¿Cómo sabemos que el universo tiene 13.700 millones de años?

Puede obtener una buena estimación aproximada de manera muy simple, si está dispuesto a conectar un poco de matemática. Una vez más, esta es una respuesta con un poco de matemática, pero nada demasiado complicado.

¡Intenta seguirlo si puedes! ¡No es tan aterrador como parece, lo prometo!

Para empezar, necesita algunas afirmaciones:

  • La relatividad general es un buen modelo del universo a gran escala.
  • Existe una escala de longitud en la que puede modelar el universo como un “fluido perfecto” con densidad uniforme
    • Es decir, puede seguir “alejándose” hasta que las escalas más grandes que podamos concebir (galaxias y cúmulos) sean solo fluctuaciones microscópicas en el fluido
  • Este “fluido” es isotrópico y homogéneo (igual en todas partes y en todas las direcciones)

Por lo que podemos decir, estos supuestos son todos muy, muy buenos supuestos, aunque si se demuestra que alguno de ellos se rompe, ¡obviamente lo que sigue ya no es cierto!

A partir de estas afirmaciones, puede deducir que la única métrica (ver aquí) que es máximamente simétrica es la llamada métrica de Friedmann – Lemaître – Robertson – Walker (FLRW), que toma la forma:

[matemáticas] -c ^ 2 d \ tau ^ 2 = -c ^ 2 dt ^ 2 + a (t) ^ 2 \ left [\ frac {dr ^ 2} {1-kr ^ 2} + r ^ 2d \ theta ^ 2 + r ^ 2 \ sin ^ 2 (\ theta) d \ phi ^ 2 \ right] [/ math]

Donde [math] a (t) [/ math] es el factor de escala cosmológica: es lo que nos dice qué tan grande es el universo, al caracterizar la diferencia entre distancias físicas y distancias de desplazamiento, y [math] k [/ matemática] es una parametrización de la curvatura del espacio .

Notamos que [math] a (t) [/ math] está hecho para ser una función del tiempo, lo que implica que el universo cambia de tamaño (se expande o contrae), la razón de esto es simple: no hay razón para que no ¡ser – estar! Sabemos que no puede ser una función del espacio, porque eso violaría el principio de homogeneidad, pero hasta ahora nada le impide evolucionar en el tiempo.

Nuestro objetivo es descubrir qué es [matemática] a (t) [/ matemática], porque eso puede contarnos sobre la historia, y con suerte el futuro, de nuestro universo.

Agregaré en este punto que podemos seleccionar nuestras unidades de tal manera que, sin pérdida de generalidad [matemáticas] a (\ text {now}) = 1 [/ matemáticas] – ¡esto hace que nuestras matemáticas sean más agradables!


Me saltearé el siguiente paso, ¡porque es desagradable, feo y tomaría una o dos horas escribirlo!

La esencia de esto es la siguiente:

Tenemos dos ecuaciones que afirmamos que deben describir el espacio y el tiempo: la métrica FLRW y las ecuaciones de campo de Einstein . Por lo tanto, sustituimos la métrica FLRW en las ecuaciones de campo de Einstein, y vemos qué restricciones esto nos impone .

Esto implica calcular los símbolos de Christoffel, el Ricci Tensor, que es un desastre.

Por lo tanto, saltamos directamente a la conclusión, que son dos ecuaciones llamadas ecuaciones de Friedmann. El primero de los cuales viene dado por:

[matemáticas] \ left (\ frac {da} {dt} \ right) ^ 2 = a ^ 2 \ left (\ frac {8 \ pi G} {3} \ rho \ right) [/ math]

Donde [math] \ rho [/ math] describe la densidad de energía del universo (he elegido absorber en él la densidad de energía que surge de la curvatura y de la constante cosmológica – otras fuentes incluirán [math] k [/ math] y [math] \ Lambda [/ math] términos explícitamente)

Parece que debería ser muy fácil de resolver, hasta que recuerdes que [matemáticas] \ rho = \ rho (a) [/ matemáticas], es decir, ¡es una función del tamaño del universo!

Es tentador afirmar de inmediato que [matemática] \ rho \ propto a ^ {- 3} [/ matemática], pero este no es realmente el caso, esto solo es cierto para la densidad de la materia. Para la densidad de energía de radiación es [math] \ rho \ propto a ^ {- 4} [/ math].

La relación general es [matemática] \ rho \ propto a ^ {- 3 (1 + w)} [/ matemática] donde [matemática] w [/ matemática] es la ecuación de estado que relaciona la densidad con la presión.

Se da la ecuación de estados para algunos tipos comunes de masa / energía:

  • Materia no relativista (fría), que no interactúa:
    • [matemáticas] w = 0 [/ matemáticas]
  • Radiación (o materia ultrarelativista)
    • [matemáticas] w = \ frac {1} {3} [/ matemáticas]
  • Energía oscura (posiblemente)
    • [matemáticas] w = -1 [/ matemáticas]

Sin embargo, si observamos nuestro universo, sin duda le parece al observador casual observador que nuestro universo está dominado por la materia , la mayor parte de la gravedad en el universo parece provenir de cosas tangibles, no de ningún otro lado.

Por lo tanto, como primera suposición, podemos modelarnos a nosotros mismos como un “universo dominado por la materia”, donde [matemáticas] \ rho \ approx \ rho_ {M} [/ matemáticas]

Volvemos a mirar nuestras ecuaciones y vemos que [math] \ rho_M \ propto a ^ {- 3} [/ math]. Recordamos que [math] a (\ text {now}) = 1 [/ math], lo que significa que [math] \ rho_M (\ text {now}) = \ rho_ {M, 0} [/ math], el densidad de masa actual de nuestro universo.

Por lo tanto, tenemos:

[matemáticas] \ rho \ aprox \ rho_0 a ^ {- 3} [/ matemáticas]

Y:

[matemáticas] \ left (\ frac {da} {dt} \ right) ^ 2 = a ^ 2 \ left (\ frac {8 \ pi G} {3} \ rho \ right) [/ math]

Ahora es simplemente una cuestión de sustituirlos para obtener:

[matemáticas] \ left (\ frac {da} {dt} \ right) ^ 2 = \ frac {1} {a} \ times \ frac {8 \ pi G \ rho_0} {3} [/ math]

Luego:

[matemáticas] \ frac {da} {dt} = \ frac {1} {\ sqrt {a}} \ sqrt {\ frac {8 \ pi G \ rho_0} {3}} [/ matemáticas]

Entonces es simple integrar esto para encontrar el tamaño en el momento [math] t [/ math]:

[matemáticas] \ int_0 ^ {a (t)} \ sqrt {a} da = \ int_0 ^ t \ sqrt {\ frac {8 \ pi G \ rho_0} {3}} dt [/ matemáticas]

(Los observadores con ojos de águila también notarán una suposición adicional que se ha agregado: que [matemáticas] a (0) = 0 [/ matemáticas], lo que significa que en algún momento en el pasado (que llamamos t = 0), el universo estaba en un estado infinitamente denso (o casi como no hace ninguna diferencia a esta aproximación). Entonces estamos encontrando [matemáticas] a [/ matemáticas] en un momento [matemáticas] t [/ matemáticas] después de que el universo existiera en este estado denso caliente – en otras palabras, [math] t [/ math] es el tiempo transcurrido desde el Big Bang (¿en qué momento, pensé que el tiempo era relativo? Buena pregunta: el tiempo medido en el marco comoving describió el FLRW))

Luego calculamos esta integral polinómica simple para obtener:

[matemáticas] \ frac {2} {3} a (t) ^ \ frac {3} {2} = \ sqrt {\ frac {8 \ pi G \ rho_0} {3}} t [/ matemáticas]

Reorganizamos esto para obtener:

[matemáticas] a (t) = \ left (\ frac {3} {2} \ times \ sqrt {\ frac {8 \ pi G \ rho_0} {3}} t \ right) ^ \ frac {2} {3 }[/matemáticas]

Excepto, por supuesto, como hemos usado antes, [math] a (\ text {now}) = 1 [/ math].

Por lo tanto, si establecemos [math] t = t_ {now} [/ math], para garantizar que [math] a (\ text {now}) = 1 [/ math], requerimos:

[matemáticas] t_ {ahora} = \ frac {2} {3 \ sqrt {\ frac {8 \ pi G \ rho_0} {3}}} [/ matemáticas]

¡De simple manipulación algebraica!

En realidad, descubrir el valor de [math] \ rho_0 [/ math] es un asunto complicado, pero no podemos evitar el problema por nada que la expresión para el parámetro Hubble sea:

[matemáticas] H (t) ^ 2 = \ frac {\ dot {a} ^ 2} {a ^ 2} = \ left (\ frac {8 \ pi G} {3} \ rho \ right) [/ math]

Y por lo tanto:

[math] H (\ text {now}) = \ sqrt {\ frac {8 \ pi G \ rho_0} {3}} [/ math] – ¡y podemos medir fácilmente el parámetro actual de Hubble!

[matemáticas] t_ {ahora} = \ frac {2} {3 H_0} [/ matemáticas]

La estimación actual del parámetro Hubble es 70 km / s / MPc (MPc es Mega parsec ), lo que resulta ser [matemática] H_0 \ aprox 2 \ veces 10 ^ {- 18} s ^ {- 1} [/ matemática ]

Por lo tanto:

[matemáticas] t_ {ahora} \ aprox \ frac {1} {3 \ veces 10 ^ {- 18} \ text {s} ^ {- 1}} \ aprox 3.3 \ veces 10 ^ {17} [/ matemáticas] s

Esto a su vez sale como [math] t_ {now} \ aproximadamente 10.56 [/ math] billones de años.

¡Así que ahí vamos! ¡Estimamos que la edad de nuestro universo tiene aproximadamente 10 mil millones de años!


Por supuesto … eso no es 13.8 o 13.72 o lo que sea la estimación actual.

Entonces, ¿por qué nuestra estimación difiere?

La respuesta es bastante simple: calculamos que solo la masa tenía algún efecto en nuestro universo, estábamos en un “universo dominado por la materia”, para facilitar las matemáticas.

Excepto, ya sabes, ¡la luz definitivamente existe! Por lo tanto, nos equivocamos al excluirlo por completo de nuestras ecuaciones … También hay otras cosas a tener en cuenta, sin duda ha oído hablar de la energía oscura , esa es una de las otras cosas que necesitamos (la materia oscura ya se tiene en cuenta en el asunto plazo, sin embargo).

El resultado es que si tiene un universo que contiene una mezcla de materia fría ([matemática] w = 0 [/ matemática]), radiación y materia caliente ([matemática] w = \ frac {1} {3} [/ matemática ]), así como una constante cosmológica [matemáticas] (\ Lambda \ neq 0 [/ matemáticas]), y así sucesivamente, las ecuaciones se vuelven horribles y no lineales.

No hay una manera “agradable” de hacerlo como lo hice allí para el simple universo de la materia. Debe conectarlos a una computadora y dejar que eso haga el trabajo por usted.

En realidad, ¡hice exactamente eso hace unos meses!

Me pidieron que encontrara la ecuación implícita para un universo que era espacialmente plano ([matemática] k = 0 [/ matemática]) y no tenía constante cosmológica ([matemática] \ Lambda = 0 [/ matemática]), pero que tenía un mezcla de radiación y materia en ella. En este ejemplo, la relación de materia a radiación fue controlada por la “relación de infierno” (¡mi profesor tenía un don para lo dramático!), [Matemáticas] I_n = \ frac {\ rho _ {\ gamma, 0}} { \ rho_ {M, 0}} [/ matemáticas]

El resultado de se representa a continuación:

Como puede ver, diferentes proporciones de materia y radiación producen universos de diferentes tamaños en diferentes momentos, por lo tanto, para saber cuántos años tenía su universo en este caso, no solo necesitaría saber [matemáticas] H_0 [/ matemáticas], sino ¡también necesitarías saber [matemáticas] I_n [/ matemáticas]!


Nuestro universo es aún más complejo: (posiblemente) tenemos términos [matemática] k [/ matemática] y [matemática] \ Lambda [/ matemática] que hacen que todo sea aún más asqueroso y horrible, y agregamos aún más parámetros que necesitamos saber acerca de.

Sin embargo, los científicos son inteligentes, y han encontrado docenas de formas independientes de reducir los parámetros de nuestro universo, y luego han puesto todos estos resultados en una versión más grande e inteligente de lo que hicimos allí, y al final El resultado es de alrededor de 13.7 o 13.8 mil millones de años.

Pero nuestra aproximación de primer orden de 10 mil millones de años ciertamente no fue mala, ¡y las matemáticas detrás de esto son mucho más fáciles de manejar!

La edad puede ser solo un número, pero cuando se trata de la edad del universo, es bastante importante. Según la investigación, el universo tiene aproximadamente 13.800 millones de años. ¿Cómo determinaron los científicos cuántas velas poner en el pastel de cumpleaños del universo? Pueden determinar la edad del universo usando dos métodos diferentes: estudiando los objetos más antiguos dentro del universo y midiendo qué tan rápido se está expandiendo.

Límites de edad

El universo no puede ser más joven que los objetos contenidos dentro de él. Al determinar las edades de las estrellas más antiguas, los científicos pueden poner un límite a la edad.

El ciclo de vida de una estrella se basa en su masa. Las estrellas más masivas se queman más rápido que sus hermanos de menor masa. Una estrella 10 veces más masiva que el sol quemará su suministro de combustible en 20 millones de años, mientras que una estrella con la mitad de la masa del sol durará más de 20 mil millones de años. La masa también afecta el brillo, o luminosidad, de una estrella; Las estrellas más masivas son más brillantes. [Relacionado: Las estrellas más brillantes: luminosidad y magnitud]

Las densas colecciones de estrellas conocidas como cúmulos globulares tienen características similares. Los cúmulos globulares más antiguos conocidos tienen estrellas con edades que parecen tener entre 11 y 18 mil millones de años. El amplio rango proviene de problemas para identificar las distancias a los grupos, lo que afecta las estimaciones de brillo y, por lo tanto, de masa. Si el cúmulo está más lejos de lo que los científicos han medido, las estrellas serían más brillantes, por lo tanto, más masivas y, por lo tanto, más jóvenes de lo calculado.

La incertidumbre todavía crea un límite a la edad del universo; debe tener al menos 11 mil millones de años. Puede ser mayor, pero no más joven.

Expansión del universo

El universo en el que vivimos no es plano e inmutable, sino que se expande constantemente. Si se conoce la tasa de expansión, los científicos pueden trabajar hacia atrás para determinar la edad del universo, al igual que los oficiales de policía pueden desentrañar las condiciones iniciales que resultaron en un accidente de tráfico. Por lo tanto, encontrar la tasa de expansión del universo, un número conocido como la constante de Hubble, es clave.

Varios factores determinan el valor de esta constante. El primero es el tipo de materia que domina el universo. Los científicos deben determinar la proporción de materia oscura y regular a la energía oscura. La densidad también juega un papel. Un universo con una baja densidad de materia es más antiguo que uno dominado por la materia.

Para determinar la densidad y la composición del universo, los científicos confían en misiones como la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson de la NASA (WMAP) y la nave espacial Planck de la Agencia Espacial Europea. Al medir la radiación térmica que queda del Big Bang, misiones como estas pueden determinar la densidad, la composición y la tasa de expansión del universo. La radiación sobrante se conoce como el fondo cósmico de microondas, y tanto WMAP como Planck la han mapeado. [INFOGRAFÍA: Fondo cósmico de microondas: Explicación de la reliquia de Big Bang]

En 2012, WMAP estimó que la edad del universo era de 13.772 millones de años, con una incertidumbre de 59 millones de años. En 2013, Planck midió la edad del universo en 13.820 millones de años. Ambos se encuentran dentro del límite inferior de 11 mil millones de años derivados independientemente de los cúmulos globulares, y ambos tienen incertidumbres menores que ese número.

Fuente: Space.com

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Hay dos métodos infalibles (casi) para predecir la edad del universo.

  1. Expansión del universo : Edwin Hubble observó la luz emitida por las galaxias cercanas. Según el efecto Doppler , si una galaxia se aleja de nosotros, la frecuencia de su luz que nos alcanzaría será menor y, por lo tanto, su longitud de onda será mayor. Esto se conoce como desplazamiento al rojo. Esta observación no fue tan sorprendente como su próxima observación. Había esperado encontrar tantas galaxias moviéndose hacia nosotros como alejándose de nosotros. Pero, esta no era su observación. Descubrió que todas las galaxias en todas las direcciones se alejaban de nosotros. y su aceleración era directamente proporcional a su distancia de nosotros , lo que significa que cuanto más lejos estaban, más rápido se movían. La medida de la tasa de expansión se conoce como la constante de Hubble . Estos datos se utilizan para rastrear hasta el origen del universo. Si las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad exponencial, entonces implica que debe haber habido un momento en que todas las galaxias se resumieron en un estado de alta densidad y alta energía, también conocido como singularidad [1] . El momento de expansión espontánea del universo desde este estado se conoce como Big Bang.
  2. CMBR (Radiación de fondo de microondas cósmica) : a principios de la década de 1960, Arno Penzias y Robert Wilson detectaron las sobras, enfriaron la radiación desde el principio de la historia del universo escaneando el cielo con un dispositivo llamado Antena de Cuerno Holmdel. Se argumentó que el universo primitivo debe haber sido muy denso y brillante al rojo vivo. Aún deberíamos poder ver este brillo, porque la luz de partes distantes del universo primitivo todavía estaría en camino de llegar a nosotros. La expansión del universo significa que esta luz habría sido tan roja que ahora sería visible para nosotros como radiación de microondas. La extensión del desplazamiento hacia el rojo se puede usar para predecir la edad del universo.


Un mapa del CMBR creado por el satélite COBE (The Cosmic Background Explorer).


¡La edad del universo se estima en 13.73 ± 0.12 billones de años!

¡Parece bastante fascinante calcular la edad de algo que nació miles de millones de años antes de que naciéramos!

Notas al pie

[1] Singularidad gravitacional – Wikipedia

Hay una serie de medidas diferentes y bastante complicadas que determinan la edad del universo. Las leyes de la termodinámica nos dicen que si el universo fuera realmente infinitamente viejo, entonces todo debería estar a cero casi absoluto y la misma temperatura en todas partes. Como no lo es, sabemos que debe tener una edad mensurable. Los primeros indicios que obtuvimos fueron del descubrimiento de que todo en el universo se está separando, lo que sugiere que originalmente todo estaba en un solo lugar. Los primeros cálculos se basaron en la rapidez con que todo se movía. Al principio eran demasiado bajos, porque pensamos que las galaxias están más juntas de lo que realmente están.

La radiación de fondo cósmica, que queda del big bang (en lugar de provenir de una estrella en particular) se descubrió en 1965. Se descubrió que se está enfriando a cierta velocidad. Así que eso también da una manera de saber cuántos años tiene el universo.

En cuanto al tamaño y el poder del big bang, no está claro que estas preguntas tengan sentido. No sabemos el estado real del universo al comienzo del tiempo y el espacio. Lo que sucedió probablemente no fue lo que pensamos como una explosión convencional.

Puede leer más sobre cómo se calcula la edad del universo aquí. Pero todavía es preciso hasta varios millones de años: la edad del universo

Cuando hablamos de la edad del universo, generalmente nos referimos a la edad del universo observable . Todas nuestras observaciones ocurren desde la Tierra o sus alrededores.

En la imagen de arriba, imagina que la Tierra es el círculo en el centro. Miramos hacia afuera y lo más lejos que podemos ver es un radio (d) que iguala la edad del universo (a) multiplicado por la velocidad de la luz (v). Entonces, si vemos algo a 13.8 mil millones de años luz de distancia, el universo debe tener al menos 13.8 mil millones de años.

Lo que complica esto es que creemos que el universo no es un objeto estático. Se esta expandiendo. La teoría del Big Bang nos dice que el universo comenzó como un objeto extremadamente denso y compacto y se ha expandido hacia afuera, desde el Big Bang. También se está enfriando.

Los primeros intentos de determinar la edad del universo se centraron en el desplazamiento al rojo.

Redshift

El efecto Doppler nos dice que si un objeto se mueve hacia nosotros, las ondas que emite se comprimen y si se aleja de nosotros, las ondas se alargan. Puede notar esto cuando un automóvil policial o una ambulancia lo pasan, que la sirena suena diferente cuando el vehículo se acerca a usted que cuando se aleja. Lo mismo sucede con el color.

El espectro de luz visible se ve así:


Entonces, si un objeto se acerca, la luz que está emitiendo se desplazará ligeramente en la dirección del azul. Si el objeto se aleja, se desplazará ligeramente en dirección al rojo.

Si comenzamos con la premisa de que ocurrió el Big Bang: que el universo, al principio, era infinitamente pequeño y se ha expandido desde entonces, podemos imaginar que las galaxias se están alejando unas de otras. La elección de palabras aquí puede ser un poco delicada. No es necesariamente tanto que las galaxias estén siendo expulsadas, pero el espacio se está expandiendo, entre esas galaxias, por lo que se están separando más.

Eso significa que si miramos una galaxia muy lejana, debería aparecer más roja de lo que cabría esperar. Podemos analizar los componentes de una galaxia y, en función de su tamaño, masa, temperatura y actividad, determinar de qué color debería ser naturalmente. La diferencia entre el color que debería ser y el color que nos parece se llama desplazamiento al rojo. Si entendemos correctamente qué tan rápido se expande el espacio, podemos derivar la distancia entre los dos objetos. Esa tasa de expansión se llama la Constante de Hubble (H0) . H0 = v / d donde v es la velocidad radial de la galaxia que estamos observando yd es la distancia desde la Tierra.

Si determinamos la distancia a esa galaxia lejana (d) y sabemos que la velocidad de la luz (c) es constante, entonces sabemos cuánto tiempo tardó esa luz en alcanzarnos. El universo no puede ser más joven que esa cantidad de tiempo. Entonces, en base a nuestra comprensión actual de la constante de Hubble y las galaxias más lejanas que hemos podido observar, sabemos que el universo tiene que tener al menos 13.800 millones de años para que podamos mirar esas galaxias.

Radiación de fondo cósmico de microondas

Más recientemente, las observaciones se han centrado en la radiación de fondo cósmico de microondas. Los cosmólogos que modelan el Big Bang creen que durante los primeros ~ 370,000 años después del Big Bang, el universo era demasiado denso para que se emitieran fotones. Pero alrededor de 370,000 años, se había expandido lo suficiente como para emitir fotones que describían el estado del universo en ese momento a través de un patrón de ondulación muy específico, a partir de la combinación de electrones y protones combinados para producir el primer hidrógeno. Esta radiación también se ha desplazado al rojo.

Mientras mapean esta radiación de fondo cósmica, los observadores han detectado variaciones llamadas anisotropías. Estas variaciones se esperan debido a la expansión del universo; de hecho, el estudio de las anisotropías puede revelar cuánto se ha expandido el universo y, por lo tanto, decirnos qué edad tiene el universo observable.

Durante la última década, los datos de WMAP y ahora Planck (dos observatorios en el espacio) nos han dado un mapa muy detallado que nos dice, si entendemos la física correctamente, que el universo tiene unos 13.800 millones de años.

Aproximadamente 14.5 billones de años. Se puede deducir observando la tasa de expansión del universo que nos rodea (todas las demás galaxias se desplazan hacia el rojo, lo que significa que todo se aleja de nosotros, de forma similar a cómo una sirena de emergencia se hace más aguda a medida que se acerca hacia ti y baja lanzado a medida que se aleja), y mirando el fondo cósmico de microondas.

Universe in a Nutshell de Stephen Hawking tiene imágenes útiles, pero puedo darte una idea de lo que creemos que sucedió. En algún momento, toda la energía en nuestro universo llegó a existir, formando lo que conocemos como espacio-tiempo. Después de un tiempo, la expansión de la energía se detuvo y parte de la energía se unió a la materia (sopa de quarks y gluones, que emitió muchos fotones, pero quedó atrapada por el perímetro exterior de quarks y gluones), pero el espacio-tiempo siguió expandiéndose hacia afuera . Después de aproximadamente 300,000 años después del “Big Bang”, la sopa se condensó aún más, liberando los fotones atrapados.

En 1965, un telescopio de microondas realmente sensible en NJ estaba recogiendo estática, y los operadores no podían entender qué era. Finalmente, descubrieron que no fue un error. Estaba en todas partes. Este “silbido” de microondas resultó ser radiación de fondo de la liberación inicial de fotones de la sopa de quark-gluon. Parece provenir de todos los puntos en el espacio, a 14.5 mil millones de años luz de distancia, o ocurrió hace 14.5 mil millones de años.

Lea / mire Cosmos y cualquier otro libro y programa sobre este tema, es importante escuchar la cuenta tal como la conocemos de físicos reales que hacen esto para ganarse la vida.

Comencemos con las afirmaciones de Jack Fraser que le parecieron tan buenas:

Para empezar, necesita algunas afirmaciones:

  • La relatividad general es un buen modelo del universo a gran escala.
  • Existe una escala de longitud en la que puede modelar el universo como un “fluido perfecto” con densidad uniforme
  • Es decir, puede seguir “alejándose” hasta que las escalas más grandes que podamos concebir (galaxias y cúmulos) sean solo fluctuaciones microscópicas en el fluido
  • Este “fluido” es isotrópico y homogéneo (igual en todas partes y en todas las direcciones)
  • Por lo que podemos decir, estos supuestos son todos muy, muy buenos supuestos, aunque si se demuestra que alguno de ellos se rompe, ¡obviamente lo que sigue ya no es cierto!

    Déjame pinchar un agujero en esta burbuja … 🙂

    A continuación se muestra la distribución de densidad de galaxias directamente desde el conjunto de datos SDSS BOSS … 🙂

    Ya puede ver el anillo (huella de oscilación acústica esférica) en el mapa de densidad de galaxias. Eso indica que durante los primeros 3012 años de la vida del Universo, las oscilaciones sembraron las galaxias que vemos en estos días.

    Cortando el globo

    Al cortar el globo perpendicularmente a su espacio angular (en coordenadas celestes los ángulos son nombres de declinación y ascensión recta), puede ver los perfiles de galaxias que indican ni un solo Big Bang ardiente. En cambio, esta evidencia astronómica indica que el Universo comenzó como un Blackholium Frío (Kelvin Cero) (Concha Delgada del Agujero Negro Hiperesférico).

    Entonces, estas son las increíbles imágenes que muestran que:

    • La relatividad general, siendo una teoría 4D del espacio-tiempo, no es un buen modelo para el universo
    • No hay una escala de longitud donde el universo sea uniforme y homogéneo. Observe que la escala es del tamaño del Universo visible (el pico está en 0.3 R_0).
    • No hay fluido que sea homogéneo. Los datos son inconsistentes con un Fiery Big Bang y ciertamente inconsistentes con un 4D Spacetime y ciertamente inconsistentes con un colapso masivo 3D y singularidad.

    No hay nada que tenga sentido en la vista actual.

    Respuesta a la pregunta

    HU propone que el Universo es la hiperesuperficie de una hiperesfera en expansión de velocidad de la luz … Esto es más fácil de entender si simplemente olvida la parte hiper y piensa que estamos en la superficie de una esfera en expansión de velocidad de la luz.

    Si miras hacia atrás en el tiempo, verás el pasado así:

    De la trigonometría simple (ley de los senos) se puede derivar la ecuación para d (z) o la distancia entre épocas para un desplazamiento al rojo z dado. Aquí estás en la posición A, mirando una galaxia ubicada en la posición C cuando el Universo tenía 8 mil millones de años.

    Entonces, si haces esas mismas mediciones para todas las Supernovas tipo 1A (las Supernovas son explosiones poderosas que se usan para mapear las distancias en el Universo). SN1a se utilizan para FIT L-CDM (Lambda Cold Dark Matter) teoría d (z). Tenga en cuenta que esto es un accesorio. Es importante enfatizar el FITTING porque es de este FITTING de donde proviene toda la física no probada y no demostrable de Dark Matter y Dark Energy. L-CDM utiliza la siguiente función de Hubble H_0

    HU deriva d (z) directamente de la figura anterior. Puedes ver en el segmento AC, frentes de onda. La proyección de esos frentes de onda en el hiperplano local depende del ángulo de observación Beta y Alfa. A medida que la beta cambia, la longitud de onda ‘observada’ cambia (por lo tanto, el desplazamiento al rojo).

    HU d (z) se presenta a continuación:

    Tiene solo un parámetro [math] R_0 [/ math].

    El modelo simple de la velocidad de las estrellas en función de la distancia se puede hacer directamente desde la imagen de la sección transversal de arriba:

    [matemáticas] d = \ alpha * R [/ matemáticas]

    [matemáticas] velocidad = \ frac {dd} {dt} = \ alpha * \ frac {dR} {dt} [/ matemáticas]

    pero [matemáticas] \ frac {dR} {dt} = c [/ matemáticas]

    entonces

    [matemática] velocidad = \ alpha * c = \ frac {d} {R_0} c = H_0 * d [/ matemática]

    entonces [matemáticas] H_0 = \ frac {c} {R_0} [/ matemáticas]

    Al medir [matemáticas] H_0 [/ matemáticas] a partir de la observación de distancias y velocidades de estrellas cercanas a nosotros, se puede estimar [matemáticas] H_0 [/ matemáticas]. A partir de eso se puede calcular [matemáticas] R_0. R_0 [/ math] es la Era del Universo multiplicada por la velocidad de la luz (esto es válido en HU pero no válido en el L-CDM sin sentido) … 🙂

    En resumen

    Para aprender sobre la Era del Universo, uno tiene que medir la constante de Hubble [matemática] H_0 [/ matemática] relacionando distancias versus velocidades. [matemática] H_0 [/ matemática] es igual a [matemática] c / R_0 [/ matemática] en HU.

    Otras teorías (las que viven en un 4D Spacetime) podrían simular las mismas ecuaciones que presenté aquí … Dicho esto, esos son argumentos falsos en un 4D Spacetime … ejercicios de disonancia cognitiva.

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    Como no creo en BS, aquí están mis scripts de Python y toda la información que necesita para reproducir el mapa del Universo y ver las secciones transversales con sus propios ojos … 🙂

    Los scripts de Python utilizados en este cálculo se encuentran en este repositorio de github:

    ny2292000 / TheHypergeometricalUniverse

    A continuación se muestra el video para ayudarlo a configurar el entorno de Python correcto y descargar los conjuntos de datos directamente desde SDSS y Supernovae SN1a Union 2.1, necesarios para probar HU d (z).

    No lo hicimos, de verdad. No sabemos cuántos años tiene el Universo, o si es eterno. Creemos que el Big Bang ocurrió hace 13.798 ± 0.037 mil millones de años. No tenemos idea de por qué ocurrió el Big Bang, o si hubo tiempo antes. El tiempo tal como lo conocemos, como en el espacio-tiempo, surgió del Big Bang.

    La estimación actual del tiempo desde el Big Bang se basa en observaciones cuidadosas de la CMB (radiación de fondo cósmico de microondas) que se formó como la fase súper energética inicial de una inflación muy rápida que llegó a su fin 380,000 años después del Big Bang, y las cosas se enfriaron suficiente para que los fotones puedan comenzar a viajar, produciendo el CMB o la última superficie de dispersión. Desarrollamos un modelo a partir de esas observaciones que sugieren cómo la inflación se desaceleró, luego comenzaron a acelerar nuevamente cuando la fuerza de la energía oscura del espacio vacío comenzó a separar las cosas. La estimación del tiempo para el Big Bang se relaciona con la estimación de cuándo las cosas, moviéndose en la forma prevista por ese modelo, habrían convergido en un solo punto. Esa estimación parece seguir bien la cantidad de desplazamiento al rojo de la radiación inicial proveniente del CMB.

    ¿Podríamos estar equivocados? Puedes apostar que podríamos. Hay cosmólogos por ahí con ideas en competencia. Esto es justo lo que la mayoría de los cosmólogos aceptan hoy como nuestro mejor modelo.

    Si el Universo se expandiera a un ritmo constante con el tiempo, la edad del Universo es inversamente proporcional a la constante de Hubble. Por lo tanto, todo lo que tiene que hacer es determinar la tasa de expansión del Universo y verificar que ha sido constante en el tiempo, lo que puede hacer midiendo la tasa de expansión mucho antes en el Universo. Aquí yace un problema, porque no sabemos que ha sido constante, y de hecho sospechamos que se ha acelerado.

    Lo que generalmente se hace es multiplicar este “tiempo de Hubble” por un factor de corrección que se evalúa utilizando modelos basados ​​en varios supuestos teóricos. Estos dan edades ligeramente más cortas, pero simplemente no sabemos cuán precisos son los supuestos. La medición del fondo cósmico de microondas proporciona una estimación independiente, aunque también implica suposiciones, incluida la temperatura inicial y CUANDO se desacopla del resto del Universo. En resumen, realmente NO SABEMOS exactamente cuántos años tiene, pero tenemos una muy buena idea de que tiene aproximadamente 13.700 millones de años. Los argumentos relacionados con otros supuestos simplemente hacen diferencias modestas.

    Es una propiedad derivada del universo, suponiendo que el modelo de cosmología que utilizamos para predecir la evolución de las escalas más grandes es preciso hasta el comienzo del universo. Déjame darte un bosquejo de cómo funciona esto.

    El universo se expande

    La distancia entre dos puntos separados por escalas de orden 100 megaparsecs ([matemática] 10 ^ 8 [/ matemática] años luz) hoy en día ha aumentado constantemente. Para dos objetos separados por una distancia [matemática] \ Delta x [/ matemática] hoy, en el pasado estaban separados por una distancia [matemática] a (t) \ Delta x [/ matemática] en el pasado (el factor de escala [ matemática] a (t) <1 [/ matemática] para tiempos anteriores a hoy, y es igual a uno hoy). Restringimos el factor de escala en función del tiempo usando dos métodos: mediciones de su derivada, que es la tasa de Hubble [matemáticas] H (t) [/ matemáticas], que es igual a la constante de Hubble hoy, así como medidas de distancia como la distancia de luminosidad a las supernovas y otras velas estándar. Estas mediciones directas apoyan la hipótesis del universo en expansión.

    El fondo cósmico de microondas

    Lo anterior es suficiente para escribir el paradigma de la teoría, pero en realidad no es muy restrictivo: las mediciones son realmente difíciles, y para grandes porciones de la evolución del universo todo es oscuro e imposible de ver, por lo que estas mediciones no pueden hacerse. Pero una vez que se establece el paradigma, las mediciones de las anisotropías del fondo cósmico de microondas (CMB) crean restricciones exquisitamente precisas sobre la naturaleza de las cosas en el universo. Por la anisotropía CMB, sabemos que el universo está compuesto de materia (regular y oscura), radiación (fotones y neutrinos) y energía oscura (generalmente considerada como una constante cosmológica). También sabemos las proporciones relativas de cada uno hoy, y en el paradigma de un universo en expansión sabemos cómo evolucionan esas proporciones con gran detalle.

    Simulando el universo

    Si el universo se ha expandido, si gira el reloj hacia atrás, se está reduciendo. En un momento [matemáticas] a (t) = 0 [/ matemáticas], y eso es lo que llamamos el big bang. Como sabemos de qué está compuesto el universo y sabemos cómo interactúan estos componentes (se requiere mucho trabajo en esto, ¡pero se ha hecho!), Podemos simularlo (estadísticamente). Entonces, comenzamos en [math] t = 0 [/ math] y evolucionamos hacia adelante hasta que coincida con lo que vemos hoy. Cuando hacemos eso, descubrimos que lleva aproximadamente 13,6 mil millones de años, con algún error de la imprecisión de nuestras mediciones de cómo se ve el universo, para el universo simulado (más precisamente, la señal de anisotropía CMB simulada, y algunas veces incluye otras cosas medidas similares del pico de Oscilación Acústica de Baryon (BAO) en la distribución de materia y mediciones de distancia de supernovas) para que coincidan estadísticamente con el observado.

    En primer lugar, los años luz no son un período de tiempo, son la distancia que recorre la luz en un solo año terrestre.

    El método por el cual llegamos a la conclusión de que el universo tiene alrededor de 14 mil millones de años es gracias a un fenómeno conocido como radiación de fondo cósmico de microondas (CMBR). En la década de 1970, dos astrónomos descubrieron esto accidentalmente al dejar su observatorio apuntando al cielo y, al observar los resultados, notaron que el observatorio había detectado grandes cantidades de radiación de microondas.
    Las microondas están en el extremo de longitud de onda más larga del espectro EM, más largo que la luz visible y el IR pero más corto que las ondas de radio.
    En el Big Bang, al comienzo del universo, la radiación de alta energía, desde el extremo más corto de la longitud de onda del espectro, se lanzó por todo el lugar, en forma de Gamma. Como resultado del efecto Doppler, estas ondas se desplazan hacia el rojo con el tiempo. Los científicos calcularon que los rayos Gamma tardarían alrededor de 14 minutos en cambiar a las microondas que observamos hoy en el cielo nocturno, lo que determina la edad del universo.

    Nosotros no Todo lo que sabemos por las observaciones actuales es que el universo es al menos tan viejo. Esta edad puede estimarse razonablemente en base a las observaciones más distantes y lo que sabemos hasta ahora sobre la tasa de expansión.

    SIN EMBARGO, a medida que hay mejores instrumentos disponibles, vemos objetos que están más lejos de nosotros que los observados anteriormente. Por lo tanto, a medida que se desarrollan tales instrumentos y vemos nuevos objetos, la edad en el universo se revisa en consecuencia, y siempre hacia ARRIBA.

    Y recientemente, algunas investigaciones han sugerido que el universo puede ser eterno, infinito e “inmortal”. Ver esto: Big Bang, desinflado? El universo puede no haber tenido principio

    Cosas embriagadoras, eso.

    La línea central de argumentación, que se ve reforzada por muchos tipos diferentes de evidencia, es que con nuestra teoría de la gravedad preferida y probada, a saber, la Relatividad general de Einstein, es casi imposible llegar a una teoría de la cosmología que no es o un Big Bang con una singularidad en el pasado reciente (en comparación con la edad de la tierra) o un Big Crunch, o ambos. Y efectivamente, si miramos, vemos un universo en expansión consistente con un Big Bang. El resto es solo reunir los mejores números para los diversos parámetros relevantes para poder hacer una buena extrapolación al revés.

    La belleza de esto desde el punto de vista de estimar la edad del universo (o al menos el universo tal como lo conocemos) es que, debido a que el universo era más caliente en el pasado, las cosas sucedieron más rápido, literalmente exponencialmente más rápido en términos de tiempo desde la singularidad nocional. Volviendo al punto donde el universo tenía una temperatura de un billón de grados Kelvin (aproximadamente doce órdenes de magnitud desde donde estamos, con una temperatura típica de 3 grados Kelvin), todo es física probada en laboratorio. Hay muchos órdenes de magnitud de temperatura / densidad más allá de los cuales nuestro conocimiento se vuelve rápidamente más incompleto, pero mientras continúe el marco básico de expansión exponencial, solo hay un orden de 10 ^ -11 s (diez billonésimas de segundo) sin contabilizar.

    Se sigue del modelo cosmológico inflacionario del big bang y de los datos WMAP de la radiación de fondo, entre otras observaciones. 13.700 millones de años dentro del 1%, creo que sale como. No necesitas ver todo el Universo para encontrar su edad, como en el caso de un árbol, un núcleo lo hará.

    Mira aquí:
    http://map.gsfc.nasa.gov/univers

    En realidad, puede calcular una estimación de la edad del Universo a partir de la Ley de Hubble.
    La distancia entre dos galaxias es -> D.
    La velocidad aparente con la que se están separando es -> v.
    En algún momento, las galaxias se estaban tocando, y podemos considerar ese momento como el momento del Big Bang.
    Si tomas la separación entre las dos galaxias (D) y la divides entre la velocidad aparente (v), eso te dejará con cuánto tiempo les tomó a las galaxias alcanzar su separación actual.
    La analogía estándar aquí es considerar que ahora estás a 300 millas de tu casa. Manejaste 60 mph todo el tiempo, entonces, ¿cuánto tiempo te llevó llegar aquí? Bueno, 300 millas / 60 mph = 5 horas.

    • Entonces, el tiempo que les tomó a las galaxias alcanzar sus separaciones actuales es t = D / v.
    • Pero de la Ley de Hubble, sabemos que v = Ho x D.
    • Entonces, t = D / v = D / (Ho x D) = 1 / Ho.
      Por lo tanto, puede tomar 1 / H0 como una estimación de la edad del Universo.
    • La mejor estimación para Ho = 73 km / s / Mpc. Para convertir esto en una edad, tendremos que hacer una conversión de unidades.
    • Desde 1 Mpc = 3.08 x 1019 km,

      Ho = (73 km / s / Mpc) x (1 Mpc / 3.08 x 1019 km) = 2.37 x 10-18 1 / s.

    • Entonces, la edad del Universo es t = 1 / Ho = 1 / 2.37 x 10-18 1 / s = 4.22 x 1017 s = 13.4 mil millones de años.

    Fuente: La Era del Universo

    Todos saben cómo lo decimos. Lo decimos usando nuestras bocas. Pero en realidad no es cierto. Es solo la edad del universo observable. Y el universo no es algo que tenga un comienzo, fin o edad. Eso es porque sin las estrellas, los planetas, etc., el universo es solo un espacio vacío. Y no necesitas nada para crear un espacio vacío. No puedes crear más espacio vacío ni destruirlo. Por lo tanto, no puedes crear el universo ni destruirlo. Todo en el universo existe en este espacio (vacío). Por eso todo tiene un límite. El espacio en sí no tiene un límite.

    El universo observable tiene un límite. Más allá de ese límite, no podemos ver nada. Es una esfera de diámetro 93 mil millones de años luz. Cuando hablamos de universo, generalmente nos referimos a universo observable.

    El modelo Big Bang, simplemente afirmando que el Universo obedece a la Relatividad General y se está expandiendo hoy, hace algunas predicciones muy grandes. En base a eso, la mejor información disponible indica que la edad del universo es de 13.700 millones de años.

    El primer método consiste en medir las velocidades y distancias de las galaxias. Debido a que todas las galaxias en el universo generalmente se están separando, inferimos que todas deben haber estado mucho más juntas en algún momento del pasado. Conocer las velocidades y distancias actuales a las galaxias, junto con la velocidad a la que el universo se está acelerando, nos permite calcular cuánto tiempo les llevó llegar a sus ubicaciones actuales. La respuesta es de unos 14 mil millones de años.

    El segundo método consiste en medir las edades de los cúmulos estelares más antiguos. Los cúmulos de estrellas globulares que orbitan nuestra Vía Láctea son los objetos más antiguos que hemos encontrado y un análisis detallado de las estrellas que contienen nos dice que se formaron hace unos 13 mil millones de años.

    Los cálculos se basan en la tasa de expansión, como lo muestran los cambios al rojo. Y en la distancia de los objetos que se observan.

    A mediados del siglo XX, hubo problemas porque la estimación salió como 2 mil millones y la Tierra era más antigua que eso, por datación radiactiva. Pero luego se descubrió que la distancia de la galaxia de Andrómeda se había subestimado.

    Si desea detalles, en un lenguaje ordinario, un buen libro sobre el tema es In Search of the Big Bang de John Gribbin. Escrito en 1987, por lo que no incluirá Dark Energy, pero lo básico sigue siendo el mismo.

    El “tiempo cósmico” es utilizado por los científicos para los cálculos cosmológicos. Técnicamente se define como el tiempo medido por relojes que se mueven conjuntamente con el flujo del Hubble.

    Más mundanamente, la explicación dada por Peter Nierop es básicamente correcta. Simplemente hacemos retroceder la expansión observada del universo hasta que todos los puntos del universo observable hubieran estado juntos. Obviamente, esto no es sencillo en absoluto, ya que debemos tener en cuenta muchos factores, como la fuerza de la gravitación que se opone a la expansión y muchas otras cosas.

    Luego expresamos los resultados en la unidad familiar de años terrestres para mayor comodidad y fácil comprensión por parte de los no científicos.

    Es una medida. Todas las galaxias están retrocediendo entre sí a una velocidad directamente proporcional a su distancia entre sí. Si retrocede el reloj, por lo tanto, todos llegarán a un solo punto al mismo tiempo. Ese tiempo es hace 13.8 mil millones de años. A menos que alguien se las haya arreglado para actuar en cada galaxia a través del universo visible de una manera consistente (un truco inteligente, por decirlo suavemente), no hay otra conclusión plausible de las observaciones.

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