Horizontes e Estrutura Causal

A idade finita e a expansão do universo limitam a distância que a luz pode ter percorrido, criando horizontes cosmológicos que delimitam quais regiões podem ter influenciado ou sido vistas por um observador.

Definition

Um horizonte cosmológico é um limite no contato causal em um universo em expansão: o horizonte de partículas é a distância máxima da qual a luz poderia ter alcançado um observador desde o início, enquanto o horizonte de eventos é a distância máxima para eventos cuja luz alcançará o observador no futuro.

Scope

Este tópico abrange o horizonte de partículas, o limite do universo observável definido pela distância que a luz viajou desde o início, o horizonte de eventos cósmicos que limita quais eventos poderemos observar em um universo em aceleração, o raio de Hubble, a estrutura causal dos espaços-tempos de Robertson-Walker em expansão e o problema do horizonte que motivou a inflação cósmica.

Core questions

• O que define o tamanho do universo observável em um dado momento?
• Como os horizontes de partículas e de eventos diferem?
• Por que a uniformidade da radiação cósmica de fundo em micro-ondas representa um problema de horizonte?

Key concepts

• Horizonte de partículas
• Horizonte de eventos
• Raio de Hubble
• Universo observável
• Contato causal
• Problema do horizonte

Key theories

Horizontes de partículas e de eventos

A integração do caminho da luz ao longo da história da expansão define o horizonte de partículas, a borda do universo atualmente observável, e, em um universo em aceleração, um horizonte de eventos além do qual eventos futuros nunca poderão ser vistos, ambos finitos devido à idade finita e à expansão.

Problema do horizonte

Regiões do céu separadas por mais do que o horizonte de partículas na recombinação não poderiam ter trocado sinais, contudo, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas é uniforme entre elas, um enigma que a inflação cósmica foi introduzida para resolver.

Clinical relevance

Os horizontes definem o que a cosmologia pode observar e enquadram enigmas profundos: o horizonte de partículas delimita o universo observável usado em todas as medições cosmológicas, enquanto o problema do horizonte e o problema da planicidade relacionado são as principais motivações para o paradigma inflacionário do universo muito primitivo.

History

Rindler esclareceu e nomeou os diferentes horizontes cosmológicos em 1956; o problema do horizonte que eles expuseram, por que regiões causalmente desconectadas compartilham a mesma temperatura, tornou-se uma motivação central quando Guth propôs a inflação cósmica em 1981 para dar a essas regiões um passado causal comum.

Key figures

• Wolfgang Rindler
• Alan Guth
• Georges Lemaitre

Seminal works

• rindler1956
• weinberg2008

Frequently asked questions

O universo observável é o mesmo que o universo inteiro?

Não. O universo observável é limitado pelo horizonte de partículas, a distância mais distante que a luz poderia ter viajado até nós; o universo quase certamente se estende muito além dele, e pode ser infinito, mas essas regiões são causalmente inacessíveis para nós até agora.

O que é o problema do horizonte e como a inflação o aborda?

Partes amplamente separadas do céu têm a mesma temperatura, apesar de nunca terem estado em contato causal sob a expansão padrão; a inflação propõe uma breve época inicial de expansão acelerada que colocou essas regiões em contato causal previamente, explicando sua uniformidade.