Was ist die physische, geometrische Form des Universums?

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Ich frage nicht nach dem theoretischen Ball gegen den Sattel gegen die flache Oberfläche, die nur eine Metapher mit 2D-Raum ist.

Es ist schwer zu sagen, da wir sehr wenig davon sehen, und wir sehen sie in der Vergangenheit, weil das Licht so lange wandert. Aber was wir wissen ist, dass es sich aufbläst (nicht explodiert, wie man es von der "Urknall" -Namen nennen könnte).

Wie würde das Universum aussehen, wenn wir es in einem Moment einfrieren würden, ist es wahrscheinlich ein Ball oder Rugbyball, ein Kegel oder eine Art unregelmäßige Form?

Ist es durchgehend mit Galaxien, Staub, Schwarzen Löchern gefüllt oder lebt es an den Rändern seiner 3D-Form und der zentrale Teil ist "leer"?

Hat es ein riesiges Schwarzes Loch oder einen Stern in der Mitte, um den sich alles dreht?

Ska
quelle
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Diese Frage ist verwirrt, weil sie von einem privaten Begriff der "geometrischen Form" abhängt, der nicht klargestellt wird. Die geometrische Form des Universums ist zu jedem Zeitpunkt der kosmologischen Zeit flach , und das ist nicht "nur eine Metapher mit 2D-Raum". Oder besser gesagt, das Stück davon, das wir sehen, ist ziemlich flach. Wenn also eine Version des kopernikanischen Prinzips angenommen wird, dann ist es wie ein euklidischer Standard- Raum geformt . Wenn dies nicht angenommen wird, kann keine Antwort auf eine große geometrische Form gegeben werden. 3
Stan Liou
OK, wenn es wie "Standard Euklidian 3-Raum" geformt ist, welche Form hätte es?
Ska
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Nun, es ist in der Tat flach, was bedeutet, dass euklidische Geometrie verwendet werden kann. Da sich das Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit fortbewegt und das Universum nicht unendlich alt ist, hätte unsere "Blase" beobachtbarer Dinge im Universum die Form einer Kugel, die auf uns zentriert ist. Der Mittelpunkt der Kugel würde sich jedoch ändern, wenn Sie sich entscheiden würden, in einen anderen Teil des Universums zu ziehen. Ist das Universum unendlich? Dies ist nicht bekannt, da wir unseren Beobachtungshorizont nicht überschritten sehen können.
Astromax
Wir können auch nicht weit genug reisen, um dies zu testen, sollte ich hinzufügen.
Astromax
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Mögliches Duplikat von Was ist im Zentrum des Universums?
James K

Antworten:

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Die Gesamtgeometrie und Topologie des Universums wurde von der Planck-Mission untersucht. Einige Ergebnisse werden in diesem Artikel beschrieben . Die endgültigen Ergebnisse liegen noch nicht vor.

Ein Ausschnitt:

Wir haben die Bayes'sche Wahrscheinlichkeit für bestimmte topologische Modelle in Universen mit lokal flachen, hyperbolischen und sphärischen Geometrien berechnet, die alle keine Hinweise auf eine mehrfach verbundene Topologie mit einer fundamentalen Domäne innerhalb der letzten Streufläche finden. Nach der Kalibrierung in Simulationen ergibt die direkte Suche nach übereinstimmenden Kreisen, die sich aus dem Schnittpunkt der grundlegenden topologischen Domäne mit der Oberfläche der letzten Streuung ergeben, bei hohem Vertrauen ebenfalls ein Nullergebnis ... Die zukünftige Planck-Messung der CMB-Polarisation ermöglicht es uns, weitere Modelle von zu testen anisotrope Geometrien und nicht triviale Topologien und kann eindeutigere Schlussfolgerungen liefern, z. B. um die Empfindlichkeit für Topologien im großen Maßstab moderat zu erweitern.

Das Ausmaß der Anisotropie des Universums wird aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) abgeleitet.

Kosmischer Mikrowellenhintergrund, wie aus den Planck-Daten abgeleitet, Bildnachweis: Europäische Weltraumorganisation, Planck Collaboration

Bildnachweis: Europäische Weltraumorganisation, Planck Collaboration

Höher aufgelöste Bilder des CMB finden Sie hier

Das Universum ist ungefähr eine 4-dimensionale Raumzeit mit dem Urknall als Singularität. Es hat keine Kanten im 3D-Raum auf Reisen. Wenn Sie in die Vergangenheit schauen, ist die Grenze, wenn Sie sie so nennen möchten, der Urknall. Der Urknall scheint uns auf der Erde in einer Entfernung von 13,81 Milliarden (13,81e9) Lichtjahren in jede Richtung zu sein. Oder 13,81 Milliarden Jahre in der Vergangenheit zu sein, da das Licht diese Zeit brauchte, um zu uns zu reisen. Aber wir können nicht an diese Grenze reisen, weil sich das Universum schneller ausdehnt, als wir (oder das Licht) reisen können. Wir mussten in die Vergangenheit reisen oder schneller als das Licht, um dorthin zu gelangen, egal in welche räumliche Richtung.

Es gibt kein Schwarzes Loch im Zentrum des Universums, sondern den Urknall, wenn Sie es das Zentrum einer 4-D-Raumzeit nennen möchten.

Das Universum ist bei einem festen Alter von beispielsweise 13,81 Milliarden Jahren fast homogen mit Galaxien im sehr großen Maßstab gefüllt. Lokale Galaxien werden zu Clustern und Superclustern gruppiert. Supercluster bilden eine Art 3D-Netz. Aber es gibt keine völlig leeren Regionen. Es gibt immer etwas Gas oder Staub oder Plasma oder schnell wandernde kosmische Strahlen, Neutrinos usw.

Wenn Sie die Expansion des Universums zu einem bestimmten kosmischen Zeitpunkt stoppen könnten , würden Sie sich in beide Richtungen in ungefähr derselben Entfernung und in ungefähr derselben Vergangenheit sehen. (Eine solche Struktur wird als 3-Kugel bezeichnet . Die Oberfläche einer 4-Kugel ist ein Beispiel für eine 3-Kugel. Dieses Youtube-Video versucht, eine rotierende 3-Kugel zu visualisieren.)

Aufgrund der schnellen Ausdehnung der Raumzeit kann sich Licht nicht schnell genug im Universum bewegen, um dies zu ermöglichen. Deshalb können wir bestenfalls auf den Urknall zurückblicken, egal in welche Richtung wir schauen. Das Licht braucht mehr Zeit, um sich im Universum fortzubewegen, da das Universum nach dem Urknall existiert.

Gerald
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Ok, um es auf den tiefsten Punkt zu vereinfachen, den ich mir vorstellen kann. Das Universum hat sich am Ende der Inflationsperiode auf die Größe eines Sonnensystems aufgeblasen, irgendwo bei 10 bis 32 Sekunden. War es damals eher eine Scheibe oder eine Kugelform oder etwas anderes?
Ska
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Noch etwas: Sie ähnelt in etwa der dreidimensionalen Oberfläche einer vierdimensionalen Kugel, ist jedoch nicht ganz symmetrisch. Die genaue Form ist nicht genau bekannt, aber wahrscheinlich nicht zu stark verzerrt, wie ein Torus, ein Würfel oder ein Dodekaeder. Dies wird noch untersucht. Genauere Ergebnisse werden innerhalb weniger Jahre erwartet, wenn die Polarisation des CMB analysiert wird.
Gerald
"Weder die Suche nach Kreisen am Himmel noch die Wahrscheinlichkeitsmethode finden Hinweise auf eine mehrfach verbundene Topologie" des Planck-Papiers, Abschnitt 6.1 bedeutet, dass es sich nicht um ein torusartiges oder komplexeres Objekt mit Löchern handelt.
Gerald
Erklärung einfach verbundener Räume: en.wikipedia.org/wiki/Simply_connected_space .
Gerald
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... hätte beginnen sollen; Die amerikanische Version funktioniert immer noch für mich: youtube.com/embed/6cpTEPT5i0A?list=PL3C690048E1531DC7
Gerald
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Ok, vielleicht haben Sie einige Missverständnisse.

Das Universum hat überhaupt kein Zentrum. Es sieht vom avaery Punkt zum gleichen aus, wohin Sie schauen. Es ist ungefähr wie folgt:

Dichtefilamente

Dieses Bild stellt eine sehr große Box in unserem Universum zur aktuellen Zeit dar (nicht zur wahrgenommenen Zeit, basierend auf dem empfangenen Licht). Natürlich ist es nur eine Computersimulation. Jeder Punkt repräsentiert einen Galaxienhaufen.

Sie müssen sich also einen unendlichen dreidimensionalen Raum vorstellen, der mit solchen filamentartigen Strukturen gefüllt ist. Und unendlich bedeutet, dass es keine Grenzen hat, also keine "äußere" Form. Kein Ball, Rugbyball oder Kegel da. Auch nicht unregelmäßige äußere Form, nur unendlich. Jede dieser Formen hat eine 2D-Grenze in einem 3D-Raum, aber das Universum hat keine Grenze.

Einladen
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Woher kommt diese Simulation und wo wäre ungefähr eine Milchstraße? Von diesem Modell sieht es sehr nach einer würfelförmigen Form aus, überhaupt nicht unendlich, zumindest zu diesem Zeitpunkt nicht. Vielleicht kann es basierend auf der Geschwindigkeit der Inflation als unendlich angesehen werden: neugierig.astro.cornell.edu/question.php?number=575 , aber an einem bestimmten gefrorenen Punkt ist es nicht. Und obwohl es von außen keine Raumzeit gibt, also keine Form , "wissen" wir immer noch, dass Galaxien, egal wie groß sie sind, in einem bestimmten Muster zusammengesetzt sind und eine bestimmte "Form" bilden.
Ska
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Unendlich zu sein bedeutet nicht, keine Grenze zu haben (zumindest nicht für sich). @Ska: Wenn du nach der Verteilung von Galaxien gesucht hast, hättest du direkt danach fragen sollen.
Stan Liou
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Übrigens ist diese Box, in der Benutzer Simulationen ausführen, periodisch (Partikel, die von einer Seite abgehen, erscheinen auf der anderen). @Ska Die Tatsache, dass sie einen Würfel ausgewählt haben, um einen Teil des Universums darzustellen, über den sie lernen möchten, ist irrelevant. Auch dass das Universum "unendlich" ist, kann niemand beweisen. Die Ausdehnung der Raumzeit scheint überall zu erfolgen, aber das bedeutet nicht, dass das Universum unendlich ist.
Astromax
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@Ska: deine Annahme ist falsch; Der Raum hat und hatte in keinem kosmologischen Modell eine Grenze, die mit dem übereinstimmt, was wir über die Schwerkraft wissen (die Einschränkung ist, dass unser Wissen über die Schwerkraft im sehr frühen Universum völlig ungewiss ist). Es gab (und gibt) jedoch einen Horizont, der die Grenze möglicher Beobachtungen definiert, wie oben erwähnt. Aber da gibt es physisch nichts Besonderes; Jeder Punkt im Raum hat seinen eigenen Horizont.
Stan Liou
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@Ska: Ja, ein flacher Torus ist eine mögliche Geometrie, aber die Geometrie muss sich nicht "wiederholen", um sich selbst zu umwickeln. Es muss kein Torus sein. Jenseits des Horizonts könnte sich ein euklidischer Raum anstelle eines flachen Torus befinden. Oder es könnte rosa Einhörner geben. Oder irgendetwas anderes. Der Punkt des Horizonts ist, dass wir nicht wissen, was dahinter steckt. (Aber wenn man annimmt, dass das Universum global isotrop ist, dann kann es kein Torus sein.)3
Stan Liou