Como o universo pode ser infinito?

Ouvi de astrofísicos renomados que ainda não sabemos se o Universo é infinito ou não. Como isso é possível em relação à teoria do big bang é aceita (como todos fazem)? Eles estão se referindo à existência de outros Universos quando dizem que pode ser infinito, ou o quê?

O que quero dizer é que, mesmo que seja capaz de se expandir, se tudo se originou no big bang, como esse espaço pode se tornar infinito em um tempo finito - a idade do universo.

No modelo padrão de MCDM do Big Bang, o universo é infinito e sempre foi assim. A singularidade do Big Bang acontecia em toda parte , no sentido de que, já no tempo, a densidade diverge para o infinito em todos os lugares.

Mas este é apenas um modelo específico - assume que o universo é espacialmente plano e é globalmente homogêneo e isotrópico. Existem modelos estendidos nos quais não é exatamente plano e, portanto, pode ser finito mesmo se ainda for homogêneo e isotrópico (se a curvatura for levemente positiva). E é claro que na verdade não sabemos se é homogêneo e isotrópico em escalas muito maiores do que realmente vemos. Alguns modelos inflacionários implicam que não.

Para esclarecer: o modelo ΛCDM utiliza o assume uma espacialmente plano solução FLRW de relatividade geral, em que o espaço é o euclidiana -espaço O euclidiana -espaço é o único plano homogéneo e isotrópico -variedade, de modo que não há maneira de fazer isso finito sem violar pelo menos uma dessas premissas de modelagem (por exemplo, um toro plano poderia ter a mesma forma para a métrica, mas não seria globalmente isotrópico).$3$$3$$3$

Eu acho que a fonte de confusão entre os dois conceitos - a singularidade do Big Bang e um universo infinito - é o equívoco de que o universo começou originalmente como uma extensão finita. Esse equívoco surge facilmente de analogias usando a lógica e os números atuais que não eram aplicáveis ​​no universo primitivo. Por exemplo, ouvi dizer que logo após o Big Bang, todo o universo observável era do tamanho de uma toranja, mas essa explicação deixa de mencionar que as toranjas teriam sido muito maiores na época.

O problema é que o espaço é onde podemos medir o tamanho de algo, mas o espaço se expande; portanto, algo que está a uma certa distância atualmente estava muito mais próximo há muito tempo, mesmo que nenhum objeto tenha se movido no sentido normal. Como uma analogia para ajudar a ilustrar o efeito:

Você e eu estamos de pé em um balão vazio absurdamente grande. Você coloca um bastão de medição, faz uma marca no balão em cada extremidade e cada um de nós fica em uma marca e agora está a um metro de distância. Então ligo uma bomba e começo a encher o balão. À medida que o balão se infla, a superfície se estende e você e eu parecemos nos afastar um do outro, quando não estamos nos movendo (por exemplo, nos afastando): agora temos conjuntos de informações conflitantes a serem considerados; de acordo com as marcas na superfície do balão, ainda estamos a um metro de distância, mas, de acordo com o medidor na sua mão (que não está se expandindo), a distância é maior que essa.

Observe que, embora eu chamei o balão de "absurdamente grande", ele poderia ter sido infinitamente grande e ainda se comportar da mesma maneira. Aponto isso porque vi em comentários sobre outras respostas que você não vê como o espaço pode ser infinito e em expansão - que, se estiver em expansão, deve ter sido previamente finito. Isso está incorreto: de fato, porque o infinito é a qualidade da ilimitação, algo infinitamente grande pode sempre aumentar, porque, por definição, não há limite superior em seu tamanho.

Observe também que, se você registrasse a analogia anterior em sentido inverso, pareceria que o espaço estava diminuindo de tal forma que uma distância de vários metros entre nós reduzisse ao longo do tempo para um metro. Se você continuar encolhendo o universo dessa maneira, eventualmente se torna zerodistância entre nós. E se você aplicar isso a um cenário em que existem pessoas infinitamente distribuídas pelo balão, todas elas se aproximariam à medida que o balão se esvaziava, até que houvesse uma distância zero entre duas pessoas ... em teoria, pelo menos, uma vez que era real seres humanos têm tamanho. No entanto, energia e espaço não têm tamanho, portanto, no ponto do Big Bang, o espaço ainda era infinito (já que um espaço infinito / ilimitado não pode encolher para se tornar finito / limitado), mas a distância entre dois pontos no espaço era zero .

Portanto, se você pudesse voltar no tempo para o Big Bang, veria um oceano infinito de energia, já que toda a energia era "ombro a ombro" (infinitamente densa), mas se expandia rapidamente (e, portanto, esfria) ao ponto que partículas básicas podem se formar, depois matéria e moléculas. É claro que, já que seu tamanho dependeria da métrica do espaço, não pareceria necessariamente que o espaço estava se expandindo, mas simplesmente que a energia e a matéria estavam esfriando. De fato, ainda vemos isso como um efeito da expansão espacial no desvio para a luz vermelha de fontes distantes: a luz "esfria" ou perde energia ao longo do caminho porque é esticada em sua jornada pelo espaço.

Sabe-se que o universo que podemos ver em nossos telescópios é menor que o universo total. Como não podemos ver o que está além da borda visual, não podemos determinar se o universo é infinito ou finito.

"Como" o universo pode ser infinito? Portanto, estou deduzindo que deve haver um tipo de 'procedimento' para torná-lo infinito.

O espaço pode existir por si só sem ter nada. Vácuo, espaço intergalático, os enormes vazios vistos nos mapas de estrutura em larga escala são exemplos.

Isso significa que, não importa o quanto o universo se expanda, o espaço não pode se separar como átomos. Pode-se dizer que não possui módulo de elasticidade. Pode-se usar isso como uma premissa básica para explicar como pode haver um universo infinito.

Alternativamente, as teorias da topologia cósmica estão de acordo com as previsões de que a densidade de matéria do nosso universo está muito próxima de 1, o que aponta para um universo em expansão para sempre. (veja http://www.scholarpedia.org/article/Cosmic_Topology#fabre:2013 )

Não pode ser infinito em um tempo finito, porque o tempo é espaço e o tempo é mais ou menos o mesmo. Eles são uma entidade chamada espaço-tempo.

Seria legal se o Hubble visse uma placa de sinalização marcada: "por favor, não ultrapasse esse ponto, esta é a borda do universo". talvez até uma parede ou uma balaustrada.

Como o universo pode ser infinito? tamanho infinito, idade infinita, construções quânticas infinitamente pequenas? O principal problema que temos com o infinito é que ele desafia a compreensão humana.

Equações esféricas e circulares permeiam o universo: estrelas, CMB, órbitas do planeta e da lua, átomos, fótons, Pi, todos eles podem usar equações seno-cosseno. As rotações são infinitas. Pi e seno-cosseno são infinitos.

Se o cosmos é composto de infinitas funções matemáticas, por que não seria infinito?

Quantos ângulos tem o espaço? infinidade. quanto tempo uma galáxia gira? eternidade. Os círculos do momento angular continuam ad-eternum. rotações são infinitas.

Por que haveria um limite espacial para o espaço infinitamente grande ou infinitamente pequeno? Porque desafia a compreensão humana? essa não é uma razão boa o suficiente.

Tudo no universo conhecido depende de princípios matemáticos que são infinitos, números são infinitos, ângulos são infinitos, geralmente objetos seno-cosseno, lineares, circulares e esféricos têm curvas infinitas.

O conjunto mandelbrot é infinito. É uma equação muito mais simples que os objetos do universo, e é infinita. Então, eu encorajo você a estudar o mandelbrot e se perguntar: como ele pode ser infinito? Então você terá alguma vantagem em aplicar esse estudo a objetos do universo.

Há uma coisa curiosa que une os objetos infinitamente grandes e pequenos do universo: as singularidades dos buracos negros são quase inteiramente compostas por descrições matemáticas seno-cosseno, mas retêm milhões de sóis de átomos no espaço do tamanho de uma moeda ou CD. ou um nanômetro, tudo dentro de um disco seno-cosseno, que é um fenômeno circular que pesa bilhões de estrelas. Se os sóis podem caber nas bolas de basquete, e talvez átomos, como podemos julgar o que é grande ou pequeno? Se coisas muito grandes renascem para muito pequenas e se tornam muito grandes novamente, é como o círculo da vida, e significa que você é o centro do universo, o que é um bom sentimento. Átomos e estrelas não importam em relação a você.