¿Se está contrayendo el universo por la gravedad?

Como otros han comentado, el universo se está expandiendo. Sin embargo, todavía sería correcto preguntar si existe una fuerza de contratación debido a la gravedad.

En este sentido, puedes pensar que la gravedad es lo que está uniendo las cosas, y la energía oscura es lo que está separando las cosas. Ahora aquí está el único problema con este punto de vista, en la relatividad general, la gravedad no es una fuerza en absoluto. La gravedad es una métrica para la curvatura del espacio. En la física newtoniana, la gravedad es una fuerza, pero no hay un concepto de expansión o contracción del espacio.

Entonces, ¿cómo queremos hacer frente a esto? ¿La vista newtoniana o la vista de la relatividad general? Probemos primero la vista newtoniana, porque es más fácil de entender.

Vista newtoniana

Imagina que tengo un tablero de ajedrez y en cada casilla pongo un imán. Y solo imagina que todos los imanes son atractivos. Ahora, si miro un imán en el centro del tablero, se está tirando en todas las direcciones por la misma cantidad. Está siendo tirado por un imán a la derecha, un imán a la izquierda, un imán a la derecha. En esencia, todas las fuerzas anulan que el imán no se moverá. Sin embargo, si miro un imán cerca del borde, será empujado hacia adentro hacia el centro del tablero. De hecho, todos los imanes se van a tirar hacia el centro. Ahí tenemos un colapso espacial newtoniano, de un universo finito.

A continuación, puedo preguntar qué pasaría si tuviera una tabla infinita. En esencia, cada pieza está en el centro, así que cuando voy a cada pieza y pregunto si se mueve, diría que no. Así que parece que tenemos un equilibrio perfectamente estable. Sin embargo, esta es una forma defectuosa de verlo. En realidad no queremos mirar el infinito, queremos mirar un límite. La forma en que llegaría al infinito sería a un cuadrado adicional de piezas a la vez. Cada vez que agregué otra casilla aún tendría un centro, por lo que todavía tendría un colapso. En consecuencia, el límite al ir al infinito para este sistema es el colapso de todas las piezas. Por lo tanto, un universo newtoniano lleno de masas que no se mueven en relación con una y con otra siempre colapsará. Sin embargo, como ya no tenemos un centro del sistema para un universo infinito, debemos llamarlo colapso espacial.

Ahora también podemos preguntar, ¿qué pasa si empezamos con piezas que se alejan unas de otras? Por ejemplo, una red en expansión. Si la rejilla se está expandiendo lo suficientemente rápido, la fuerza será insuficiente para detener el movimiento de las piezas, por lo que la rejilla se expandirá para siempre. Si la cuadrícula se expande más lentamente, eventualmente, cada pieza se detendrá y se volverá a jalar. El mismo comportamiento funciona cuando extrapolamos al infinito, por lo que aquí tenemos universos newtonianos en expansión y en colapso respectivamente.

Lo que en realidad parece que tenemos es el universo acelerado. En mi analogía hasta ahora, he asumido una cuadrícula uniforme en expansión como mi modelo para extrapolar al infinito. Imagínate si mi rejilla no fuera uniforme. Imagínese si mi cuadrícula comenzó con una cuadrícula de 9 × 9. La rejilla interior de 3 × 3 es libre de moverse. Todas las piezas en el exterior están siendo retiradas del centro por cuerdas a una velocidad acelerada. Mi cuadrícula interior ahora está haciendo expansiones aceleradas desde el tirón de las partes externas de la cuadrícula. Cuando amplío mi cuadrícula, sigo aumentando las filas exteriores y las filas interiores. Finalmente, cuando alcanzo el infinito, ahora solo me queda una rejilla interior de aceleración infinita con una fila exterior que se acaba de convertir en una constante, en realidad nunca observo la causa porque está infinitamente lejos. Así que ahora tengo un universo infinito acelerador de la física newtoniana.

Vista de relatividad general

No intentaré describir la relatividad aquí. Más bien solo comentaré algunas diferencias. Para la vista newtoniana, todo tenía una causa distinta para cualquier cuadrícula de tamaño finito. La causa de la energía oscura fue un tirón en las filas exteriores. Tenías un centro claro hasta que tenías una cuadrícula infinita, etc.

Para la relatividad general, el espacio-tiempo puede envolverse alrededor de sí mismo. Los objetos similares están alineados a lo largo de un círculo y solo se les permite viajar alrededor del círculo. Entonces, puedes tener los mismos efectos con un universo finito en la Relatividad General que tienes en una infinidad de física newtoniana. Así que nuestra expansión neta y el colapso del espacio realmente se convierten en constantes de integración sin una causa clara. Solía ​​haber una suposición de que el efecto de expansión / contracción total tenía que ser enteramente debido a la gravedad. Los físicos de partículas querrían un modelo ahora en el que exista algún tipo de partícula de energía oscura con gravedad inversa, por lo que aún podríamos explicar la contracción total de la expansión. Pero hablando estrictamente, lo que hemos aprendido es que no tiene que ser así. En lo que respecta a la relatividad general, independientemente de la densidad de la materia, medimos los cuatro tipos de universos posibles:

Colapso, estado estacionario, expansión y aceleración.

Entonces, aunque la gravedad es, sin duda, un factor contribuyente, no parece ser el factor más significativo.

Como otros han escrito aquí, el universo se está expandiendo actualmente, y la tasa de expansión está aumentando. Esta tasa creciente ha estado ocurriendo durante unos 6 mil millones de años, y no hay ninguna expectativa de que alguna vez se detenga y retroceda en un futuro lejano.

Si consideramos solo lo que sabemos sobre materia ordinaria y materia oscura, definitivamente no hay suficiente densidad de masa total en el universo para producir un colapso gravitacional contra la expansión actual.

Décadas atrás, en ausencia de conocimiento de la densidad de masa del universo y de la creciente tasa de expansión, se asumió que la gravedad estaba reduciendo la velocidad de expansión, y que dejaba abierta la posibilidad de que el universo pudiera colapsar gravitacionalmente algún día. Eso ahora parece sumamente improbable. Sin embargo, todavía hay mucho impreso y en Internet desde entonces que podría darle la idea de que esto todavía se está tomando en serio.

El universo se está expandiendo, no contrayéndose.

Si solo hubiera materia / energía normal en el universo (sin energía oscura, vea a continuación), entonces, dependiendo de cuánto haya, el universo tampoco

1) Continuar expandiéndose para siempre a una tasa de reducción lenta, pero nunca alcanzando un tamaño máximo

2) Continuar expandiéndose para siempre, pero acercándose a un tamaño máximo.

3) Colapsa de nuevo sobre sí mismo como sugieres.


Sin embargo, desde 1998 hemos sabido que la expansión del universo está aumentando, no disminuyendo. Le atribuimos esto a la “energía oscura” (no sabemos qué es, pero es un nombre genial). Tampoco podemos ver nada lo suficientemente cerca como para hacer que se contraiga, por lo que probablemente el universo nunca lo hará, ¡y la expansión ni siquiera se está desacelerando!

Primero, el Universo se está expandiendo actualmente. También se afirma que la tasa actual de expansión está aumentando debido a la energía oscura, sin embargo, en mi opinión, el jurado aún está deliberando al respecto, debido a que las afirmaciones originales se hicieron con una selección de datos bastante pequeña, y ahora sabemos La supernova 1A no es exactamente la vela estándar que pensamos. Básicamente necesitamos muchos más datos en grandes turnos rojos para estar seguros. Si el escenario de la energía oscura se resiente, la respuesta es, definitivamente no, y nunca lo será.

Sin energía oscura, la respuesta es, actualmente, no, se está expandiendo.

Una proposición es que la gravedad eventualmente superará esta expansión y todo cambiará. No hay evidencia actual de esto, pero como indiqué anteriormente, los datos sobre el desplazamiento al rojo 1 son débiles e inciertos, y en mi opinión necesitamos muchos datos adicionales en esa región. También necesitamos más estudios para reducir los errores sistémicos.

No, no hay suficiente densidad de materia (oscura más ordinaria) para superar la expansión. Solo hay un tercio de la densidad de masa requerida, por lo que seguirá expandiéndose.

De hecho, debido a la energía oscura, la expansión se está acelerando! La energía oscura tiene el doble de densidad de energía en promedio al igual que toda la materia (usando E = m * c ^ 2).

El universo se está expandiendo. No comprendimos cómo podría superar su propia gravedad, pero luego se teorizó la energía oscura y ahora tenemos alguna evidencia indirecta de su existencia. Básicamente, la energía oscura es una fuerza que puede expulsar el espacio-tiempo mientras resiste la fuerza de la gravedad. No impide que la gravedad actúe sobre otros cuerpos del universo, como las galaxias. Por ejemplo, Andrómeda y la Vía Láctea están en curso de colisión en muchos miles de millones de años, incluso si el espacio entre ellos se está expandiendo.

Aparentemente, la masa es más corta que el radio, por lo que el universo se expandirá para siempre. La relación masa / longitud es de alrededor del 30%,

En la actualidad, la tasa de expansión del universo se está acelerando hacia el exterior. No sabemos si esto continuará, pero si lo hace, sufriremos la “gran estafa”.