¿Las matemáticas que apoyan la expansión del Universo prueban su expansión, o se está auto-cumpliendo?

La expansión del universo parece estar en una sólida base científica. La mayor parte de la evidencia parece ser observación.

Expansión cosmológica es el término que describe el hecho de que los grupos de galaxias no locales en nuestro universo están “volando”. Al trabajar de nuevo, es posible demostrar que la materia y la energía en el universo deben haber comenzado juntas en un estado muy cálido y muy denso.

Durante muchos años, la teoría de la expansión cosmológica desde un estado súper denso se ha descrito como la teoría del Big Bang. Existe una aceptación generalizada, aunque no universal, de la idea de que el universo comenzó desde un punto como la singularidad: un estado de densidad infinita y energía extremadamente alta. El trabajo realizado en la medición del cambio rojo de los espectros de galaxias durante la década de 1920 por varios científicos, incluidos Hubble, De Sitter y Lemaitre, estableció sin lugar a dudas que el universo se está expandiendo. En la década de 1960, la confirmación experimental vino de los ganadores del Premio Nobel Penzias & Wilson, quienes detectaron la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB). Esto fue predicho en la década de 1940.

La radiación CMB, visible en todas las direcciones hacia el borde del universo, se remonta a unos 380,000 años después del Big Bang, cuando el plasma en el universo primitivo se había enfriado hasta el punto en que los protones y los electrones podían combinarse para formar átomos de hidrógeno y luz. Podría ser liberado. El hecho de la expansión desde un estado cálido y denso (la teoría del Big Bang) se había aceptado ampliamente, por lo que hubo un shock considerable cuando el trabajo del equipo SHAPE, confirmado por el equipo BOOMERANG en la Antártida, confirmó el hecho de que la tasa de expansión cosmológica está acelerando Esto tomó por sorpresa a la comunidad científica en 1998 y todavía no hay consenso sobre una explicación.

La fuerza detrás de la aceleración de la expansión cosmológica ha sido llamada “Energía Oscura”. Este es un misterio sin resolver. La verdad está en proceso de ser descubierta.

Hay tres posibilidades para el estado futuro del universo. Uno, el universo podría expandirse para siempre. Este es el llamado escenario abierto. En segundo lugar, la tasa de expansión podría disminuir, pero nunca detenerse, el escenario Flat. Tercero, el universo podría eventualmente volver a colapsar, tal vez hasta un punto como la singularidad nuevamente. Este es el escenario cerrado. En cada uno de estos escenarios, el estado eventual del universo está determinado por la cantidad de masa y energía en él. Si hay suficiente masa, la gravedad finalmente vencerá a la fuerza de expansión. Si no es suficiente, no hay nada que impida que el universo se expanda para siempre, aunque uno esperaría que la expansión se desacelere, no se acelere. Algunas evidencias apuntan hacia la probabilidad del escenario Flat, donde solo hay suficiente masa y energía para contrarrestar la expansión. El hecho de que el universo esté tan afinado ha dejado a muchos científicos perplejos. Pero el escenario Flat no predeciría lo que realmente observamos.

Mi interpretación de la expansión cosmológica proviene de otra teoría, que la materia que cae en un agujero negro se acelera a la velocidad de la luz por la curvatura extrema del espacio-tiempo. Esta es otra forma de decir que la expansión del espacio-tiempo en el horizonte de eventos de un agujero negro es igual a la velocidad de la luz. Creo que esta es la explicación simple y directa del fenómeno recientemente descubierto de acelerar la expansión cosmológica. No hay nada que impida que toda la masa y la energía en el universo se aceleren hasta que el espacio-tiempo mismo se estire a la velocidad de la luz al final del universo. La expansión cosmológica acelerada es evidencia de un universo cerrado.

Hay mucha evidencia de que se está produciendo un nuevo colapso. Las galaxias mismas están unidas gravitacionalmente y giran alrededor de agujeros negros supermasivos, que son como drenajes cósmicos. Nuestra galaxia y la galaxia de Andrómeda y otras de nuestro grupo local de galaxias están en proceso de contraerse juntas. No hay razón para suponer que todos los demás grupos locales no se están contrayendo juntos. Grandes cantidades de galaxias y grupos de galaxias en nuestro vecindario inmediato se están moviendo en el universo hacia “algo” dentro del Supercluster Shapley. Existe una fuerte evidencia de que nuestra galaxia se está moviendo en relación con la radiación cósmica de fondo de microondas. Mientras tanto, el espacio entre los supercúmulos sigue expandiéndose y la expansión se acelera.

¿Cómo se puede ver un nuevo colapso como una expansión? Veamos de dónde viene el CMB. Aunque sabemos que el CMB provino de un pequeño volumen en comparación con el universo actual, sin embargo, la fuente de luz parece provenir del borde mismo del universo observable. De la misma manera, aunque sabemos que el relanzamiento será hacia un volumen pequeño y, en última instancia, probablemente hacia una singularidad puntual, de hecho nos parece que la expansión se está acelerando hacia afuera.

Cuando se trata de física, las matemáticas no prueban nada.

Sin embargo, las predicciones de las matemáticas deben coincidir con la observación. Si no lo hacen, la teoría se falsifica. Si lo hacen, la teoría se valida … pero nunca se prueba. Siempre puede esperar encontrar un contraejemplo que conduzca, como mínimo, a una revisión de la teoría.

Cuando se trata de cosmología, observamos un montón de cosas. El desplazamiento al rojo Doppler de galaxias distantes es solo una de esas observaciones, aunque es la más directa. También está el fondo cósmico de microondas, sus fluctuaciones de temperatura, la distribución estadística a gran escala de la materia, las abundancias relativas de isótopos primordiales, la diferencia en la composición entre galaxias cercanas y distantes (que se ven en un estado cuando aún eran muy jóvenes). ) … La matemática es un intento de construir un marco autoconsistente, con el menor número posible de supuestos, que refleje con precisión esta realidad observada y también haga predicciones comprobables. El llamado modelo de concordancia de la cosmología hace exactamente eso: es coherente con las observaciones existentes y predijo con éxito detalles de precisión sobre las fluctuaciones de temperatura del fondo cósmico de microondas.

En resumen, creemos que el universo se expande porque el mejor modelo matemático, el más parsimonioso en sus supuestos y más exitoso con sus predicciones, ofrece esto como la explicación de lo que observamos. Pero si mañana, a alguien se le ocurre una teoría que tiene menos suposiciones, mejores predicciones y está de acuerdo con los datos conocidos, al menos, así como con el modelo de concordancia, aceptaremos felizmente esa nueva teoría.

Es la observación, no las matemáticas, lo que apoya la expansión del universo.

El Universo observable se caracteriza por expandirse según las observaciones de que la mayoría (pero no todas) las galaxias se alejan unas de otras.

Significativamente, la galaxia “Andrómeda” está en curso de colisión con nuestra propia galaxia “la Vía Láctea”.

El universo COMPLETO puede ser infinito en lo que se deduce que el UNIVERSO en su conjunto no puede expandirse.

Las velocidades relativas más altas en las extremidades del universo observable parecen acercarse a la velocidad de la luz; Una mayor aceleración puede dar como resultado incrementos de velocidad más pequeños sin alcanzar nunca la velocidad de la luz. En otras partes del universo observable, las galaxias retroceden a velocidades relativas variables (no necesariamente en ningún lugar cercano a la velocidad de la luz).

Una teoría popular establece que el espacio entre las galaxias se está expandiendo y que esto permite que las galaxias tengan una velocidad relativa aparente mayor que la velocidad de la luz. Sin embargo, no hay evidencia sustantiva para apoyar esta teoría.

La relatividad general conduce genéricamente a un espacio-tiempo dinámico: debe equilibrar las cosas extremadamente bien para obtener un estado estable para la distancia física entre dos objetos gravitacionalmente no unidos. Entonces, aunque no admite de forma genérica la expansión (eso es a través de la observación), es natural esperar que el universo se expanda o contraiga según la teoría.

Pero no es por eso que creemos que el universo se está expandiendo. Es porque hemos observado esta expansión, a través de la relación distancia / desplazamiento al rojo de las supernovas, a través de la distancia de diámetro angular de la superficie de la última dispersión del Fondo de microondas cósmico, a través de la distancia del diámetro angular a los armónicos de la acústica bariónica en la distribución de galaxias y quásares, a través del retraso de tiempo entre varias imágenes de objetos variables con lentes muy fuertes, y podría continuar.

¿Las matemáticas que apoyan la expansión del Universo prueban su expansión, o se está auto-cumpliendo?

¿Te refieres a las matemáticas que describen el cambio Doppler? (Que solíamos interpretar el desplazamiento rojo)

¿O la relatividad general, a través de la cual interpretamos las observaciones?

¿O las matemáticas solían refutar “alternativas” como la luz cansada? (Que nunca fueron alternativas serias).

No son las matemáticas las que se usan para apoyar la teoría, su observación.

¡Claro que interpretamos esas observaciones, cualquier afirmación no trivial sobre cualquier cosa es interpretación!