El tiempo cósmico , o tiempo cosmológico , es la coordenada temporal comúnmente utilizada en los modelos de cosmología física del Big Bang . [1] [2] Este concepto de tiempo evita algunas cuestiones relacionadas con la relatividad al definirse dentro de una solución a las ecuaciones de la relatividad general ampliamente utilizadas en cosmología.
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 ocurrieron al mismo tiempo, mientras que otro observador cercano a uno de los rayos afirmará que ocurrió primero y que el otro vino después. Este acoplamiento de espacio y tiempo, el espaciotiempo de Minkowski , complica las comparaciones científicas del tiempo. [3] : 202
Sin embargo, la teoría de la relatividad general de Einstein proporciona una solución parcial. En la relatividad general, el espaciotiempo se define en relación con la distribución de la masa. Un "reloj" conceptualmente vinculado a una masa proporcionará una medición del tiempo bien definida para todas las masas en movimiento conjunto. El tiempo cósmico se basa en este concepto de reloj. [3] : 205
El 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 la 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 en movimiento) es ciego a la expansión del universo.
El tiempo cósmico es la coordenada de tiempo estándar para especificar las soluciones de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker de las ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein. [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 del Hubble .
Hay dos formas principales de establecer un punto de referencia para el tiempo cósmico.
El tiempo presente puede usarse como punto de referencia cósmico creando un tiempo retrospectivo . Esto se puede describir en términos del tiempo que tarda la luz en llegar hasta aquí desde un objeto lejano. [6]
Alternativamente, el Big Bang puede tomarse como referencia para definirlo como la edad del universo , también conocida como tiempo transcurrido desde el big bang . La cosmología física actual estima la edad actual en 13.800 millones de años. [7]
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 desaparecería para un modelo cosmológico estándar como ΛCDM . A efectos técnicos, conceptos como la temperatura media del universo (en unidades de eV) o el horizonte de partículas se utilizan cuando el objetivo de un estudio es el universo temprano, ya que entender la interacción entre partículas es más relevante que su coordenada temporal o su edad. .
En términos matemáticos, un tiempo cósmico en el espaciotiempo es una fibración . Esta fibración, que tiene el parámetro , está formada por variedades tridimensionales .
Las observaciones astronómicas y los modelos teóricos pueden utilizar el corrimiento al rojo como 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 entre la densidad del universo y 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 del modelo de mediciones del corrimiento al rojo dependan del modelo.
