¿Hay una velocidad de escape para el universo?

No tiene sentido hablar de la “velocidad de escape del universo”.

En la gravedad newtoniana (y en algunos contextos limitados en GR), la velocidad de escape de alguna masa gravitante es un concepto útil, pero la suposición fundamental es que la masa de la que desea “escapar” es de extensión finita, por ejemplo, un planeta , una estrella, una sola galaxia, etc. Consideramos una partícula masiva en un pozo de gravedad debido a una distribución limitada de masa, y no hay fuerzas que actúen sobre esta partícula, excepto la gravedad. (Tal partícula se llama libre en este contexto). Queremos saber cuánta energía debemos impartir a la partícula para que tenga la energía cinética suficiente para escapar al infinito contra la gravedad. Dado que la fuerza gravitacional es conservadora, esto equivale a preguntar qué velocidad necesita escapar la partícula. Además, “escapar” en este contexto realmente significa que la partícula puede alcanzar una distancia arbitrariamente grande de la masa gravitante.

Por ejemplo, la velocidad de escape de la Tierra en la superficie es de aproximadamente 11,2 km / s. Esto significa que si el universo consistiera solo en la Tierra y alguna partícula de prueba, siempre que la partícula de prueba tuviera una velocidad de al menos 11,2 km / s cerca de la superficie de la Tierra, la partícula necesariamente se alejará arbitrariamente de la Tierra.

Debido a que el concepto de velocidad de escape requiere que la masa gravitante sea de extensión finita, no tiene ningún sentido hablar de la “velocidad de escape del universo”. Por un lado, ¿escapar a qué? No puedes escapar muy bien para apuntar fuera del universo … de lo contrario, esos puntos serían parte del universo.

En segundo lugar, los modelos cosmológicos a menudo suponen que el universo es homogéneo . Esto significa que en grandes escalas de distancia, la materia del universo se difumina de manera uniforme. Es decir, la densidad de masa es constante en todo el universo. A fortiori , no existe una distribución masiva de extensión finita por la cual incluso podemos hablar de la velocidad de escape. A grandes escalas, puedes escapar de una galaxia, solo para moverte hacia el pozo de gravedad de otra, y eventualmente te unirás a algún grupo de galaxias. No hay forma de escapar a un punto en el que estás fuera de la influencia de toda la masa.

Según tengo entendido, la respuesta es sí, basada en la ecuación de Friedman, que puede consultar. Esencialmente, la ecuación comienza con una fórmula newtoniana que nos dice que la velocidad de escape es el cuadrado de (2GM / r).

Esta es la fórmula para cualquier velocidad de escape. La sustitución y la derivación conducen a la ecuación de Friedman, que muestra que la constante al cuadrado de Hubble es igual a 8 (pi) G (densidad) / 3 menos un factor de escala.

H es la constante de Hubble, que describe la tasa de crecimiento del universo. Por lo tanto, la velocidad de escape depende del tensor de densidad del universo y se modifica por un factor de escala. Uno puede deducir cómo estos factores se ven afectados por un universo dominante en radiación (como estaba presente inmediatamente después del Big Bang) o un universo dominado por la materia, y resolver las implicaciones a lo largo del tiempo.

El efecto neto es que si la constante de Hubble está por debajo de cierto nivel (o si la densidad de la materia es insuficiente en un universo abierto), la expansión continuará para siempre. Pero si la densidad es alta en el universo, una gran crisis es inevitable.

Sabemos por observación que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado, por lo que otro factor repulsivo está en juego, y esto se ha llamado Energía Oscura.

Un último punto, algunas personas están confundidas por la noción de que si la materia en el universo está “escapando”, debe estar “escapando hacia algo”. Pero eso no es cierto. Se está creando espacio entre las galaxias. Una mejor analogía bidimensional es el crecimiento del área de superficie de un globo inflado. Uno podría preguntarse de dónde proviene el área de superficie, pero es simplemente una expansión del material del globo. Dado que el globo se está expandiendo a otra dimensión en este modelo, puede conjeturar por analogía si el universo también se está expandiendo a otra dimensión invisible, pero eso no sería algo que podamos ver.

Hay muchas perspectivas para esta pregunta. Estrictamente hablando, no puedes dejar el universo como actualmente no ejecutado. Lo que significa que se cree que el universo está cerrado en cuatro dimensiones y finito en tres. Piensa en un globo desde una perspectiva bidimensional. Un globo tiene una superficie bidimensional pero ocupa tres dimensiones. No puede dejar su superficie y tiene un área de superficie finita, pero parecería infinita ya que podría viajar para siempre en cualquier dirección dentro de las dos dimensiones disponibles. Del mismo modo, podría viajar para siempre en cualquier dirección del espacio, nunca podría abandonarlo o alcanzar un “fin” y, sin embargo, es de volumen finito.

La siguiente mejor perspectiva tiene que ver con la cosmología. Es decir, ¿el universo continúa expandiéndose (como volar el globo) o eventualmente se ralentiza, se detiene y luego comienza a contraerse bajo fuerzas gravitacionales. Esto aún no ha sido respondido. La pregunta es si el impulso del universo en expansión es suficiente para superar la gravitación de la masa del universo, muy similar a su pregunta. La respuesta aún no se conoce con certeza porque no sabemos si podemos dar cuenta de toda la materia / energía en el universo. Cosas como la materia / energía oscura y los agujeros negros dificultan la determinación. Hay “guestamates”, pero no tienen la certeza suficiente para tener una buena idea de cuál es el destino final del universo.

Esto hace que la respuesta a la pregunta hipotética de la velocidad de escape del universo, donde es hipotéticamente análogo al escape de un planeta o sistema solar, sea difícil. Supongo que uno podría adivinar la masa del universo y conectarlo a las matemáticas que se usarían para determinar la velocidad de escape del sistema solar.

Cualquier cosa que exceda de c, escapará del Universo. Por supuesto, se necesita más que energía infinita para lograr eso. El universo solo contiene energía finita.

Entonces, para escapar del Universo, ya debes estar fuera del Universo.

Por extraño que parezca, tuve un sueño sobre esto y vi una estructura extraña en el universo en la que había una capa externa de materia distinta que en la creación tenía suficiente impulso (velocidad de escape) para escapar de la atracción gravitacional de la capa interna (y continuaría expandiéndose, creando espacio para siempre) y una capa interna que no tenía suficiente impulso para alcanzar la velocidad de escape, en la que la expansión se desaceleraba debido al tirón compuesto del núcleo interno. El núcleo interno eventualmente colapsará sobre sí mismo y el núcleo externo volará hacia su destino. Cuando me desperté por la mañana, pensé que eso parecía completamente factible y que un universo de doble capa es una consecuencia casi inevitable de la creación de una nube de materia en expansión con velocidades variables. Podrías simular esto fácilmente con algún código y ver a qué me refiero.

No, ya que eso implicaría un centro de masa para escapar (sin embargo, no implicaría un borde o un lugar para escapar). El universo no tiene centro de masa, por lo tanto, no puede tener una velocidad de escape.

El universo se está expandiendo a unos 3 millones de años luz por segundo. Un solo año luz es 5,878,499,810,000 millas. Veces que por 3 millones.

5,878,499,810,000

X

3,000,000

= Un gran número de culo.

Ahora multiplicado por 5.

Lo que significa que la velocidad de escape del universo sería [insertar el número de gran culo aquí].

De nada.

Si. Solo sé el observador del juego llamado universo.