Hat (es macht Sinn zu sagen) das Universum ein Zentrum?

Die Frage nach dem Zentrum des Universums ist eine Frage, ob das Universum an allen Punkten gleich ist. Der einfachste Weg, um zu sehen, dass das Universum jetzt kein Zentrum hat, ist die Verwendung des Newtonschen Urknalls. In einer solchen Beschreibung fliegt alles mit einem Geschwindigkeitsvektor, der proportional zum Positionsvektor ist, von allem anderen weg, wobei wir uns im Ursprung befinden:

Angenommen, Sie befinden sich auf einem der Objekte an Position r. Dann ist aus Ihrer Sicht alles reingeschoben$r$, wegen deiner neuen Mitte$r\rightarrow r-r_0$, aber alles ist auch reingeschoben$v$, weil Ihre Geschwindigkeit relativ zu uns nicht Null ist, aber Sie werden sich selbst als stationär bezeichnen. So$v\rightarrow v-ar_0$. Das Ergebnis ist, dass Sie die Objekte so beschreiben, dass sie mit einer Geschwindigkeit, die proportional zu ihrem Positionsvektor ist, von Ihnen wegfliegen .

Der Newtonsche Urknall ist homogen – jeder fühlt sich im Zentrum. Es ist genau analog zum relativistischen Urknall, der ebenfalls homogen ist. Aber der Newtonsche Urknall ist unendlich, während der relativistische Urknall endlich ist, da es in Newton keinen Horizont gibt.

Der Horizont in der Relativitätstheorie tritt dort auf, wo die Objekte mit Lichtgeschwindigkeit wegfliegen, oder äquivalent, wo die Lichtstrahlen, die Sie erreichen, direkt aus dem Urknall hervorgehen (denn weiter hinaus zu schauen bedeutet, in die Zeit zurückzublicken). Der Horizont begrenzt den Raum, aber er bestimmt kein Zentrum, weil jeder Punkt einen Horizont hat, der symmetrisch um sich selbst ist.

Die Antwort auf Ihre Frage hängt davon ab, wie die wahre Konfiguration des Universums ist, und dieses Wissen haben wir derzeit nicht. Es ist denkbar, dass der Raum, den wir sehen, auf natürliche Weise in einen größeren Raum eingebettet ist, für den der Begriff des Zentrums wohldefiniert ist. Es ist auch gut möglich, dass wir in einem Raum leben, in dem der Begriff Zentrum keine Bedeutung hat.

Wir neigen dazu, eine Intuition aufzubauen, dass alles einen Mittelpunkt hat, denn das gilt für Alltagsgegenstände um uns herum, wie zum Beispiel Rosinenbrote. Diese Objekte können innerhalb eines Kastens endlicher Größe begrenzt werden, und der Raum um uns herum ist flach genug, dass wir euklidische Methoden verwenden können, um Mittelpunkte zu bestimmen (z. B. durch Integration einer charakteristischen Funktion multipliziert mit einer kartesischen Koordinate). Wenn unser Universum tatsächlich diese Form hat, dann ist es sinnvoll, einen herausragenden Ort zu haben, auf den wir zeigen und den wir Zentrum nennen können. Bisher scheint es keinen experimentellen Beweis dafür zu geben, dass unser Universum eine solche Form hat.

Die meisten abstrakten Mannigfaltigkeiten, die potentielle Raumzeiten sind, haben keinen herausragenden Punkt, der als Zentrum betrachtet werden kann. Diese Raumzeiten werden als eine unendliche Menge von Punkten dargestellt, zusammen mit einem Begriff der Nähe, und normalerweise gibt es eine Gruppe von Diffeomorphismen, die Punkte verschieben, aber die Physik nicht wirklich verändern. Diese Symmetrie zerstört normalerweise jede Hoffnung auf einen Punkt, den wir aus gutem Grund als "Zentrum" bezeichnen können - wir erwarten, dass die Physik an einem solchen Punkt und an nahe gelegenen Punkten gleich ist, sodass dieser Punkt nicht unterschieden wird aus irgendeinem körperlichen Grund.

Bei der Allgemeinen Relativitätstheorie geht es um die Beschreibung (der Dynamik) einer gekrümmten Raumzeit. Sie benötigen also eine Sammlung von Ereignissen und eine Metrik, die Ihnen das Intervall zwischen Ereignissen in der Nähe angibt.

Das ist es.

Sie können auch eine Stressenergiequelle bezeichnen. Aber alles andere ist entweder unphysikalisch oder eine direkte Voreingenommenheit, die ohne Grund in eine Theorie eingebracht wird. Es gibt einige leicht zu visualisierende Beispiele, die einen homogenen endlichen Raum ohne Grenzen zeigen, beginnen wir mit dem einfachsten.

Beginnen Sie mit radialen Koordinaten$r \in[0,\infty)$und$\phi \in [0,2\pi)$für die Polarebene betrachten Sie dann die Metriken wie

$ds^2=c^2dr^2-\left( a(r)\right)^2\left( d\phi^2 \right)$

Wo$r$ist eine Zeitkoordinate und anders$\phi$entsprechen unterschiedlichen Orten. Der Urknall ist also der Ursprung und alle Strahlen, die vom Ursprung ausgehen, sind die unterschiedlichen Orte, alle konzentrischen Ringe sind die verschiedenen Momente der kosmologischen Zeit. Und jeder Standort ist jedem anderen vollkommen ebenbürtig.

Ebenso können Sie eine 3D-Raumzeit mit einem 2D-Raum haben. Beginnen Sie mit sphärischen Koordinaten$r \in [0,\infty),$ $\phi \in [0,2\pi)$und$\theta \in [0,\pi]$dann betrachten Sie die Metriken wie

$ds^2=c^2dr^2-\left( a(r)\right)^2\left( d\theta^2+\sin^2\theta d\phi^2 \right)$

Wo$r$ist eine Zeitkoordinate und anders$\theta$und$\phi$entsprechen unterschiedlichen Orten. Der Urknall ist also der Ursprung und alle Strahlen, die vom Ursprung ausgehen, sind die unterschiedlichen Orte, alle konzentrischen sphärischen dünnen Schalen sind die verschiedenen Momente der kosmologischen Zeit. Und jeder Standort ist jedem anderen vollkommen ebenbürtig.

In ähnlicher Weise können Sie eine 4D-Raumzeit haben, die konzentrischen Hypersphären sind die verschiedenen Momente, und die Orte sind wiederum die Strahlen vom Ursprung.

So können Fragen beantwortet werden, wie z. B. die Erweiterung des Raums, er dehnt sich in die Zukunft aus, weil Oberflächen, die weiter vom Ursprung entfernt sind, weiter in der Zukunft liegen. Warum sieht jeder Punkt gleich aus, jeder Punkt auf einem Kreis sieht gleich aus, jeder Punkt auf einer Kugel sieht gleich aus und jeder Punkt einer Hypersphäre sieht gleich aus.

Es gibt keine Kanten, genauso wie ein Kreis oder eine Kugel keine Kante hat. Und die gesamte Allgemeine Relativitätstheorie geschieht durch das Herausfinden der Dynamik von$a(r).$Und das zu tun ist Standardkosmologie.

Ja! Das Zentrum des Universums ist der einzige Ort, an dem die Zeit "richtig" ist. Das heißt, nicht von äußeren Gravitationsfeldern beeinflusst. Mit „richtig“ meine ich also, wo die Zeit schneller (oder nicht langsamer) läuft als anderswo.

Es sei dem Leser als Übung überlassen, wie dieser Ort gefunden werden könnte.

Es macht Sinn zu sagen, wo das Zentrum des Universums ist. Aber leider wird es immer mehrdeutig erklärt. Eine einfache Möglichkeit, es zu erklären, ist dieses Video

Die Erklärung hängt im Wesentlichen davon ab, von welchem ​​Bezugspunkt aus Sie das Universum betrachten. Wenn ich zum Beispiel auf der Erde stehe, kann ich sagen, dass die Erde stationär ist, aber wenn ich auf einem anderen Planeten bin, kann ich sehen, dass sich die Erde nicht nur auf ihrer Umlaufbahn bewegt, sondern auch um ihre eigene Achse.

Grundsätzlich gibt es bei Big Bang keine Explosion. Es war nur eine Erweiterung. Materie dehnte sich einfach in einer Art Explosion aus und begann sich voneinander wegzubewegen. Es ist wie ein Gas in einem Behälter. Lassen Sie uns den Behälter plötzlich erweitern, alle Moleküle werden sich voneinander entfernen. Es wird kein Zentrum geben, da die Ausdehnung gleichförmig ist. Wichtiger Punkt hier innerhalb dieses Gases, nicht außerhalb. Für dich wird es also so aussehen, als ob du das Zentrum des Universums bist, weil sich alles von dir wegbewegt.

Wenn Sie nun den Bezugspunkt ändern, sagen wir, Sie betrachten das Universum von außen, werden Sie sehen, dass Sie ein Zentrum sind, von dem aus sich alles ausdehnt. Da wir uns innerhalb dieses Gases/dieser Materie befinden, gehen wir davon aus, dass es kein Zentrum gibt, weil die Nutzung von allem sich von jedem einzelnen Objekt auszudehnen scheint. Ich denke, es hängt wirklich davon ab, aus welchem ​​Winkel man das Universum betrachtet.