¿Cómo saben los cosmólogos que el universo se está expandiendo desde un punto y que no todo se está expandiendo desde todo lo demás?

El universo no se está expandiendo desde un punto. Pero sí, todo se está expandiendo de todo lo demás.

La observación es que cuando miras los objetos en el cielo, puedes ver que se están alejando de nosotros (lo ves observando el efecto Doppler, lo que implica que las ondas que viajan desde los objetos que se alejan de nosotros se expanden, y así su frecuencia es menor que si fueran estacionarias con respecto a nosotros).

Otra observación interesante es que cuanto más miras, más rápido se alejan de nosotros. Más exactamente, los objetos que están dos veces más lejos, se alejan de nosotros dos veces más rápido.

Digamos que miras en una dirección en el cielo y ves la estrella A que está a distancia d y que viaja a velocidad v de nosotros. Luego observa un comienzo B que está a una distancia de 2d y viaja a una velocidad de 2v .
Ahora, si te imaginas viviendo en el sistema estelar de la estrella A, verías que la Tierra se aleja de ti a velocidad v y estaríamos a una distancia de d . Si miraras la estrella B, verías que se mueve en v ya una distancia d .
Básicamente, el hecho de que al duplicar la distancia se duplica la velocidad significa que todo se aleja el uno del otro de manera uniforme.

Ahora, si retrocedemos en el tiempo, sabemos que si las cosas ahora se están separando, hubo un momento en que estuvieron más cerca.
¿Estarían todos en un solo punto? Todo lo que vemos a nuestro alrededor estaría al menos increíblemente cerca. ¿Qué tan cerca juntos? Podría estar infinitamente cerca del punto donde todo sería un solo punto. También podría ser infinitamente denso y el universo ya sería infinitamente grande en ese punto. Podría ser que el universo fuera de tamaño infinito y extremadamente denso en cada punto.

Ahora hay algunas interpretaciones que hago, que son mías y no están respaldadas por nada más que mi razonamiento:

El escenario donde el universo es infinitamente grande e infinitamente denso al principio no parece funcionar, ya que no importa cuánto se haya expandido (una tasa de expansión finita), todavía sería infinitamente denso, como “dividir infinito para cualquiera ( finito) número “aún devolvería infinito.

El escenario en el que el universo era infinitamente grande y simplemente muy denso parece ser razonable, ya que podría expandirse uniformemente y estaríamos viendo lo que vemos actualmente.

El escenario donde el universo es un solo punto todavía tiene la alternativa de tener masa / energía infinita en ese punto, lo que significaría como el primer escenario que cualquier expansión aún mantendría la densidad infinita.

Si se trata de un único punto de energía finita, para nosotros observar lo que hacemos, significa (por lo que puedo entender y puedo imaginar) que el universo tiene una curvatura. Imagine que tiene un globo que es un solo punto y comienza a inflarlo. Nuestro universo en este ejemplo sería los bordes de goma del globo (en este caso un mundo bidimensional) expandiéndose en una tercera dimensión (representando este ejemplo en nuestro mundo, el globo se está expandiendo en 2 dimensiones diferentes, tanto espacial como espacial hora). En nuestro caso, esos bordes serían de 3 dimensiones, expandiéndose en un cuarto (tiempo), o tal vez es un “borde de globo” de 4 dimensiones expandiéndose en un quinto (en el caso, el tiempo también se está expandiendo).

Esos son dos lados del mismo punto.

Si todo se expande lejos de todo lo demás avanzando en el tiempo, entonces si retrocedemos en el tiempo, todo se comprime hacia adentro más cerca de todo lo demás. Lógicamente, el punto de “inicio” eventual para tal expansión es donde el universo converge en un punto.

Creo que la confusión surge de la descripción del punto de partida como una ‘singularidad’ y muchas personas lo traducen como un punto único de materia súper condensada de la que todo ‘explotó’.

Imagine en cambio un Universo que ocupara un área infinitamente pequeña, llamada Singularidad que repentinamente ocupó un área infinitamente grande, y luego continuó expandiéndose.

No tiene que expandirse a ‘algo’.
Ya lo es todo.
Solo se está haciendo más grande.

Por el contrario, están bastante seguros de que todo se está expandiendo de todo lo demás. El único punto es el punto de vista puramente egocéntrico de que lo que podemos ver está necesariamente centrado en nosotros mismos.

Solo soy un humilde programador de bases de datos, no un cosmólogo.
Pero me ayuda a pensar en términos de lentes gravitacionales.

A medida que la luz atraviesa el universo hasta el punto de que finalmente es consumida por nuestro ojo, ha pasado miles de millones de años luz, y probablemente ha sido reflejada por miles de millones de no billones de estrellas, mucho menos galaxias, y esto (en mi humilde opinión, ninguna investigación para respaldarlo) probablemente explica la apariencia de que todo parece estar alejándose de nosotros … Es simplemente una función de lo que percibimos a nuestro alrededor desde nuestra pequeña mancha en el Universo.

La pregunta más importante, por supuesto, es cuánto está distorsionada (si es que existe) y cuál es exactamente la naturaleza del universo en expansión.

http://www.nature.com/nature/jou

La periferia de cada centro se expande hacia afuera cada vez más rápidamente desde cualquier centro que esté en movimiento.

Bueno, por lo que sé, hay un defecto en la pregunta. Todo se está expandiendo de todo lo demás, y no vino de un solo punto. Es difícil de pensar, pero si no hay nada para comenzar, entonces no hay un único punto de referencia y, por lo tanto, todo lo que vemos se aleja de nosotros.