El universo es todo que existe físicamente: la totalidad del espacio y el miden el tiempo de, todas las formas de la materia, la energía y el ímpetu, y las leyes físicas y los constantes físicos que los gobiernan. En un sentido bien definido, matemático, el universo se puede incluso decir para contener el que no exista; según la formulación trayectoria-integral de los mecánicos de Quantum, incluso las posibilidades sin realizar contribuyen a las amplitudes de la probabilidad de acontecimientos en el universo. El universo se denota a veces como el cosmos o naturaleza, como en " " del cosmología ; o " " de la filosofía natural ;.
Los experimentos científicos han rendido varios hechos generales sobre el universo observable . La edad del universo se estima para ser 13. El universo es muy grande, posiblemente infinito, siendo por lo menos 93 mil millones años ligeros a través, y consistiendo principalmente en la materia, algo que la antimateria . El solamente 4% de la materia y de la energía en el universo es luminoso, es decir, directo observable de su radiación electromágnetica emitida (" light" en su sentido más general); el resto consiste en la energía oscura (el 73%) y la materia oscura (el 23%). La naturaleza y la composición de la energía oscura y de la materia oscura son desconocidas. La materia luminosa dentro del universo es escasa y consiste principalmente en las galaxias, sobre las cuales se distribuyen uniformemente cuando está hecho un promedio longitud-escala más de largo de 300 millones de años ligeros; en escalas más pequeñas de la longitud, las galaxias tienden a agrupar en racimos, los superclusters e incluso estructuras más grandes . La llegada ligera de galaxias distantes es perceptible el Redshifted con el desplazamiento hacia el rojo que aumenta con la distancia de la galaxia de la tierra. El el universo es bañado en una radiación de la microonda que sea alto isotrópica (uniforme a través de diversas direcciones), y corresponde a un espectro del cuerpo negro áspero 2. Los porcentajes relativos de los elementos químicos - especialmente hidrógeno, deuterio y helio de un más ligero - son al parecer iguales a través del universo. El universo se está ampliando, en el sentido que la distancia entre los objetos extensamente separados está aumentando con tiempo. El universo tiene por lo menos tres dimensiones espaciales y una (el tiempo ) dimensión temporal, aunque las dimensiones adicionales extremadamente pequeñas no se puedan eliminar experimental; El espacio-tiempo aparece ser el suavemente y el simplemente conectado, con la curvatura muy pequeña, de modo que la geometría euclidiana sea exacto en el medio a través del universo. El universo aparece ser gobernado por las mismas leyes físicas y los constantes a través de su grado e historia. A través de su historia registrada, los seres humanos han propuesto varios cosmologías y las cosmogonías para explicar sus observaciones del universo. Los modelos cuantitativos más tempranos fueron desarrollados por los griegos clásicos, que propusieron que el espacio infinito poseído universo y habían existido eterno, pero contenidos un solo sistema de esferas concéntricas del tamaño finito (que corresponde a las estrellas fijas, al Sun y a los varios planetas que giran sobre una tierra esférica pero unmoving . Durante los siglos, observaciones astronómicas más cuidadosas y las teorías mejoradas de la gravedad llevaron modelo heliocéntrico de Copernicus a el 'y, eventual, a la actual Lambda-CDM modelo Big Bang, que explica todos los datos disponibles. Según tales teorías de Big Bang, todo en el universo - todas las formas de materia y de energía, e incluso espacio-tiempo sí mismo - entró en ser en un solo acontecimiento, una singularidad gravitacional ; como espacio ampliado con tiempo, la materia y la energía se refrescaron suficientemente para permitir la condensación estable de las partículas elementales en los núcleos primordiales y los átomos una vez que los átomos formaron, importan llegaron a ser transparentes a la mayoría de las longitudes de onda de la radiación electromágnetica; la radiación ambiente de la microonda observada hoy es la radiación residual que desemparejó de la materia.
Según los modelos científicos que prevalecen, el universo es gobernado por el modelo estándar de la física (que gobierna varias formas de materia y de campos), así como el la relatividad general especial (que de y gobiernan el espacio-tiempo y su interacción con la materia y los campos). En escalas cosmológicas de la longitud, la interacción dominante en el universo es la gravitación . Por lo tanto, la teoría de la relatividad general (la descripción más exacta de la gravedad actualmente disponible) ofrece las mejores predicciones para el desarrollo total del universo, incluyendo su origen, la extensión (que explica principalmente el desplazamiento hacia el rojo observado ), la estructura en grande y sino el último. Sin embargo, los componentes del modelo estándar - particularmente ésos referentes el Nucleosynthesis, los espectros atómicos, y a la violación del CP - son necesarios explicar otras observaciones experimentales, tales como la distribución de los elementos químicos y radiación de la microonda a través del universo, tan bien como la materia - asimetría de la antimateria .
Según algunas especulaciones, este universo puede ser uno de muchos universos disconnected, que se denotan colectivamente como el Multiverse . En la teoría uno, hay una variedad infinita de universos, cada uno con diversos valores de los constantes físicos en otra teoría, los nuevos universos se freza con cada medida de Quantum. Sin embargo, estas especulaciones no pueden ser probadas experimental puesto que, por definición, otros universos no pueden obrar recíprocamente con nuestros los propios.
Etimología, sinónimos y definiciones
Cosmos|Naturaleza|Mundo (filosofía)|Esferas celestiales
El universo del de la palabra deriva de los univers viejos del de la palabra del francés, que alternadamente deriva del universum latino del de la palabra . La palabra latina fue utilizada por el Cicero y los autores del latín posterior en muchos iguales los sentidos que la palabra inglesa moderna se utiliza. Lucretius utilizó la palabra en el " del sentido; todo rodada en uno, todo combinó en one".
Una interpretación alternativa del unvorsum del es " todo dada vuelta como one" o " todo dio vuelta por el one". En este sentido, puede ser considerado una traducción de una palabra griega anterior para el universo, περιφορα, " algo transportado en un circle", utilizado original para describir un curso de una comida, el alimento que es llevado alrededor del círculo de las huéspedes de la cena. Esta palabra griega refiere al un modelo griego temprano del universo, en el cual toda la materia fue contenida dentro de la rotación, las esferas concéntricas; según el Aristotle, la rotación la esfera exterior era responsable del movimiento y del cambio todo dentro. Esto tiene sentido porque a un observador tierra-basado, presumiendo a lo/a ella misma inmóvil, los cielos aparecían enteramente dar vuelta alrededor y con respecto al observador.
El término más común para el " universe" entre griego clásico los filósofos Pythagoras hacia adelante eran το παν (el todo), definido pues toda la materia (το ολον) y todo el espacio (το κενον). Otros sinónimos para el universo entre los filósofos del griego clásico incluyeron el κοσμος (que significa el mundo, el cosmos ) y φυσις (la naturaleza del significado, de la cual derivamos la física de la palabra). Los mismos sinónimos se encuentran en los autores latinos (totum del, mundus del, natura del ) y sobreviven en las idiomas modernas, e., el Das de las palabras del alemán todo el, Weltall, y Natur para el universo. Los mismos sinónimos se encuentran en inglés, tal como todo (como en la teoría todo ), el cosmos (como en el cosmología ), el mundo (como en la hipótesis de los Mucho-mundos), y la naturaleza (como en las leyes naturales o la filosofía natural ).
La definición más amplia: realidad y probabilidad
Introducción a los mecánicos de quántum|Interpretación de los mecánicos de quántum|hipótesis de los Mucho-mundos La definición más amplia del universo es encontrada en los naturae de De divisione por el medieval Juan Scotus Eriugena del filósofo, que lo definió como simplemente todo: todo que existe y todo que no existe. El tiempo no se considera en la definición de Eriugena; así, su definición incluye todo que existe, ha existido y existirá, así como todo que no existe, nunca ha existido y nunca existirá. Esta definición completa no fue adoptada por la mayoría de los filósofos posteriores, sino que es relevante en la física de Quantum, particularmente la formulación trayectoria-integral Feynman . Según esa formulación, las amplitudes de la probabilidad para los varios resultados de un experimento dado un estado inicial perfectamente definido del sistema son determinadas sumando sobre todas las trayectorias posibles por las cuales el sistema podría progresar de la inicial al estado final. Naturalmente, un experimento puede tener solamente un resultado; es decir solamente un resultado posible se hace verdadero en este universo, vía el proceso misterioso de la medida del quántum, también conocido como el derrumbamiento del wavefunction (pero ver la hipótesis de los Mucho-mundos abajo en la sección de Multiverse ). En este sentido matemático bien definido, incluso el que no existe (todas las trayectorias posibles) puede influenciar el que finalmente exista (la medida experimental). Como ejemplo específico, cada electrón es intrínseco idéntico a cada otro; por lo tanto, las amplitudes de la probabilidad deben ser el tener en cuenta computada la posibilidad que intercambian las posiciones, algo conocida como simetría del intercambio. Este concepto del universo que abraza el existente y el no existente se relaciona libremente con las doctrinas budistas Shunyata y el desarrollo interdependiente de la realidad, y con conceptos más modernos de s de Leibniz Gottfried 'de la contingencia y la identidad de los indiscernibles .
Definición como realidad
Realidad|La física
Más acostumbradamente, el universo se define como todo que exista, ha existido y exista. Según esta definición y nuestra actual comprensión, el universo consiste en tres elementos: El espacio y el miden el tiempo de, conocido colectivamente como el espacio-tiempo o el vacío ; Materia y varias formas de la energía y del espacio-tiempo de ocupación del ímpetu ; y las leyes físicas que gobiernan los primeros dos. Estos elementos serán discutidos minuciosamente abajo. Una definición relacionada del " universe" es todo que existe en un solo momento de tiempo, tal como el actual, como en el " de la oración; El universo ahora se baña uniformemente en la radiación de la microonda. "
Los tres elementos del universo (espacio-tiempo, materia-energía, y ley física) corresponden áspero a las ideas Aristotle . En su del libro la física (Φυσικης, de el cual derivamos el " de la palabra; physics"), Aristotle dividió el το παν (todo) en tres elementos áspero análogos: materia (la materia del cuyo se hace el universo), forma (el arreglo del de esa materia en espacio) y cambio del (cómo la materia se crea, se destruye o se altera en sus características, y semejantemente, cómo se altera la forma). Las leyes físicas fueron concebidas como las reglas que gobernaban las características de la materia, de la forma y de sus cambios. Filósofos posteriores tales como Lucretius, Averroes, Avicenna y Baruch Spinoza alteraron o refinaron estas divisiones; por ejemplo, Averroes y Spinoza disciernen los naturans (los principios activos de Natura que gobiernan el universo) del naturata de Natura, los elementos pasivos sobre los cuales el acto anterior.
Definición como espacio-tiempo conectado
Teoría del universo de la burbuja|Inflación caótica
Es posible concebir de los Espacio-tiempos disconnected cada uno existente pero incapaz de obrar recíprocamente el uno con el otro. Una metáfora fácilmente visualizada es un grupo de burbujas de jabón separadas en las cuales los observadores que viven en una burbuja de jabón no puedan obrar recíprocamente con ésos en otras burbujas de jabón, incluso en principio. Según una terminología común, cada " bubble" del jabón; de espacio-tiempo se denota como universo, mientras que nuestro espacio-tiempo particular se denota como el universo, apenas pues llamamos nuestro de la luna la luna . La colección entera de estos espacio-tiempos separados se denota como el Multiverse . En principio, los otros universos no relacionados pueden tener diversas dimensionalidades y topologías del espacio-tiempo, de diversas formas de la materia y de la energía, y de las leyes físicas de diverso y de los constantes físicos
Definición como realidad observable
Universo observable|Cosmología de observación Según una definición todavía más restrictiva, el universo está todo dentro de nuestro espacio-tiempo conectado que podría obrar recíprocamente nunca con nosotros y viceversa. Según la teoría de la relatividad general, algunas regiones del espacio pueden nunca obrar recíprocamente con los nuestros incluso en el curso de la vida del universo, debido a la velocidad finita de la luz y a la extensión del espacio . Por ejemplo, los mensajes de radio enviados de la tierra pueden nunca alcanzar algunas regiones de espacio, incluso si vive el universo por siempre; el espacio puede ampliarse más rápidamente que la luz puede cubrirlo. Vale el acentuar de que esas regiones distantes de espacio están tomadas para existir y para ser parte de realidad tanto como somos; con todo podemos nunca obrar recíprocamente con ellas. La región espacial dentro de la cual podemos afectar y ser afectados se denota como el universo observable . En realidad, el universo observable depende del observador. Viajando, un observador puede entrar en el contacto con una mayor región de espacio-tiempo que un observador que todavía permanezca, de modo que el universo observable para el anterior sea más grande que para estes 3ultimo; sin embargo, incluso el viajero más rápido puede no poder obrar recíprocamente con todo el espacio. Típicamente, el universo observable se toma para significar el observable del universo de un observador inmóvil en la tierra.
Tamaño, edad, contenido, estructura, y leyes
considera también: Universo observable, edad del universo, estructura en grande del universo, abundancia los elementos químicos
El universo es muy grande y posiblemente infinito en volumen; la materia observable se extiende por un espacio por lo menos 93 mil millones años ligeros a través. Para la comparación, el diámetro de una galaxia típica es solamente 30.000 años luz, y la distancia típica entre dos galaxias vecinas es solamente 3 millones de años luz . Como ejemplo, nuestra galaxia de la manera lechosa es áspero 100.000 años ligeros de diámetro, y nuestra galaxia más cercana de la hermana, la galaxia del Andromeda, se localiza áspero 2.5 millones de años ligeros de ausente.
La materia observable se separa uniformemente ( homogéneo ) a través del universo, cuando está hecha un promedio sobre distancias más de largo de 300 millones de años luz. Sin embargo, en más pequeño longitud-escala, materia se observa para formar el " clumps", es decir, arracimar jerárquico; muchos átomos se condensan en las estrellas la mayoría de las estrellas en las galaxias, la mayoría de las galaxias en los racimos, superclusters y, finalmente, el grande-escala las estructuras tal como la Gran Muralla de las galaxias . La materia observable del universo es el también isotropically separado, significando que ninguna dirección de la observación parece diferente de cualquier otra; cada región del cielo tiene áspero el mismo contenido. El universo también se baña en una radiación alto isotrópica de la microonda que corresponda a un espectro del cuerpo negro del equilibrio termal áspero 2. La hipótesis que el universo en grande es homogéneo e isotrópico se conoce como el principio cosmológico, que es apoyado por las observaciones astronómicas .
La actual densidad total del universo es muy baja, áspero 9.9 × gramos 10-30 por centímetro cúbico. Este masa-energía aparece consistir en la energía oscura del 73%, la materia oscura frío del 23% y la materia ordinaria del 4%. Así la densidad de átomos está en la orden de un solo átomo de hidrógeno para cada cuatro metros cúbicos de volumen. Las características de la energía oscura y de la materia oscura son en gran parte desconocidas. El de la materia oscura gravita como materia ordinaria, y trabaja así para retardar la extensión del universo ; por el contrario, el oscuro de la energía acelera su extensión .
El universo es viejo y desarrollo. El la mayoría de la estimación exacta de la edad del universo es 13.2 mil millones años, basados en las observaciones de la radiación de fondo cósmica de la microonda . Las estimaciones independientes (basadas en medidas tales como datación radiactiva ) convienen, aunque sean menos exactas, extendiéndose a partir de años de 11-20 mil millones a 13-15 mil millones años. El universo no ha estado igual siempre en su historia; por ejemplo, las poblaciones relativas de los cuasares y de las galaxias han cambiado y el espacio sí mismo aparece tener ampliado . Esta extensión explica cómo los científicos terrestres pueden observar la luz de una galaxia 40 mil millones años ligeros de ausente, incluso si esa luz ha viajado por solamente 13.7 mil millones años; el mismo espacio entre ellos se ha ampliado. Esta extensión es constante con la observación que la luz de galaxias distantes ha sido Redshifted que los fotones emitidos se han estirado a longitudes de onda más largas y baja la frecuencia durante su viaje. El índice de esta extensión espacial es que acelera, basado en estudios del tipo supernovas de Ia y corroborado por otros datos.
El pariente fracciona de los elementos químicos de diverso que - particularmente los átomos más ligeros tal como hidrógeno, deuterio y helio - parecen ser idénticos a través del universo y a través de su historia observable. El universo parece tener mucho más materia que la antimateria, una asimetría relacionada posiblemente con las observaciones de la violación del CP. El universo aparece no tener ninguna carga eléctrica neto, y por lo tanto la gravedad aparece ser la interacción dominante en escalas cosmológicas de la longitud. El universo aparece no tener ninguÌn ímpetu neto y ímpetu angular . La ausencia de carga neta y de ímpetu seguiría de las leyes físicas aceptadas (ley del gauss y la no-divergencia del pseudotensor del Tensionar-energía-ímpetu, respectivamente), si el universo era finito.
El universo aparece tener una serie continua lisa del espacio-tiempo el consistir en de tres dimensiones espaciales y de una (el tiempo ) dimensión temporal. En el promedio, el espacio-tiempo se observa para ser casi completamente plano (cerca de la curvatura cero ), significando que la geometría euclidiana es experimental verdad con alta exactitud a través la mayor parte de del universo. El espacio-tiempo también aparece tener una topología simplemente conectada, por lo menos en longitud-escala del universo observable. Sin embargo, las actuales observaciones no pueden excluir las posibilidades que el universo tiene más dimensiones y que su espacio-tiempo puede tener una topología global conectada multiplicar, en analogía con el las topologías toroidales cilíndricas de o de los espacios de dos dimensiones
El universo aparece ser gobernado en todas partes por las mismas leyes físicas y los constantes físicos según el modelo estándar que prevalece de la física, toda la materia se compone de tres generaciones de Leptons y de Quarks que sean los fermios estas partículas elementales interactivas vía a lo más tres interacciones fundamentales la interacción de Electroweak que incluye el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil ; la fuerza nuclear fuerte descrita por el chromodynamics de Quantum; y gravedad, que es descrita mejor actualmente por la relatividad general . Las primeras dos interacciones se pueden describir por la teoría de campo renormalized de Quantum del, y son mediadas por los bosones de calibrador que corresponden a un tipo particular de la simetría del calibrador. Una teoría de campo renormalized de quántum de la relatividad general todavía no se ha alcanzado, aunque las varias formas de la teoría de la secuencia parezcan prometedoras. La teoría de la relatividad especial se cree para sostenerse a través del universo, a condición de que las escalas espaciales y temporales de la longitud son suficientemente cortas; si no, la teoría más general de la relatividad general debe ser aplicada. No hay explicación para los valores particulares que los constantes físicos aparecen tener a través de nuestro universo, tal como constante h de de Planck o el G del constante gravitacional . Varias leyes de conservación se han identificado, por ejemplo la conservación de la carga, del ímpetu, del ímpetu angular y de la energía ; en muchos casos, estas leyes de conservación se pueden relacionar con las simetrías o las identidades matemáticas .
Modelos históricos
considera también: Cronología l cosmología
Muchos modelos del cosmos (cosmologías) y de su origen (cosmogonías) se han propuesto, basado en los datos y los conceptos disponibles de entonces del universo.
Historias de la creación
considera también: Creencia,
l origen de la deidad del creador
Muchas culturas tienen historias el describir de la creación del mundo, que se puede agrupar áspero en tipos comunes. En un tipo de historia, el mundo nace de un huevo del mundo; tales historias incluyen el finlandés Kalevala, la historia china del del poema épico Pangu o indio Brahmanda Purana . En relatos relacionados, la creación es causada por solo dios que emana o que produce algo solo, como en el concepto budista Adi-Buddha, la historia del griego clásico Gaia (tierra de madre), azteca Coatlicue de la diosa o antiguo Atum de dios del egipcio . En otro tipo de historia, el mundo se crea de la unión de las deidades masculinas y femeninas, como en la historia maorí Rangi y de la papá . En otras historias, el universo es creado haciéndolo a mano de los materiales preexistentes, tales como el cadáver de dios muerto - como Tiamat en el épico babilónico Enuma Elish o gigante Ymir en mitología de los nórdises - o de los materiales caóticos, como en el Izanagi y el Izanami en la mitología japonesa . En otro tipo de historia, el mundo es creado por el comando de una divinidad, como en la historia antigua del egipcio Ptah o la cuenta bíblica en la génesis . En otras historias, el universo está emana de los principios fundamentales, tales como Brahman y Prakrti, o Yin y Yang Tao .
Modelos filosóficos
considera también: Filosofía Pre-Socrática,
l de la física (Aristotle)
Los primeros modelos filosóficos del universo fueron desarrollados por los filósofos pre-Socráticos . Los filósofos griegos más tempranos observaron que los aspectos pueden engañar, e intentado entender la realidad subyacente detrás de los aspectos. Particularmente, observaron la capacidad de la materia de cambiar las formas (e., hielo al agua al vapor) y varios filósofos propusieron que todos los materiales al parecer diferentes del mundo (madera, metal, etc.) sean todos diversas formas de un solo material, el Arche . El primer a hacer tan era el Thales, que llamó esta agua material . Siguiéndolo, el Anaximenes lo llamó el aire, y lo postuló que debe haber las fuerzas atractivas y repulsivas que hacen el arche condensar o disociar en diversas formas. El Empedocles propuso que los materiales fundamentales múltiples fueran necesarios explicar la diversidad del universo, y propuesto que existieran los cuatro elementos clásicos (tierra, aire, fuego y agua), no obstante en diversas combinaciones y formas. Esta teoría four-element fue adoptada por muchos de los filósofos subsecuentes. Algunos filósofos antes de Empedocles abogaron menos cosas materiales para el Arche ; El Heraclitus estuvo a favor de las insignias, Pythagoras de un que creyó que todas las cosas fueron compuestas de los números mientras que el estudiante de Thales, Anaximander, propuso que todo fuera compuesta de una sustancia caótica conocida como apeiron, correspondiendo áspero al concepto moderno de una espuma de Quantum. Las varias modificaciones de la teoría del apeiron fueron propuestas, especialmente el Anaxagoras, que propuso que la varia materia sea el mundo fuera hecha girar apagado de un apeiron rápido giratorio, sistema en el movimiento por el principio de Nous (mente). Todavía otros filósofos - especialmente Leucippus y Democritus - propuestos que el universo fuera compuesto de los átomos indivisibles que se movían a través de espacio vacío, un vacío ; El Aristotle se opuso a esta visión (" La naturaleza aborrece un vacuum") considerando que resistencia para indicar aumentos de con la densidad ; por lo tanto, el espacio vacío no debe ofrecer ninguna resistencia al movimiento, llevando a la posibilidad de la velocidad infinita .
Aunque Heraclitus estuviera a favor de cambio eterno, su contemporáneo áspero Parmenides hizo la sugerencia radical que todo el cambio es una ilusión, que la realidad subyacente verdadera es eterno constante y de una sola naturaleza. Parmenides denotó esta realidad como το εν (el). La teoría de Parmenides parecía inverosímil a muchos Griegos, pero su Zeno del estudiante de Elea los desafió con varias paradojas famosas . Aristotle resolvió estas paradojas desarrollando la noción de una serie continua infinitamente divisible, y aplicándola al espacio y al tiempo .
Modelos astronómicos
considera también: Historia la astronomía
Filósofos griegos más prácticos fueron referidos a los modelos que se convertían del universo que explicaría el movimiento observado de las estrellas y de los planetas. El primer modelo coherente fue propuesto por el Eudoxus de Cnidos . Según este modelo, el espacio y el tiempo son infinitos y eternos, pero la distribución de la materia se confina a ciertas esferas concéntricas giratorias. Este modelo fue refinado por el Callippus y el Aristotle, y traído a su del más alto nivel por el Ptolemy . El éxito de este modelo es debido al hecho matemático de que cualquier función (tal como la posición de un planeta) se puede descomponer en un sistema de los modos de Fourier.
El modelo aristotélico fue aceptado por áspero dos milenios, hasta que el Copernicus propusiera que los datos astronómicos se podrían explicar mejor si el Sun fue puesto en el centro del universo, algo que la tierra .
En el centro reclina el sol. ¿Para quién colocaría esta lámpara de un templo muy hermoso en otro o un mejor lugar que esto de lo cual puede iluminar todo al mismo tiempo? |20px|20px| Copernicus |Capítulo 10, libro 1
Este modelo heliocéntrico permitió que las estrellas fueran colocadas uniformemente a través del espacio (infinito) que rodeaba los planetas, según lo primero propuesto por el Thomas Digges y considerado por el Isaac Newton .
El cosmología neutoniano, sin embargo, tenía varias paradojas que fueron resueltas solamente con el desarrollo de la relatividad general . El primer de éstos era que asumió que el espacio y el tiempo eran infinitos, y que las estrellas en el universo habían existido por un tiempo infinito; sin embargo, puesto que las estrellas están irradiando constantemente la energía, una estrella finita parece contraria con la radiación de la energía infinita. En segundo lugar, el Jean-Felipe de Cheseaux observó que la asunción de un espacio infinito llenado uniformemente de las estrellas llevaría a la predicción que el cielo del nightime sería tan brillante como el sol sí mismo; éste se conocía como paradoja de Olber en el siglo XIX. Tercero, Newton mismo demostró que un espacio infinito llenado uniformemente de la materia causaría fuerzas infinitas y las inestabilidades que hacen la materia ser machacado hacia adentro bajo su propia gravedad. Esta inestabilidad fue aclarada por el criterio de la inestabilidad de los pantalones vaqueros. Una solución a estas 3ultimas dos paradojas es el universo de Charlier, en el cual la materia se arregla jerárquico (los sistemas de cuerpos orbiting que ellos mismos se están moviendo en órbita alrededor en un sistema más grande, del ad infinitum ) de una manera del fractal tales que el universo tiene una densidad total insignificante pequeña; un modelo tan cosmológico también había sido propuesto anterior en 1761 por el Juan Heinrich Lamberto .
La era moderna del cosmología físico comenzó en el 1917, cuando el Albert Einstein primero aplicó su teoría de la relatividad general para modelar la estructura y la dinámica del universo. Esta teoría y sus implicaciones serán discutidas más detalladamente en la sección siguiente.
Modelos teóricos
Cuatro de la gravedad de las interacciones fundamentales es dominante en las escalas cosmológicas de la longitud; es decir, las otras tres fuerzas se creen para desempeñar un papel insignificante en la determinación de las estructuras en el nivel de planetas, de estrellas, de galaxias y de estructuras a mayor escala. Desde toda la materia y energía gravitar, los efectos de la gravedad son acumulativo; por el contrario, los efectos de cargas positivas y negativas tienden a cancelar uno otro, haciendo electromagnetismo relativamente insignificante en escalas cosmológicas de la longitud. Que siguen habiendo las dos interacciones, el débil y las fuerzas nucleares fuertes disminuyen muy rápido con distancia; sus efectos se confinan principalmente a las escalas subatómicas de la longitud.
Relatividad general
considera también: Introducción a la relatividad general, relatividad general,
l de las ecuaciones de campo de Einstein
El predominio de la gravedad dada en formar las estructuras cosmológicas, las predicciones exactas del universo último y el futuro requieren una teoría exacta de la gravitación. La mejor teoría disponible es la relatividad general, que ha pasado todas las pruebas experimentales hasta ahora. Sin embargo, puesto que los experimentos rigurosos no se han realizado en escalas cosmológicas de la longitud, la relatividad general podría concebible ser inexacta. Sin embargo, sus predicciones cosmológicas aparecen ser constantes con observaciones, tan allí no son ninguna razón de peso para adoptar otra teoría.
La relatividad general consiste en un sistema de las ecuaciones (las ecuaciones de campo de Einstein ) que se deben solucionar de la distribución el ímpetu masa-energía de y a través del universo. Puesto que éstos son desconocidos en detalle exacto, los modelos cosmológicos se han basado en el principio cosmológico, que indica que el universo es homogéneo e isotrópico. En efecto, este principio afirma que los efectos gravitacionales de las varias galaxias que componen el universo son equivalentes a los de un polvo fino distribuido uniformemente a través del universo con la misma densidad media. La asunción de un polvo uniforme hace fácil solucionar las ecuaciones de Einstein y predecir el pasado y el futuro del universo en escala de tiempo cosmológicos.
Las ecuaciones de campo de Einstein incluyen un constante cosmológico Λ, de que corresponden a una densidad de energía del espacio vacío. Dependiendo de su muestra, el constante cosmológico puede cualquier lento (Λ negativo) o acelerar (Λ positivo) la extensión del universo . Aunque hubieran especulado muchos científicos, incluyendo el Einstein, que Λ era cero, las observaciones astronómicas recientes del tipo supernovas de Ia han detectado una gran cantidad de " " oscuro de la energía ; eso está acelerando la extensión del universo. Los estudios del preliminar sugieren que esta energía oscura corresponda a un Λ positivo, aunque las teorías alternativas no se puedan eliminar hasta ahora. El ruso Zel'dovich del físico sugirió que Λ sea una medida de la energía Zero-point asociada a las partículas virtuales de la teoría de campo de Quantum, una energía penetrante del vacío que existe por todas partes, incluso en espacio vacío. La evidencia de tal energía zero-point se observa en el efecto de Casimiro.
Relatividad especial y espacio-tiempo
considera también: Introducción a la relatividad especial,
la relatividad especial
El universo tiene por lo menos tres el espacial y una (el tiempo ) dimensión temporal. Era el pensamiento largo que las dimensiones espaciales y temporales eran diferentes en la naturaleza y la independiente de uno otra. Sin embargo, según la teoría de la relatividad especial, las separaciones espaciales y temporales son interconvertible (dentro de límites) cambiando su movimiento.
Para entender esta interconversión, es provechoso considerar la interconversión análoga de separaciones espaciales a lo largo de las tres dimensiones espaciales. Considerar las dos puntos finales de una barra del L de la longitud. La longitud puede ser resuelta de las diferencias en los tres coordenadas Δx, Δy y Δz de las dos puntos finales en un marco de referencia dado
usar el teorema pitagórico . En un marco de referencia girado, las diferencias coordinadas diferencian, pero dan la misma longitud
Así, las diferencias de los coordenadas (Δx, Δy, Δz) y (Δξ, Δη, Δζ) no son intrínsecas a la barra, sino reflejan simplemente el marco de referencia usado para describirlo; por el contrario, el L de la longitud es una característica intrínseca de la barra. Las diferencias coordinadas pueden ser cambiadas sin afectar a la barra, girando su marco de referencia.
La analogía en el espacio-tiempo se llama el intervalo entre dos acontecimientos; un acontecimiento se define como un punto en espacio-tiempo, una posición específica en espacio y momento específico a tiempo. El intervalo del espacio-tiempo entre dos acontecimientos se da cerca
donde está la velocidad el c de la luz. Según la relatividad especial, uno puede cambiar una separación espacial y del tiempo ( L 1, el t 1 de Δ) en otro (el L 2, el t 2 de Δ) cambiando su marco de referencia, mientras el cambio mantenga el s del intervalo del espacio-tiempo. Tal cambio en marco de referencia corresponde a cambiar su movimiento; en un marco móvil, las longitudes y los tiempos son diferentes de sus contrapartes en un marco de referencia inmóvil. La manera exacta de la cual las diferencias del coordenada y de tiempo cambian con el movimiento es descrita por la transformación de Lorentz.
Solucionar las ecuaciones de Einstein
Big Bang|Último sino del universo
En sistemas coordinados no-Cartesianos (no-cuadrado) o curvados, el teorema pitagórico se sostiene solamente en escalas infinitesimales de la longitud y se debe aumentar con un métrico g μν del tensor de un más general, que pueden variar de un sitio a otro y que describa la geometría local en el sistema coordinado particular. Sin embargo, si se asume que el principio cosmológico que el universo es homogéneo e isotrópico por todas partes, cada punto en espacio es como cada otro punto; por lo tanto, el tensor métrico debe ser igual por todas partes. Eso lleva a una sola forma para el tensor métrico, llamada el Friedmann-Lemaître-Robertson-Caminante métrico
donde ( r, θ, φ) corresponder a un sistema coordinado esférico . Este métrico tiene solamente dos parámetros indeterminados: un R de la escala de la largura total que puede variar con tiempo, y un k que puede ser solamente cero, uno o -1 del índice de la curvatura, correspondiendo a la geometría euclidiana plano, o a los espacios de la curvatura positiva o negativa . En cosmología, el solucionar para la historia del universo es hecho calculando el R en función del tiempo, dado el k y el valor del constante cosmológico Λ, que es pequeño) parámetro de a (en las ecuaciones de campo de Einstein. La ecuación que describe cómo el R varía con tiempo se conoce como la ecuación de Friedmann, después de su inventor, Alexander Friedmann .
Las soluciones para el R (t) dependen del k y Λ, pero algunas características cualitativas de tales soluciones son generales. Primero y más importante, el R de la escala de la longitud del universo puede seguir siendo el constante solamente si el universo es perfectamente isotrópico con curvatura positiva (el k =1) y tiene un valor exacto de la densidad por todas partes, según lo primero observado por el Albert Einstein . Sin embargo, este equilibrio es inestable y puesto que el universo se sabe para ser no homogéneo en escalas más pequeñas, el R debe cambiar, según la relatividad general . Cuando el R cambia, todas las distancias espaciales en el universo cambian en tándem; hay una extensión o una contracción total del espacio sí mismo. Explica la observación que las galaxias aparecen volar aparte; el espacio entre ellas está estirando. El estirar del espacio también explica la paradoja evidente que dos galaxias pueden ser 40 mil millones años ligeros de separado, aunque empezaran con el mismo punto hace 13.7 mil millones años y nunca se movió más rápidamente que la velocidad de la luz .
En segundo lugar, todas las soluciones sugieren que hubiera una singularidad gravitacional en el pasado, cuando el R va a cero y materia y energía llegó a ser infinitamente denso. Puede parecer que esta conclusión es incierta puesto que se basa en las asunciones cuestionables de la homogeneidad y de la isotropía perfectas (el principio cosmológico ) y que solamente la interacción gravitacional es significativa. Sin embargo, la demostración Penrose-Hawking de los teoremas de la singularidad que una singularidad debe existir para las condiciones muy generales. Por lo tanto, acccording a las ecuaciones de campo de Einstein, el R creció rápido de un estado inimaginable caliente, denso que existió inmediatamente después de esta singularidad (cuando el R tenía un valor pequeño, finito); ésta es la esencia del modelo de Big Bang del universo. Una idea falsa común es que el modelo de Big Bang predice que la materia y la energía estallaron de un monopunto en espacio y tiempo; eso es falso. Algo, el espacio sí mismo fue creado en Big Bang e imbuido con una cantidad fija de energía y de materia distribuidas uniformemente en todas partes; como el espacio se amplía (es decir, como R (t) aumenta), la densidad de esa materia y energía disminuye.
Modelo de Big Bang que prevalece
considera también: Big Bang, cronología de Big Bang, Nucleosynthesis,
modelo de Lambda-CDM
El modelo de Big Bang que prevalece explica muchas de las observaciones experimentales descritas sobre, por ejemplo la correlación del desplazamiento hacia el rojo de la distancia y de galaxias, el cociente universal del hidrógeno: átomos del helio, y el fondo ubicuo, isotrópico de la radiación de la microonda. Según lo observado arriba, el desplazamiento hacia el rojo se presenta de la extensión métrica del espacio ; mientras que el espacio sí mismo se amplía, la longitud de onda de un fotón que viaja a través de espacio aumenta además, disminuyendo su energía. Cuanto más de largo ha estado viajando un fotón, más la extensión que ha experimentado; por lo tanto, fotones más viejos de galaxias más distantes son rojo-cambiados de puesto. La determinación de la correlación entre la distancia y el desplazamiento hacia el rojo es un problema importante en el cosmología físico experimental.
Otras observaciones experimentales pueden ser explicadas combinando la extensión total del espacio con el la física atómica nuclear de y. Mientras que el universo se amplía, la densidad de energía de la radiación electromágnetica disminuye más rápidamente que la de la materia, puesto que la energía de un fotón disminuye con su longitud de onda. Así, aunque la densidad de energía del universo ahora sea dominada por la materia, fue dominada una vez por la radiación; poético hablando, toda era la luz . Mientras que el universo se amplió, su densidad de energía disminuyó y llegó a ser más fresca; como lo hizo así pues, las partículas elementales de la materia podrían asociarse estable en combinaciones siempre más grandes. Así, en la parte anterior de la era materia-dominada, los protones estables y los neutrones formaron, que entonces se asociaron en los núcleos atómicos . En esta etapa, la materia en el universo era un plasma principalmente caliente, densa de los neutrinos neutrales negativos de los electrones y núcleos positivos. Las reacciones nucleares entre los núcleos llevaron a la actual abundancia de los núcleos más ligeros, particularmente hidrógeno, deuterio, y helio . Eventual, los electrones y los núcleos combinaron para formar los átomos estables que son transparentes a la mayoría de las longitudes de onda de la radiación; a este punto, la radiación desemparejada de la materia, formando el fondo ubicuo, isotrópico de la radiación de la microonda observó hoy.
Otras observaciones no son contestadas definitivo por la física sabida. Según la teoría que prevalecía, un desequilibrio leve de la materia sobre la antimateria estaba presente en la creación del universo, o convertido muy pronto después de eso, posiblemente debido a la violación del CP que ha sido observada por los físicos de la partícula. Aunque la materia y la antimateria aniquilaran sobre todo un otro, produciendo los fotones un pequeño residuo de materia sobrevivió, dando el actual universo materia-dominado. Varias líneas de evidencia también sugieren que una inflación cósmica rápido del universo ocurriera muy temprano en su historia (áspero 10-35 los segundos después de su creación). Las observaciones recientes también sugieren que el constante cosmológico Λ no sea cero y que el contenido masa-energía neto del universo es dominado por una energía oscura y la materia oscura que no se han caracterizado científico. Diferencian en sus efectos gravitacionales. La materia oscura gravita como hace la materia ordinaria, y retarda así la extensión del universo; por el contrario, la energía oscura sirve acelerar la extensión del universo.
Cosmologías alternativos
considera también:
no estándar del cosmología
A pesar de su verificación experimental, algunos científicos encuentran la teoría de la relatividad general inverosímil y han sugerido alternativas. Tales teorías pueden solamente ser consideradas científicas si ofrecen las predicciones comprobables que diferencian de las de la relatividad general. La alternativa científica principal es la teoría de los Salvados-Dicke, que aumenta relatividad general con un campo escalar que determine el valor local del G del constante gravitacional . Otro, sugerencias más radicales incluye los cosmologías variables de G (en cuáles varían los constantes físicos del universo con la edad o el tamaño del universo), la hipótesis ligera cansada Fritz Zwicky, y la teoría del cosmología del plasma. La validez de la mayoría de las tales teorías parece inverosímil, dado los datos disponibles.
La teoría de estado estacionario del cosmología era popular en los años 50; según esta teoría, el universo ha sido igual siempre, así como ser homogéneo e isotrópico (el principio cosmológico perfecto ). Esta teoría predice que la conservación de la energía está violada, no obstante muy levemente. Esta teoría hizo las predicciones admirable exactas, que han estado desde entonces disproven por observaciones experimentales.
Multiverse
considera también: Multiverse, hipótesis, teoría,
paralelo de los Mucho-mundos del universo de la burbuja del universo (ficción)
Algunas teorías especulativas han propuesto que es este universo pero uno de un determinado de universos disconnected, han denotado colectivamente como el Multiverse . Por definición, no hay manera posible para cualquier cosa en un universo afectar a otro; si " dos; universes" podían afectar a uno otro, serían parte de un solo universo. Así, aunque algunos carácteres ficticios viajen entre el " " ficticio paralelo; universes", éste es un uso flojo del " del término; universe". Los universos disconnected deben también ser distinguidos del concepto metafísico de los planos del suplente del sentido, que no son probablemente lugares físicos.
Hay dos sentidos científicos en los cuales los universos múltiples pueden ocurrir. Primero, las series continuas disconnected del espacio-tiempo pueden existir; probablemente, todas las formas de materia y la energía se confinan a un universo y no pueden " tunnel" entre ellas. Un ejemplo de tal teoría es el modelo caótico de la inflación del universo temprano. En segundo lugar, según la hipótesis de los Mucho-mundos, un universo paralelo nace con cada medida de Quantum; el " del universo; forks" en copias paralelas, cada uno que corresponde a un diverso resultado de la medida del quántum. Los autores han explorado este concepto en una cierta ficción, especialmente de la narración breve de Borges Jorge 'el jardín de las trayectorias que bifurcaban . Sin embargo, ambos sentidos del " del término; multiverse" ser especulativo y puede ser considerado poco científico; el hecho de que los universos no puedan obrar recíprocamente hace imposible probar experimental en este universo si existe otro universo.
Ver también
style=" delPrincipio Anthropic
Big Bang
Crujido grande
Helada grande
Cosmología
Inteligencia eterna de Dyson
Cosmología esotérico
Vacío falso
Principio anthropic final
Universo Fine-tuned
Hipótesis de Gaia
Muerte del calor del universo
Ciclo hindú del universo
Escala de Kardashev
Multiverse
Multiverse (religión)
Nucleocosmochronology
Punto de Omega
Origen de la vida
Hipótesis de la tierra rara
Realidad
Forma del universo
Último sino del universo
Visión mundial
Notas y referencias
Lectura adicional
(véase la gravitación (libro) .)
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