问伊桑#6:宇宙中心

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“如果您寻求真相,您最终可以找到和平;如果您寻求慰藉,您将不会找到慰藉或真理-您只会以温和的肥皂和一厢情愿的想法开始,最后以绝望结束。”

克莱夫·斯台普斯·刘易斯(Clive Staples Lewis)


然而,有时您发现的答案与您的想法,感受甚至您的常识相冲突。例如,如果读者问我以下问题:
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那么宇宙的几何形状是什么,它有一个中心吗?

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首先,我们将划分“我们的宇宙”(即可观察到的宇宙)和“总体宇宙”的概念,其中包括自大爆炸以来与我们有关的一切。当我们凝视夜空时,然后在太阳系的背后,银河系中的恒星,气体和尘埃,银河系邻近星系之外的星系,以及进一步接近无穷远的地方,我们将观察可观测的宇宙。

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在宇宙的黑暗岁月中,您可以超越观测到的最遥远的星系,直到第一批恒星被点燃。在此之前,大约在138亿年前,当宇宙更小,更热和更致密时,它太热而无法形成单个原子-这就是我们在观察宇宙微波背景辐射(KMPI)时所看到的。在此之前的38万年前,发生了大爆炸-创造了一个炽热,密集,膨胀和冷却的宇宙。

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这是我们可以从自己的位置观察到的那部分宇宙。我们所看到的大约是一个以我们为中心的球体,半径约为460亿光年。

但是我们不在宇宙的中心。相反,说到它,我们是在一个物理理论的上下文中进行讨论,它是对GR的大规模描述。相对论说,空间不是像三维晶格那样平坦,而是在物质和能量的存在下弯曲。

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在很大程度上,宇宙也可以具有曲率,这取决于物质的不同类型,能量和膨胀速度。当三角形的角度小于180度时,它可能具有负曲率。正角-角度大于180度时;或像纸一样平坦,三个角度之和为180度。

另外,曲率会影响从一个点发出的两条光线所发生的情况-它们将进一步分散,相交或保持一定角度。

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根据今天的观察和物理定律,我们知道宇宙是平坦的(精确度为1%),并且不可观察的宇宙的大小至少是可观察的宇宙的150倍。最重要的是,这证实了所观察到的KMFI。

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如果我们的结论是正确的,那么我们正在观察的宇宙与它在任何其他部分的其他观察者可以做出的观察没有什么不同。当然,在局部尺度上可能存在差异-星系分布的密度和物质的局部分布。在某些方向上,有巨大的星系团,在其他方向上则是空隙。 KMFI的某些部分更热或更冷。

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但是从大范围看,宇宙看起来像下面的地图。尽管任何观察者都会有一个球形部分(其半径由自大爆炸以来光线通过的路径确定)以观察者为中心,但所有这三个维度上的空间似乎都将继续并尽可能继续。

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那中心呢?这取决于您要进入假设区域的多少。一方面,取决于曲率,空间的结构具有大规模的形状。如果曲率为正,则它具有球形形状,并且自身闭合。如果是扁平的,则可以采用圆环或圆柱体的形式,然后再次闭合。如果为负,则可以采用小规模的鞍形形式,但仍会锁定其自身。

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通常,根据曲率,宇宙可以是有限的或无限的。如果是有限的,那么我们可以谈谈中心。如果时空为球形,则球形的中心应为球形。如果时空为甜甜圈形状,则中心将位于孔的中心。

但是这种推理存在问题。

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您从三个方面思考。难怪。但是,所有描述的表面都是球体的表面,甜甜圈或鞍形的表面,都是二维的。您正在寻找第三维的中心。

但是空间具有三个维度。宇宙不会像膨胀的橡胶球的二维表面那样膨胀,而是像面包的三维面团(在重力为零的烤箱中)那样在所有三个维度上膨胀。因此,如果宇宙是有限的并且具有中心,那么它将位于具有大量维数的空间中。

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在左侧,圆的表面是一维线。其中心位于二维平面上。但是,如果您只沿着路线走,问“中心在哪里”,那么您的问题就没有意义了。

右侧的球体表面是二维的。她在三个维度上都有一个中心,但是如果您在表面上行走,那么中心的问题也就没有意义了。

这就是我们对三维空间的了解。

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可以认为它是多维空间中某个结构的表面,并且具有中心。但是我们找不到这个中心。中心问题没有意义-就像就该圆上的点而言,圆的中心问题一样。

因此,宇宙没有中心。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN380889/


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