Pregunta a Ethan №10: ¿Por qué el universo es el mismo en todas partes

Yo realmente no entendía la inflación cósmica y el problema del horizonte. Creo que usted ha hablado de ello, pero me gustaría escuchar más detalles. Blockquote> Volvamos a la cima.



Esto es - su universo. Se extiende hasta los telescopios más poderosos pueden mirar en todas las direcciones. Ellos ven decenas de miles de galaxias dispersas a distancias de decenas de miles de millones de años luz en todas las direcciones, donde quiera que miramos. A gran escala de todo lo que es casi lo mismo - la densidad, temperatura, tipo de viejo y galaxias, la metalicidad de las estrellas (la concentración relativa de elementos más pesados ​​que el helio), etc. Todo lo que vemos -. Es la más miramos, los más jóvenes las cosas que vemos, y el más rápido que se están alejando de nosotros



Todo esto se debe a la expansión y evolución del universo. Tres principales pruebas en el contexto de nuestra teoría general de la relatividad:

La expansión de Hubble del universo - el desplazamiento hacia el rojo es debido a la distancia a la galaxia
la existencia y propiedades de la radiación de fondo de microondas cósmico (KMFI) - mar casi perfectamente uniforme de la radiación de cuerpo negro en todas las direcciones, con temperaturas justo por encima de cero absoluto
la abundancia de elementos ligeros - hidrógeno, deuterio, helio (helio 3 y 4) y el litio en el universo joven, a la formación de estrellas

Nos dicen que el universo evolucionó y se expandió desde un estado caliente y denso, y que en el estado actual ya es unos 13,8 millones de años. Durante mucho tiempo, pero no indefinidamente. Este paradigma se conoce como el "Big Bang».



Pero hay un problema. 13,8 mil millones años, el universo expandido de acuerdo con las leyes de la relatividad general, es decir, la tasa de expansión del espacio define un conjunto de condiciones iniciales y el contenido de energía del universo (la materia ordinaria, la materia oscura, la radiación, neutrinos, energía oscura, la curvatura del espacio, etc.). Con que todo está bien - el problema es que el universo es homogéneo y tiene aproximadamente las mismas propiedades en todas las direcciones, donde quiera que miramos
.


La densidad y propiedades de los cúmulos de galaxias en un lado del universo son idénticos a los del otro - no importa cómo se divide el universo aparte. Esto debería ser suficiente, ¿no?

Después de la información Big Bang no se pudo transmitir más rápido que la velocidad de la luz. Podemos ver el tamaño de un pedazo del universo 46 mil millones de años luz, ya que fue capaz de distanciarse luz viajado en un universo en expansión en los últimos 13, 8 mil millones. Años. Por lo tanto, si nos fijamos en la misma dirección a los 23 millones de años luz, y luego hacia el otro lado - que podemos esperar que estos dos sitios no están conectados entre sí
.
Todavía no está claro? He aquí una analogía.



Imagínese agua hirviendo en una olla. Te calienta desde el fondo, y el agua hierve en todos los lugares al mismo tiempo. Entre las partes superior e inferior de agua tienen una diferencia de temperatura. ¿Por qué?

Usted calienta el fondo de la olla, pero el agua es cálida en todas partes. Eso es debido a que sus moléculas se mueven, chocan entre sí y comparten su energía. Los intercambios de energía y de información de fondo de agua con el agua de la parte superior, y el tiempo requerido para el intercambio, y mucho menos el tiempo necesario para hervir.

Pero esto no es siempre el caso.



En esta foto flujos de lava de un volcán activo en el océano. Cuando la lava se calienta por encima de 1000 ° C, en contacto con el agua que hierve inmediatamente. Pero el océano es grande, y la velocidad de propagación del calor es finito. No muy lejos de este lugar la temperatura del agua es casi no va a cambiar debido a la lava. Desde una perspectiva práctica, estas regiones están separadas entre sí, que no comparten información o propiedades.

Sería extraño si unifamiliar acoplar juntos regiones que no entren en contacto entre sí e intercambiar información, para tener la misma temperatura. Pero en el universo es la forma en que sucede.



La radiación de fondo de microondas cósmico (KMFI) emitida cuando el universo tenía sólo 380.000 años de edad, y aunque la luz no puede pasar más de un millón de años luz en cualquier dirección. Si usted ha llenado en el cielo de microondas un círculo de radio de un millón de años luz, lo que se necesita más de diez mil millones de las regiones independientes para llenar todo lo que vemos. Sin embargo, estas regiones no están asociados unos con otros, el rango de temperatura y la densidad con la misma precisión en el 99, 99%.



Este problema, cuando las regiones no entren en contacto entre sí por alguna razón tienen propiedades idénticas, un problema llamado el horizonte.

Se puede llevar a cabo de la siguiente manera: tal vez estas regiones y no había tiempo para intercambiar información entre sí, pero lo que si el Big Bang, que han tenido las mismas propiedades
?


En general, es una extensión de eso lo que pasó antes del Big Bang, que no sólo prepararlo, pero para preparar las condiciones iniciales, que están en nuestro universo. Tomamos un área pequeña (quizás infinitesimal), amplió su exponencialmente, y se estiró a un tamaño más grande que el universo observable, con las siguientes reglas:

Cualquier partícula de materia o energía defectos topológicos que existían en esta región antes de la expansión, por lo que la reducción de la densidad que serán no más de uno de tales partículas en el universo (para resolver el problema de los monopolos)
cualquiera que sea la curvatura en el espacio ni era antes de la expansión, la expansión de su tan estirado que se vuelve indistinguible del espacio plano (un problema resuelto universo plano)
No existían Cualesquiera que sean las variaciones de temperatura y densidad en diferentes regiones del espacio antes de la expansión, nuestro universo previsible evolucionó a partir de una pequeña región. Por lo tanto, la temperatura y la densidad del universo son los mismos en todas partes (para resolver el problema del horizonte)
fluctuaciones cuánticas que se produjeron durante la expansión, dieron lugar a un conjunto claro de predicciones de temperatura y densidad de las fluctuaciones en la parte previsible de la
universo


Si descartamos la teoría de la inflación, es necesario barrer los tres temas restantes (monopolos, un universo plano y el horizonte), y una predicción (sobre el espectro de las fluctuaciones de la temperatura y la densidad del universo) debajo de la alfombra y decir: "Esto es sólo las condiciones iniciales del Big Bang", para hacer su el trabajo de modelo.

O bien, puede reconocer el modelo inflacionario - como una manera simple, elegante y directa para resolver todos estos problemas
.


Es por eso que nuestro universo, hasta donde sabemos, es el mismo en todas partes y en todas las direcciones.

Fuente: geektimes.ru/post/252970/