¿Cómo sabemos que el universo y su masa neta no son infinitos?

o Lo siguiente comenzó como un “comentario” a la respuesta de Mark Schannon, pero como los comentarios están inicialmente ocultos, amplié esto a una adición completa a la discusión.

Primero, la respuesta al experimento de pensamiento de Mark es que todos se mueven a su número de habitación original multiplicado por 2, dejando vacante cualquier otra habitación (por el infinito). Pero tienes razón sobre los problemas pragmáticos con este experimento. Sin embargo, en realidad es un buen ejemplo de la expansión del espacio. Cómo un espacio infinito también puede expandirse, a pesar de que no tiene límites.

Ahora para ver otros ejemplos de múltiples niveles de infinito, por ejemplo, el conjunto de enteros. Este es un conjunto infinito. Ahora compare eso con el conjunto de números reales (con lugares decimales). El conjunto de números reales también es infinito, sin embargo, está claro que hay muchos más números reales que enteros. ¿Otro ejemplo sería determinar cuántos puntos hay en una línea infinita? ¿Ahora compara eso con un plano infinito? ¿Ahora a un volumen espacial infinito? Ahora a 4 dimensiones espacio-tiempo? Cada uno es infinito, pero claramente cada paso es un mayor nivel de infinito.

Además, no sabemos que el universo no es infinito. Mark tenía una premisa en su argumento de que la energía inicial del Big Bang era finita. Bajo esta suposición, el universo debe ser finito. El espacio infinito no puede venir de algo finito. Sin embargo, no sabemos que la energía del Big Bang fue realmente finita. A menudo, la frase “densidad infinita” se usa para describir la singularidad iniciada. Dado que el universo ahora tiene densidad finita, si la singularidad inicial tenía un tamaño finito pero una densidad infinita, esto solo podría resolverse con una densidad finita y un tamaño infinito.

Por supuesto, no sabemos la masa / energía inicial de la singularidad del Big Bang o si era infinita. Tampoco sabemos el tamaño actual del universo o si es infinito. Estas son preguntas que los científicos están luchando por determinar y es posible que nunca sepamos la respuesta.

(Revelación completa: no soy ni físico ni matemático, pero ambos me fascinan por lo que vale).

Ah, haces una pregunta sobre una de mis grandes frustraciones en la vida: el infinito. Si bien el concepto tiene perfecto sentido en matemáticas debido a la forma en que se construyen las matemáticas, no tiene ningún sentido cuando se aplica al ámbito físico. Yo diría que cuando los físicos usan la palabra infinito para aplicar al ámbito físico, simplemente la usan como un gran signo de interrogación, una forma educada de “no tenemos idea”.

Un famoso experimento de pensamiento pretende mostrar que hay varios grados de infinito (ahora hay un concepto extraño y cercano a ridículo), lo que significa que algunos infinitos son más grandes que otros es el ejemplo de Infinite Motel: un autobús con un número infinito de jugadores de fútbol llega a el Infinite Motel (un motel con un número ilimitado de habitaciones). Justo cuando el cansado gerente del hotel los acomoda a todos, llega un segundo autobús con un número infinito de gaiteros. ¿Cómo los acomoda en su motel? Olvida la respuesta: algo sobre todos se mueve en una habitación.

El problema es que no solo el gerente no puede vaciar el primer autobús, recuerde que hay un número infinito de ellos, y en sus habitaciones, el conductor del autobús nunca podría llevar al equipo al autobús … nuevamente porque siempre hay un número infinito más esperando para abordar.

En otras palabras, el ejemplo se desmorona por lo absurdo de intentar aplicar el concepto de infinito al ámbito físico.

Ergo, para responder tu pregunta. Sabemos que el universo no es infinito porque la palabra no tiene significado. Puede ser que a algún genio se le ocurra una definición de infinito en el ámbito físico que tenga sentido, pero hasta que llegue ese día, solo hay una opción para el universo: finito.

(Me encantaría que alguien pudiera demostrarme que estoy equivocado en esto).

Mark Schannon ha tocado uno de mis botones personales. Somos demasiado casuales en dar vueltas al infinito. Infinito no es un número en el que podamos hacer ningún cálculo, de hecho, ni siquiera es un número. Es un concepto para razonar sobre el comportamiento limitante de secuencias, series, funciones, etc., ya que las entradas se vuelven arbitrariamente grandes (o pequeñas). Entonces está bien para las matemáticas, pero una cantidad infinita de cualquier cosa física es una idea sin sentido.

¿Es el universo realmente infinito? Realmente no lo sabemos. Algunas evidencias apuntan de esa manera, por ejemplo, ahora sabemos con un grado razonable de certeza que el espacio-tiempo es plano. Es decir, las líneas rectas son realmente rectas y los ángulos interiores de un triángulo realmente suman 180 grados. Todo eso apunta hacia un universo infinito, pero también crea un rompecabezas. ¿Qué tan grande es infinito? Si ya era infinito, ¿no deberíamos haber experimentado ya la muerte por calor?

La cosmología del Big Bang parece explicar con precisión el comportamiento del universo visible. Toda la masa / energía en el universo se puso en movimiento hace 13.8 mil millones de años y tenemos todas las razones para creer que fue una cantidad finita . El principio cosmológico de la roca madre es que el espacio (y nuestra física) es el mismo en todas partes. Podemos observar y calcular la densidad media del espacio. También sabemos cuánto tiempo se ha expandido el espacio. Es muy difícil ver cómo el espacio ahora podría ser infinito. ¿Grande? ¡¡Oh sí!! ¿Infinito? No.

Esta es una pregunta cargada que conlleva una suposición que puede no ser válida. El mejor modelo matemático para la estructura a gran escala del universo que tenemos (el modelo de Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker de un universo isotrópico espacialmente homogéneo) combinado con datos de observación reales (incluida la distribución a gran escala de la materia, el fluctuaciones de la radiación de fondo cósmico, y la relación de luminosidad-distancia de supernovas distantes) produce un mejor ajuste si suponemos que el universo es espacialmente plano, por lo tanto, su extensión espacial es infinita. Por supuesto, esto puede ser falsificado por datos futuros, e incluso con más datos, es posible que nunca lo sepamos con certeza. Pero ciertamente no sabemos en el presente que el universo no es infinito … por el contrario, a lo mejor de nuestro conocimiento actual, es infinito.

Nosotros no De las soluciones más simples para la relatividad general, una es un universo cerrado en el tiempo y el espacio, como una bola de cuatro dimensiones; otro explota desde la singularidad del big bang, infinito en espacio y duración.

Solo podemos ver una cantidad finita del universo, debido a la velocidad finita de la luz.

Tengo que estar muy en desacuerdo con Mark en esto.
¡Aunque la prueba tenga que esperar un tiempo!

La lógica simple nos dice que si llegamos al borde del Universo debe haber “algo” más allá de ese borde.

Pero lo que sea que ese ‘algo’ sea también es parte del Universo, por lo que debe incluirse como parte del Universo … ‘y así hasta el infinito’.

El Universo no puede ser nada más que infinito en nuestra comprensión más básica de la física.

La única alternativa (sensata … ¡Huh!) Es si el Universo se pliega sobre sí mismo como una tira de Mobius en el espacio-tiempo o una botella de Klein.

Ese es mi concepto favorito.

Creo que Giordano Bruno responderá a su pregunta con su famoso experimento mental del arquero y la pared, es más o menos así:

Imagina una pared muy, muy alta y un arquero en su parte superior, dispara una flecha y solo tiene 2 resultados posibles, la flecha vuela en línea recta infinitamente (sin gravedad) o golpea algo, si ocurre lo segundo, entonces el arquero sube objetar y disparar otra flecha con los mismos resultados posibles, y lo hace una y otra vez, por lo que el resultado único real es que el universo es infinito.

Bruno no tenía ninguna posibilidad de adivinar sobre la masa del universo ya que no tenía educación académica, el conocimiento cosmológico era de todos modos limitado en su momento y, desafortunadamente para Bruno, estaba muy adelantado a su tiempo, por lo que fue asesinado por fuego por pensar de esta manera en 1600 por la Inquisición, si viviera hoy podría ser el mejor blogger en Quora 🙂

Sé que esta no es una respuesta científica, así que por favor sea amable con ella.