Qual é a forma física e geométrica do universo?

Não estou perguntando sobre bola teórica, sela ou superfície plana, o que é apenas uma metáfora com espaço 2D.

É difícil dizer, pois vemos muito pouco disso e vemos no passado porque a luz viaja por tanto tempo. Mas o que sabemos é que ele está inflando (não explodindo como se poderia imaginar pela nomeação "big bang").

Como seria o universo, se o congelássemos em um momento, é provável que seja uma bola ou bola de rugby, um cone ou uma espécie de forma irregular?

Está cheio de galáxias, poeira, buracos negros ou vive nas bordas de sua forma 3D e a parte central está "vazia"?

Tem um buraco negro gigante ou uma estrela no meio em torno da qual tudo gira?

universe

— Ska
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Essa questão é confusa, porque depende de alguma noção particular de "forma geométrica" que não é esclarecida. A forma geométrica do universo, em qualquer momento do tempo cosmológico, é plana , e isso não é "apenas uma metáfora com espaço 2D". Ou melhor, o pouco que vemos é bastante plano; portanto, se alguma versão do princípio copernicano for assumida, ela será modelada como o espaço

euclidiano padrão . Se não for assumido, não será possível responder a uma forma geométrica em larga escala.

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— Stan Liou

OK, se tiver o formato de "espaço euclidiano padrão 3", que tipo de formato teria?

— Ska

Bem, é de fato plana, o que significa que a geometria euclidiana pode ser usada. Como a luz viaja a uma velocidade finita e o universo não é infinitamente antigo, nossa "bolha" de material observável dentro do universo teria a forma de uma esfera centralizada em nós. No entanto, o centro da esfera mudaria se você decidisse mudar para uma parte diferente do universo. O universo é infinito? Isso não é conhecido, uma vez que não podemos ver além do nosso horizonte de observação.

— Astromax

.. Nem podemos viajar suficientemente longe para testar isso, devo acrescentar.

— Astromax

Possível duplicata de O que há no centro do universo?

— James K

Respostas:

A geometria geral e a topologia do universo foram investigadas pela missão Planck. Alguns resultados são descritos neste documento . Os resultados finais ainda não estão disponíveis.

Um trecho:

Calculamos a probabilidade bayesiana de modelos topológicos específicos em universos com geometrias localmente planas, hiperbólicas e esféricas, as quais não encontraram evidências de uma topologia de múltiplas conexões com um domínio fundamental na última superfície de dispersão. Após a calibração em simulações, pesquisas diretas de círculos correspondentes resultantes da interseção do domínio topológico fundamental com a superfície da última dispersão também fornecem um resultado nulo com alta confiança ... geometrias anisotrópicas e topologias não triviais e podem fornecer conclusões mais definitivas, por exemplo, permitindo estender moderadamente a sensibilidade à topologia em larga escala.

A quantidade de anisotropia do universo será inferida a partir do fundo cósmico de microondas (CMB).

Fundo cósmico de microondas, conforme inferido a partir dos dados de Planck, Crédito da imagem: Agência Espacial Europeia, Planck Collaboration

Crédito de imagem: Agência Espacial Europeia, Colaboração Planck

Imagens mais altas resolvidas do CMB podem ser encontradas aqui

O universo é aproximadamente um espaço-tempo tridimensional com o big bang como uma singularidade. Não possui arestas no espaço 3d ao viajar. Ao olhar para o passado, a fronteira, se você gosta de chamar assim, é o big bang. O big bang nos parece na Terra como estando a uma distância de 13,81 bilhões (13,81e9) de anos-luz em qualquer direção. Ou sendo 13,81 bilhões de anos no passado, pois a luz precisava desse tempo para viajar até nós. Mas não podemos viajar para esse limite, porque o universo se expande mais rapidamente do que nós (ou a luz) podemos viajar. Tivemos que viajar para o passado ou mais rápido que a luz para chegar lá, independentemente da direção espacial.

Não existe um buraco negro no centro do universo, mas o big bang, se você quiser chamá-lo de centro de um espaço-tempo 4-d.

O universo, quando se olha para uma idade fixa de 13,81 bilhões de anos, é preenchido quase homogeneamente com galáxias em grande escala. As galáxias localmente são agrupadas em aglomerados e super aglomerados. Os superaglomerados formam uma rede 3d. Mas não há regiões totalmente nulas. Sempre há algum gás, poeira, plasma ou raios cósmicos, neutrinos, etc.

Se você pudesse parar a expansão do universo em um determinado momento cósmico , se veria em qualquer direção aproximadamente na mesma distância e aproximadamente no mesmo passado. (Essa estrutura é chamada de esfera 3. A superfície de uma bola 4 é um exemplo de esfera 3. Este vídeo do youtube tenta visualizar uma esfera 3 rotativa.)

Devido à rápida expansão do espaço-tempo, a luz não pode viajar rápido o suficiente pelo universo para tornar isso possível. Portanto, podemos, na melhor das hipóteses, olhar para o big bang, independentemente da direção que olharmos. A luz precisa de mais tempo para viajar pelo universo, pois o universo existe após o big bang.

— Gerald
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Ok, para simplificar ao ponto mais baixo que eu possa imaginar. Universo inflado para o tamanho de um sistema solar no final do período inflacionário, em algum lugar entre 10 e 32 segundos. Era mais um disco ou uma forma de bola, ou algo mais?

— Ska

Outra coisa: assemelha-se aproximadamente à superfície tridimensional da esfera quadridimensional, mas não muito simétrica. A forma precisa não é exatamente conhecida, mas provavelmente não é muito distorcida, como um toro, um cubo ou um dodecaedro. Isso ainda está sob investigação; resultados mais precisos são esperados dentro de alguns anos, quando a polarização do CMB será analisada.

— Gerald

"Nem a busca de círculos no céu nem o método de probabilidade encontram evidências de uma topologia com múltiplas conexões" do artigo de Planck, seção 6.1 significa que não é um objeto semelhante ao toro ou mais complexo com buracos.

— Gerald

Explicação dos espaços simplesmente conectados: en.wikipedia.org/wiki/Simply_connected_space .

— Gerald

... deveria ter começado; a versão americana ainda trabalha para mim: youtube.com/embed/6cpTEPT5i0A?list=PL3C690048E1531DC7

— Gerald

Ok, talvez você tenha alguns conceitos errados.

O Universo não tem centro algum. Parece o mesmo do ponto avaery, para onde você olha. É aproximadamente o seguinte:

Filamentos de densidade

Esta imagem representa uma caixa de escala muito grande em nosso universo no tempo atual (não no tempo percebido, com base na luz recebida). Claro, é apenas uma simulação de computador. Cada ponto representa um aglomerado de galáxias.

Então, você precisa imaginar um espaço tridimensional infinito preenchido com estruturas semelhantes a filamentos como esses. E infinito significa que não tem limites; portanto, não tem forma "externa". Não há bola, bola de rugby nem cone lá. Também não forma externa irregular, apenas infinita. Qualquer uma dessas formas tem um limite 2D em um espaço 3D, mas o universo não tem limites.

— Envite
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De onde é essa simulação e onde ela seria uma Via Láctea aproximadamente? A partir desse modelo, ele se parece muito com a forma de cubo, nem infinita, nem neste momento, pelo menos. Talvez possa ser considerado infinito com base na velocidade da inflação: curious.astro.cornell.edu/question.php?number=575 , mas em qualquer dado ponto congelado não é. E, embora do lado de fora não exista espaço-tempo, portanto não há forma , ainda "sabemos" que as galáxias montadas, por maiores que sejam, são montadas em um determinado padrão, formando uma certa "forma".

— Ska

Ser infinito não implica não ter limites (não por si só, pelo menos). @Ska: se você estava procurando a distribuição de galáxias, deveria ter solicitado isso diretamente.

— Stan Liou

A propósito, essa caixa que as pessoas usam para executar simulações é periódica (partículas que saem de um lado aparecem do outro). @Ska O fato de terem escolhido um cubo para representar um pedaço do universo que desejam aprender é irrelevante. Além disso, o fato de o universo ser "infinito" não é algo que alguém possa provar. A expansão do espaço-tempo parece ocorrer em toda parte, mas isso não significa que o universo seja infinito.

— Astromax

@Ska: sua suposição está errada; o espaço não tem e nunca teve um limite em nenhum modelo cosmológico consistente com o que sabemos sobre a gravidade (a ressalva é que nosso conhecimento da gravidade no universo primitivo é completamente incerto). No entanto, havia (e existe) um horizonte que define o limite de uma possível observação, como o astromax disse acima. Mas não há nada fisicamente especial lá; todo ponto no espaço tem seu próprio horizonte.

— Stan Liou

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