma densidad crítica que el interior, entonces la métrica de Friedmann-Robertson-Walker nos dice que estamos viviendo en un universo plano y no podemos usar la métrica de Schwarzschild para describir nuestra situación porque el radio de Schwarzschild de un agujero negro se ha calculado bajo el supuesto de que el agujero negro está rodeado por un espacio-tiempo plano de Minkowski vacío ρ = 0

En fin, toda esa parte del artículo me parece absurda. No hay duda de que fuera de la esfera de Hubble la densidad es igual que dentro, como explicamos en un hilo anterior, suponer que fuera del universo observable (más grande que la esfera de Hubble) el universo es diferente a como lo es dentro es un contradicción lógica, mas aún lo es suponer que el "universo se acaba en la esfera de Hubble", que en el interior hay la densidad crítica y fuera el vacío. El post donde comentamos este tipo de contradicción es ¿Són los agujeros de gusano puertas hacia otros universos?

También puede interesar repasar: ¿Es el efecto Doppler el causante del corrimiento al rojo de las galaxias? ¿median lo mismo un metro y un segundo hace mil millones de años?

Redundando en la absurdidad de esta parte del paper, recordad que la esfera de Hubble es un concepto relativo a un observador, cada observador tiene su propia esfera de Hubble centrada en él. Que justo la esfera de Hubble centrada en nosotros sea esa todo el universo y que fuera de ella hubiese el vacío, es una reflexión que se podían haber ahorrado, pues solo aporta "ruido" al paper.

Saludos.

[Jaime Rudas]

Es Tamara DAVIS.

[Alriga]

Sí, DAVIS, corregido, gracias y saludos

[Jaime Rudas]

Y continua con su especulación sin sentido: si todo el universo fuese la esfera de Hubble y fuera de esa esfera solo hubiese el vacío, entonces, visto desde ese vacío, el universo sería un agujero negro. Dice textualmente: Si nuestro Universo de densidad crítica con “nosotros” en el medio está rodeado por un espacio-tiempo plano de Minkowski de densidad cero, entonces podemos usar la métrica de Schwarzschild para concluir que estamos viviendo en un agujero negro.

A continuación "lo arregla" afirmando: Sin embargo, si el Universo fuera del radio de Hubble $r_H$ tiene la misma densidad crítica que el interior, entonces la métrica de Friedmann-Robertson-Walker nos dice que estamos viviendo en un universo plano y no podemos usar la métrica de Schwarzschild para describir nuestra situación porque el radio de Schwarzschild de un agujero negro se ha calculado bajo el supuesto de que el agujero negro está rodeado por un espacio-tiempo plano de Minkowski vacío ρ = 0

En fin, toda esa parte del artículo me parece absurda.

A mí, en realidad, aparte de la muy desafortunada identificación de la esfera de Hubble con el universo, el resto no me parece que esté tan mal. O sea, me parece que, de hecho, explica por qué el universo no es un agujero negro a pesar de que, como se ve en la gráfica 2, un objeto con el radio de Hubble y con la masa del volumen de Hubble sí lo sería. La razón, explica, es que la solución de Schwarzschild solo aplica para objetos rodeados de vacío que, evidentemente, no es el caso de nuestro universo.

[javisot20]

"Si nuestro Universo de densidad crítica con “nosotros” en el medio está rodeado por un espacio-tiempo plano de Minkowski de densidad cero, entonces podemos usar la métrica de Schwarzschild para concluir que estamos viviendo en un agujero negro."

Si lanzamos partículas de una región (Minkowski y densidad 0) a otra región (Friedmann-Robertson-Walker, volumen de Hubble y densidad crítica) nos dicen los autores que perderemos su rastro, no existe una transición continua de una región a la otra, sería equivalente a un modelo de AN de Schwarszchild con métrica interna desconectada de la métrica externa.

Podemos suponer otras métricas en el interior y el efecto sería el mismo, no cualquier métrica puede suponerse rodeada de Minkowski y densidad 0 sin terminar pareciendo un AN, realmente me parece poco concluyente el trabajo visto con detenimiento.
Además, ¿qué es eso de "visto desde el vacío"?.
Me gustan las licencias lingüísticas pero esto roza la paradoja..

[Alriga]

A mí, en realidad, aparte de la muy desafortunada identificación de la esfera de Hubble con el universo, el resto no me parece que esté tan mal. O sea, me parece que, de hecho, explica por qué el universo no es un agujero negro a pesar de que, como se ve en la gráfica 2, un objeto con el radio de Hubble y con la masa del volumen de Hubble sí lo sería. La razón, explica, es que la solución de Schwarzschild solo aplica para objetos rodeados de vacío que, evidentemente, no es el caso de nuestro universo.

Sí Jaime coincido, gracias, además de la tontería de identificar el universo con la esfera de Hubble, también me sobreexcitó (tal vez en exceso) la poca contundencia de la frase del abstract "...la improbable suposición de que nuestro Universo está rodeado por un espacio de Minkowski de densidad cero..."

Saludos.