Uma dúvida que tenho há anos e que me intriga muito é seguinte: na Figura 1, que envio em anexo, muito simplificadamente, coloquei a Terra e o tamanho do Universo observável. Se estou correto, para qualquer direção que olhemos, temos sempre a mesma distância, ou seja, 13.3 biliões de anos-luz. Isso colocaria a Terra no centro do Big Bang e, consequentemente, no centro do Universo, correto? Supondo que a Terra não está no centro, mas sim na borda do nosso Universo, na posição P2 na Figura 2, então o tamanho do Universo passaria a ser de 2 vezes os 13.3 biliões de anos-luz (setas azuis na Figura 2). De acordo com esta ideia o Universo seria mais velho e maior em relação ao indicado usualmente. Como explicar isso?

Figura 1

Figura 2
Relativamente à questão relacionada com a Figura 1: sim, qualquer que seja a direção em que observemos chegamos à conclusão de que o Universo Observável estende-se por cerca de 46508 milhões de anos luz (prefiro falar em milhões uma vez que a palavra bilião tem significados diferentes em diferentes países...).

Nota: a idade estimada atualmente para o Universo é de aproximadamente 13800 milhões de anos. Se o Universo não estivesse em expansão o raio do Universo observável seria 13800 milhões de anos luz. Contudo devido à expansão do Universo conseguimos ver objetos que no passado estavam muito mais próximo de nós. Feitos os cálculos obtemos para o raio do Universo observável valores próximos de 46500 milhões de anos luz.

Pelo que nos é dado observar o Universo, quando considerado em larga escala (milhões de anos luz), é homogéneo (todos os seus pontos são equivalentes) e isotrópico (todas as direções são equivalentes). Um observador situado num planeta numa galáxia a 1000 milhões de anos luz da nossa terá exatamente a mesma percepção: o seu planeta parece que está no centro de tudo. O mesmo acontece para qualquer outro observador em qualquer parte do Universo. Podemos colocar a Terra no centro do Universo: mas isso é apenas uma escolha de sistema de referência, que nalgumas situações pode ser conveniente, mas que não dá um significado especial à Terra.

Relativamente ao caso da Figura 2 de certa forma já foi respondido. Um observador em P2 não teria a sensação de estar na periferia do universo. Ele teria na mesma a sensação de estar no centro como nós aqui na Terra. Para ele o Universo observável teria na mesma os tais 46500 milhões de anos luz de raio. Parte do nosso Universo Observável não estaria acessível para P2, uma parte seria comum e uma parte do Universo Observável de P2 não está acessível para nós aqui na Terra. Na Figura 2 cada circulo representa o Universo Observável para um observador localizado no centro desse circulo. Alguns dos universos observáveis representados têm partes em comum e outros não.

O que está na base disto tudo: um dos modelos mais consensuais para o nosso Universo recorre a um mecanismo chamado Inflação (bem no início do Big Bang) durante o qual o universo expandiu por um factor da ordem de 10^50 (1 seguido de 50 zeros) para depois voltar à sua expansão "normal". A Inflação ampliou o Universo de tal forma que apenas uma parte é observável a partir de cada ponto.

Note-se que quando se fala nestas coisas (modelo do Big Bang, Inflação, etc.) estamos a falar na construção de modelos teóricos que pretendem descrever aquilo que nos é dado observar tão bem quanto possível. Um bom modelo (ou uma boa teoria) é aquele que não é desmentido pela observação e que, para além disso, é capaz de prever novas situações que possam ser testadas ou observadas. É o caso do modelo do Big Bang com a Inflação.

Para completar o que foi dito sugerem-se as seguintes consultas:

Universo explosivo, inflacionário, acelerado e desconhecido

O Big Bang e a evolução do Universo

A doubt that I have had for years and that intrigues me a lot is the following: in Figure 1, which I am attaching, very simply, I have placed the Earth and the size of the observable Universe. If I'm correct, in any direction we look, we always have the same distance, that is, about 13.3 billion light years. That would place the Earth at the center of the Big Bang and, consequently, at the center of the Universe, correct? Assuming that the Earth is not at the center, but at the edge of our Universe, at position P2 in Figure 2, then the size of the Universe would become 2 times the 13.3 billion light-years (blue arrows in Figure 2). According to this idea, the Universe would be older and larger in relation to what is usually indicated. How can this be explained? Regarding the question related to Figure 1: yes, whichever direction we look at, we arrive at the conclusion that the Observable Universe extends for about 46.508 billion light years.

Note: The current estimated age of the Universe is approximately 13.8 billion years. If the Universe were not expanding, the radius of the observable Universe would be 13.8 billion light years. However, due to the expansion of the Universe, we are able to see objects that in the past were much closer to us. Once the calculations are done, we obtain values close to 46.5 billion light years for the radius of the observable Universe.

From what we can observe, the Universe, when considered on a large scale (millions of light years), is homogeneous (all its points are equivalent) and isotropic (all directions are equivalent). An observer located on a planet in a galaxy 1 billion light years away from ours will have exactly the same perception: his planet seems to be at the center of everything. The same goes for any other observer anywhere in the Universe. We can place the Earth at the center of the Universe, but that's just a choice of a reference system, which in some situations may be convenient, but which does not give the Earth a special meaning.

Regarding the case of Figure 2, in a way, it has already been answered. An observer at P2 would not have the feeling of being on the periphery of the universe. He would still feel at the center like we do here on Earth. For him, the observable Universe would still have the same radius as in Figure 1. Part of our Observable Universe would not be accessible to P2, a part would be common to both and a part of P2's Observable Universe would not be accessible to us here on Earth. In Figure 2, each circle represents the Observable Universe for an observer located in the center of this circle. Some of the represented observable universes have parts in common and some don't.

Here is the basis of all this: one of the most consensual models for our Universe uses a mechanism called
Inflation (at the very beginning of the Big Bang), during which the universe expanded by a factor of the order of 10^50 (1 followed by 50 zeros), and then reverts to its "normal" expansion. Inflation enlarged the Universe in such a way that only a portion is observable from each point.

It should be noted that when we talk about these things (Big Bang model, Inflation, etc.), we are talking about the construction of theoretical models that intend to describe what we can observe as well as possible. A good model (or a good theory) is one that is not contradicted by observation and that, moreover, can predict new situations that can be tested or observed. This is the case of the Big Bang model with Inflation.

To complete what has been said, the following queries are suggested:

Explosive, inflationary, accelerated and unknown universe (in portuguese)

The Big Bang and the Evolution of the Universe (in portuguese)