Tiempo cósmico

Coordenada temporal utilizada en cosmología

El tiempo cósmico , o tiempo cosmológico , es la coordenada temporal comúnmente utilizada en los modelos del Big Bang de la cosmología física . ^[1]^[2] Este concepto de tiempo evita algunos problemas relacionados con la relatividad al definirse dentro de una solución a las ecuaciones de la relatividad general ampliamente utilizadas en cosmología.

Problemas con el tiempo absoluto

La teoría de la relatividad especial de Albert Einstein demostró que la simultaneidad no es absoluta. Un observador situado a medio camino entre dos rayos puede creer que se produjeron al mismo tiempo, mientras que otro observador cercano a uno de los rayos afirmará que este se produjo primero y el otro después. Este acoplamiento del espacio y el tiempo, el espacio-tiempo de Minkowski , complica las comparaciones científicas del tiempo. ^[3]^{: 202}

Sin embargo, la teoría de la relatividad general de Einstein ofrece una solución parcial. En la relatividad general, el espacio-tiempo se define en relación con la distribución de la masa. Un "reloj" vinculado conceptualmente a una masa proporcionará una medida del tiempo bien definida para todas las masas que se mueven en paralelo. El tiempo cósmico se basa en este concepto de reloj. ^[3]^{: 205}

Definición

Tiempo cósmico ^[4]^{: 42}^[5] es una medida del tiempo mediante un reloj físico con velocidad peculiar cero en ausencia de sobredensidades o subdensidades de materia (para evitar la dilatación del tiempo debido a efectos relativistas o confusiones causadas por la expansión del universo). A diferencia de otras medidas del tiempo como la temperatura, el corrimiento al rojo, el horizonte de partículas o el horizonte de Hubble, el tiempo cósmico (similar y complementario a las coordenadas co-móviles) es ciego a la expansión del universo. ${\estilo de visualización t}$

El tiempo cósmico es la coordenada de tiempo estándar para especificar las soluciones de Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker de las ecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general. ^[3]^{: 205} Dicha coordenada de tiempo puede definirse para un universo homogéneo y en expansión de modo que el universo tenga la misma densidad en todas partes en cada momento del tiempo (el hecho de que esto sea posible significa que el universo es, por definición, homogéneo). Los relojes que miden el tiempo cósmico deberían moverse a lo largo del flujo de Hubble .

Punto de referencia

Hay dos formas principales de establecer un punto de referencia para el tiempo cósmico.

Tiempo de mirar atrás

El tiempo presente puede utilizarse como punto de referencia cósmico para crear un tiempo de retrospección . Este puede describirse en términos del tiempo que ha tardado la luz en llegar hasta aquí desde un objeto distante. ^[6]

Edad del universo

Alternativamente, el Big Bang puede tomarse como referencia para definir la edad del universo , también conocida como el tiempo transcurrido desde el Big Bang . La cosmología física actual estima la edad actual en 13.800 millones de años. ^[7] ${\estilo de visualización t}$

El no necesariamente tiene que corresponder a un evento físico (como la singularidad cosmológica ), sino que se refiere al punto en el que el factor de escala se desvanecería para un modelo cosmológico estándar como ΛCDM . Para fines técnicos, se utilizan conceptos como la temperatura promedio del universo (en unidades de eV) o el horizonte de partículas cuando el universo temprano es el objetivo de un estudio, ya que comprender la interacción entre partículas es más relevante que su coordenada temporal o edad. ${\estilo de visualización t=0}$

En términos matemáticos, un tiempo cósmico en el espacio-tiempo es una fibración . Esta fibración, que tiene el parámetro , está formada por variedades tridimensionales . ${\estilo de visualización M}$ $t\colon M\to R$ ${\estilo de visualización t}$ $Estilo de visualización S_{t}$

Relación con el corrimiento al rojo

Las observaciones astronómicas y los modelos teóricos pueden utilizar el corrimiento al rojo como un parámetro temporal. El tiempo cósmico y el corrimiento al rojo $z$ están relacionados. En el caso de un universo plano sin energía oscura, el tiempo cósmico se puede expresar como: ^[8] Aquí está la constante de Hubble y es la relación del parámetro de densidad de la densidad del universo con la densidad crítica para la ecuación de Friedmann para un universo plano: ^[9]^{: 47} Las incertidumbres en el valor de estos parámetros hacen que los valores de tiempo derivados de las mediciones del corrimiento al rojo dependan del modelo. $t(z)\approx {\frac {2}{3H_{0}{\Omega _{0}}^{1/2}}}z^{-3/2}\ ,\ z\gg 1/\Omega _{0}.$ $Estilo de visualización H_{0}$ $\Omega _{0}=\rho /\rho _{\text{crit}}$ $\rho(t)$ $\rho_{c}(t)$ $\rho_{c}(t)={\frac {3H^{2}(t)}{8\pi G}}$

Véase también

Referencias

^ Sobre la base física del tiempo cósmico por SE Rugh y H. Zinkernagel
^ D'Inverno, Ray (1992). Introducción a la relatividad de Einstein . Oxford University Press. pág. 312. ISBN 0-19-859686-3.
^ abc Smeenk, Chris (15 de febrero de 2013). "El tiempo en la cosmología". En Dyke, Heather; Bardon, Adrian (eds.). Un compañero para la filosofía del tiempo (1.ª ed.). Wiley. págs. 201–219. doi :10.1002/9781118522097.ch13. ISBN 978-0-470-65881-9.
^ Dodelson, Scott (2003). Cosmología moderna . Academic Press. ISBN 9780122191411.
^ Bonometto, Silvio (2002). Cosmología moderna . Bristol y Filadelfia: Institute of Physics Publishing. pp. 2. ISBN. 9780750308106.
^ "tiempo de retrospección". Referencia de Oxford . Consultado el 7 de junio de 2024 .
^¿ Qué edad tiene el universo?
^ Longair, MS (1998). Formación de galaxias. Springer. pág. 161. ISBN 978-3-540-63785-1.
^ Liddle, Andrew R. (2003). Introducción a la cosmología moderna (2.ª ed.). Chichester ; Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-0-470-84834-0.

[1] Sobre la base física del tiempo cósmico por SE Rugh y H. Zinkernagel

[2] D'Inverno, Ray (1992). Introducción a la relatividad de Einstein . Oxford University Press. pág. 312. ISBN 0-19-859686-3.

[Smeenk2013-3] Smeenk, Chris (15 de febrero de 2013). "El tiempo en la cosmología". En Dyke, Heather; Bardon, Adrian (eds.). Un compañero para la filosofía del tiempo (1.ª ed.). Wiley. págs. 201–219. doi :10.1002/9781118522097.ch13. ISBN 978-0-470-65881-9.

[4] Dodelson, Scott (2003). Cosmología moderna . Academic Press. ISBN 9780122191411.

[5] Bonometto, Silvio (2002). Cosmología moderna . Bristol y Filadelfia: Institute of Physics Publishing. pp. 2. ISBN. 9780750308106.

[6] "tiempo de retrospección". Referencia de Oxford . Consultado el 7 de junio de 2024 .

[7] ¿ Qué edad tiene el universo?

[Longair-8] Longair, MS (1998). Formación de galaxias. Springer. pág. 161. ISBN 978-3-540-63785-1.

[9] Liddle, Andrew R. (2003). Introducción a la cosmología moderna (2.ª ed.). Chichester ; Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-0-470-84834-0.