Könnte das räumlich flache Universum klein anfangen?

Der globale Raum wurde innerhalb einer kleinen Fehlerspanne flach gemessen. Laut FLRW war das flache Universum schon immer unendlich. Zur Zeit des Urknalls war das Universum unendlich groß mit der unendlichen Energiedichte an jedem „Punkt“. Das bedeutet, dass jedes endliche „Volumen“, egal wie klein, am Anfang eine unendliche Gesamtenergie hatte.

Ich verstehe, dass "Volumen" und andere beschreibende Eigenschaften nicht direkt auf die Singularität angewendet werden können. Was ich eigentlich meine, sind Grenzen. Beispielsweise wird das Gesamtvolumen des beobachtbaren Universums beliebig klein, wenn wir es in der Zeit beliebig nahe an die Zeit Null zurückverfolgen:

(1) lim T → 0 v = 0

Offensichtlich ist die Gesamtenergie des beobachtbaren Universums nicht unendlich und war in seinem Leben niemals unendlich. Das bedeutet, dass das beobachtbare Universum von einem unendlich kleinen „Volumen“ (wie oben beschrieben) im Wesentlichen von einem „Punkt“ aus angegeben wird.

Bitte beachten Sie, dass sich diese Beschreibung von der naiven Ansicht unterscheidet, dass "der Urknall an einem bestimmten Punkt passiert ist", wie hier erklärt:

Ist der Urknall irgendwann passiert?

Während der Urknall nicht an einem Punkt stattfand, begann unser beobachtbares Universum tatsächlich an einem "Punkt", der durch definiert wurde ( 1 ) über.

Mir ist klar, dass sich der Inhalt des beobachtbaren Universums zeitlich mit der Raumausdehnung ändert. Dies ist jedoch irrelevant für meine Frage. Die einzige relevante Bedingung ist, dass die Energie des beobachtbaren Universums immer endlich, aber offensichtlich nicht konstant ist.

Wenn das beobachtbare Universum von einem „Punkt“ (wie definiert) in einem unendlich großen „Raum“ ausgeht, dann befindet sich jeder andere „Punkt“ in diesem „Raum“ nicht in unserem vergangenen Lichtkegel, ist kausal von unserem beobachtbaren Universum getrennt und können uns auf keine andere Weise beeinflussen, als dass sie dazu beitragen, dass die globale Raumkrümmung flach ist.

Wenn dies richtig ist, dann scheint es keinen greifbaren Unterschied zu geben, ob das Universum unendlich groß oder unendlich klein beginnt. Wenn unser beobachtbares Universum von einem „Punkt“ in einem unendlich großen „Raum“ ausgeht und jeder andere „Punkt“ kausal von uns getrennt ist, warum müssen wir dann diese anderen „Punkte“ überhaupt als „existierend“ betrachten? Was würde uns davon abhalten, einfach zu postulieren, dass das gesamte Universum flach, aber klein begann, während es ursprünglich mit dem beobachtbaren Universum zusammenfiel?

Ist an dieser Denkweise etwas falsch? Danke für deinen fachmännischen Einblick!

Ich habe die Idee von "unendlich groß oder unendlich klein" nicht verstanden. Wenn etwas unendlich ist, ist es unendlich. Wie kann man „klein“ unendlich und „groß“ unendlich definieren? Oder wie definierst du sie?
@Reign Ein Beispiel für etwas unendlich Großes könnte das Universum sein. Ein Beispiel für etwas unendlich Kleines ist ein geometrischer Punkt. Hilft das?
Jetzt glaube ich, ich habe es nicht verstanden..
Wie kann das Universum von "klein" anfangen?
Ein flaches Universum kann eine endliche, sichere Sphäre sein. Die Geschichte besagt, dass sich die Menschen in alten Zeiten keine Welt vorstellen konnten, die gekrümmt war. Sie konnten sich nur eine Welt mit Rand vorstellen. Heutzutage haben wir Kosmologen, die sich eine nicht gekrümmte Welt nicht vorstellen können. Sie können sich keine Welt mit Rand vorstellen .
Was wir als Expansion sehen, kann tatsächlich eine Unterteilung sein (was mehr oder weniger die Implikation von Penroses Conformal Cyclic Cosmology ist). Wir sind nicht dazu verdrahtet, die Ewigkeit zu verstehen: So hat uns die Evolution nicht weiterentwickelt. Die Umkehrung von Bildern und Situationen ist jedoch etwas, zu dessen Verständnis wir uns entwickelt haben.

Antworten (4)

Wenn Sie „Punkt“ in erschreckende Anführungszeichen schreiben, erfinden Sie im Wesentlichen den Begriff der Grenzkonstruktionen neu. Einige gute Umfragen zu diesem Thema sind:

Sanchez, "Kausale Grenzen und Holographie zu wellenartigen Raumzeiten", http://arxiv.org/abs/0812.0243

Ashley, „Singularitätstheoreme und die abstrakte Grenzkonstruktion“, https://digitalcollections.anu.edu.au/handle/1885/46055

Das Wichtigste, was man über Grenzkonstruktionen in GR erkennen muss, ist, dass Versuche, sie auf allgemeine Raumzeiten anzuwenden, gescheitert sind. Sie sind im Zusammenhang mit Penrose-Diagrammen sehr praktisch, aber wir haben keine nützliche allgemeine Theorie für sie.

Ihr Argument bezüglich der Nicht-Falsifizierbarkeit der Existenz unbeobachtbarer Regionen der Raumzeit ist in Ordnung, aber es hat nichts mit Kosmologie zu tun. Sie können den Minkowski-Raum nehmen und dumme Dinge tun, z. B. einen Punkt daraus entfernen oder alles außer einem bestimmten Bereich entfernen. Dies hat keine Folgen für einen Beobachter, dessen vergangener Lichtkegel die fehlenden Punkte vermeidet, aber es ist eine dumme Sache, und wir haben keine Gesetze der Physik, die uns helfen würden, zu entscheiden, was die entfernten Teile der Raumzeit sein sollten. Deshalb wollen Relativisten meist nur über maximale Raumzeitausdehnungen diskutieren.

Danke für deinen Einblick, ich weiß es zu schätzen. Während es in der Tat dumm ist, willkürliche Regionen aus der Minkowski-Raumzeit zu entfernen, besteht die Bedeutung des vorgeschlagenen Verfahrens darin, darauf hinzuweisen, dass die Regionen außerhalb unseres Lichtkegels, der beim Urknall beginnt, nicht existieren und niemals in einem sinnvollen Sinn der Existenz existierten. Dies räumt auch mit einer ziemlich unphysikalischen Vorstellung auf, dass die Big Band im Raum unendlich ist und an jedem Punkt eine unendliche Energie hat. Mir ist klar, dass dieses Verfahren nicht streng ist, sondern nur eine Idee, die einer besseren Definition bedarf und sogar zu einer anderen Geometrie als FLRW führen kann.

Wenn dies richtig ist, dann scheint es keinen greifbaren Unterschied zu geben, ob das Universum unendlich groß oder unendlich klein beginnt

Wenn Sie davon ausgehen, dass das Universum unendlich ist, muss es zu jeder Zeit unendlich sein. und nur zum Anfangszeitpunkt gibt es eine Urknall-Singularität.

Wenn das Universum unendlich ist, war es immer unendlich. Bei T = 10 − 10000000 es war immer noch unendlich. Es muss geometrisch sein. Aber bei T = 0 , haben wir eine Singularität.

Sie haben geschrieben, dass unendlich klein wie ein Punkt bedeutet, aber das Universum kann bekanntlich nicht in einen Punkt gequetscht werden. Auch wenn es unendlich klein ist, ist es immer noch unendlich.

Wenn unser beobachtbares Universum von einem „Punkt“ in einem unendlich großen „Raum“ ausgeht und jeder andere „Punkt“ kausal von uns getrennt ist, warum müssen wir dann diese anderen „Punkte“ überhaupt als „existierend“ betrachten?

Denn das Universum muss zu jeder Zeit unendlich sein. Diese Punkte existieren also nach mathematischer Definition.

Was würde uns davon abhalten, einfach zu postulieren, dass das gesamte Universum flach, aber klein begann, während es ursprünglich mit dem beobachtbaren Universum zusammenfiel?

Das Universum ging von einer Singularität aus. Wenn es flach ist, muss es wieder unendlich sein. Egal wie klein es ist.

Wenn Sie "Warum wir nicht glauben können, dass unser Universum wie ein beobachtbares Universum begann" meinen, wäre meine Antwort folgende.

1-Universum ist das Ding, das allem begegnet. Es muss also immer noch von einer Singularität ausgegangen werden. Und wenn es flach ist, muss es unendlich sein

2- CMBR-Strahlung zeigt, dass es im Universum keine Vorzugsrichtung gibt. Was darauf hinweist, dass es keine Erweiterung vom Punkttyp geben kann. Sogar das beobachtbare Universum scheint von einem Punkt auszugehen, es hat tatsächlich nicht von einem Punkt aus begonnen. Das beobachtbare Universum hat kein "echtes" Zentrum, es gibt nur das Universum und wir haben eine Grenze dessen, was wir sehen können.

Bei Reign geht es nicht darum festzustellen, was das Universum ist, sondern wie die Dinge in einem möglichen Szenario funktionieren. Wie lässt sich die Vorstellung in Einklang bringen, dass überall Raum entsteht, wenn nicht erst Raum vorhanden ist? Es gibt keine Inflation, die dies geometrisch überwindet, nicht einmal ein Kausalitätsproblem oder nicht. Wenn U am Anfang nicht unendlich sein muss, macht dies außerdem die allgemeine Behauptung „Urknall“ bedeutungslos, die überall passiert ist und die wir alle immens hilfreich finden, um Menschen oder Benutzern zu erklären, dass Urknall keine gewöhnliche Explosion ist. Damit natürlich gut. Nur verwirrt über das Ganze.
@Alchimista Ich weiß, aber OP behauptet, dass das Universum flach ist. Aber eigentlich ist das nicht die Tatsache, wir können nicht wissen, ob das Universum flach ist oder nicht. Es ist schwer für mich zu verstehen, "Wenn U am Anfang nicht unendlich sein muss"? was bedeutet das?
Urknall war nie eine Punktexplosion. Das Universum war unendlich, selbst in kleinen Maßstäben.
Es ist das, was Sie geschrieben haben: "Annahme, die damit begann, dass das Universum unendlich ist, aber es muss nicht unendlich sein.". Im Übrigen schlagen weder OP noch ich hier eine klassische Explosion vor. Das sollte klar sein. Zumindest für mich könnte die Quelle der Verwirrung "Raum entstand" sein. Für mich hatte immer etwas Unendliches immer Platz in sich, was zu klein geschrumpft ist.
@Alchimista Ich sehe dann gut aus
" OP behauptet als Tatsache, dass das Universum flach ist " - Nein, meine Behauptung ist, dass das U unabhängig von der Raumkrümmung als endlich angesehen werden kann. Unendliche Regionen, die ursächlich von uns getrennt sind, haben keine physikalische Bedeutung.
@Alchimista "Der Urknall geschah an einem Punkt" unterscheidet sich vom Universum ab einem Punkt. Ersteres bedeutet, dass es irgendwo in unserem Universum einen Punkt gibt, an dem der Urknall passiert ist. Dies ist offensichtlich falsch. Letzteres bedeutet, dass sich der Punkt, an dem das Universum begann, auf das gesamte uns heute bekannte Universum ausgeweitet hat. Der Ausgangspunkt ist also jetzt so groß wie das Universum.
@safesphere Ja, Sie haben Recht damit, dass das Universum als endlich angesehen werden kann. Was meinst du mit "keine physikalische Bedeutung haben"?
Okay, lassen Sie es mich so sagen. Wenn Sie meinen, warum brauchen wir andere "Punkte", die nicht mit dem Universum interagieren, dann habe ich die Antwort für den unendlichen Fall geschrieben. Für den Fall des endlichen Universums brauchen wir sie, weil das beobachtbare Universum endlich aussehen sollte.
@safesphere Was ist hier jetzt das Problem?
„Existenz“ bedeutet, mit unserer Raumzeit ursächlich verbunden zu sein. Was keine Verbindung zu unserer Raumzeit hat, existiert nicht und jede Beschreibung davon ist bedeutungslos, weil es nicht von der Wissenschaft getestet werden kann.
@ safesphere Es ist tatsächlich mit der Raumzeit verbunden. Was sind Ihre Argumente gegen meine Antworten?
Ich habe keine Argumente gegen Ihre Antwort, da sie nicht speziell auf meine Frage eingeht. Der Punkt meiner Frage, dass die nicht-physische unendliche Größe und Energie des Universums beseitigt werden kann, indem man postuliert, dass das Universum flach begann. Ihre Antwort diskutiert diesen Punkt nicht, aber trotzdem danke für Ihre Einsicht.
@ Wenn das Universum flach begann, ist es unendlich? Es fällt mir schwer, Ihre Argumente zu verstehen. Ich habe meinen Beitrag etwas editiert.
Unendliche Regionen haben eine physikalische Bedeutung (dh eine vorhersagbare Repräsentation): Wie der Tod können sie durch eine (oder mehrere) Synapsen ohne Elektronen darin (oder sie) repräsentiert (oder als solche erlebt) werden.

Könnte das räumlich flache Universum klein anfangen?

Da Sie die Beobachtungsdaten erwähnen, die uns vorliegen, weisen sie auf die räumliche Ebenheit des Universums hin. Da dies zutrifft, gibt es zwei Möglichkeiten hinsichtlich seiner Form.

  1. Die Form ist wie ein Flugzeug. Dann war das Universum beim Urknall unendlich
  2. die Form ist wie 3-Torus. Dann ist das Universum endlich und war beim Urknall endlich. Tatsächlich schienen die WMAP-Daten des CMB eine Signatur zu zeigen, die auf diese Möglichkeit hindeutet. Das wurde jedoch von der Plank-Mission nicht bestätigt.

In beiden Fällen war das beobachtbare Universum beim Urknall endlich.

Die Frage ist, was meinen wir, wenn wir Urknall sagen? Der heiße und dichte Zustand des frühen Universums, oft als Planck-Ära bezeichnet, oder der Zustand vor Beginn der „Slow-Roll-Inflation“? Ich neige dazu, Ersteres zu bevorzugen, weil Letzteres untersucht und nicht gut verstanden wird.

Was würde uns davon abhalten, einfach zu postulieren, dass das gesamte Universum flach, aber klein begann, während es ursprünglich mit dem beobachtbaren Universum zusammenfiel?

Nun, der flache 3-Torus ist immer noch nicht ausgeschlossen, obwohl das CMB keine Signatur offenbart. Wenn die Form unseres Universums ein 3-Torus ist, der viel viel größer ist als unser beobachtbares Universum, dann können wir eine solche Signatur nicht erwarten. Es scheint also, dass wir es nie mit Sicherheit wissen werden. Kosmologen glauben hauptsächlich, dass das Universum unendlich ist, weil der 3-Torus eine nicht triviale Lösung ist.
Aber falls das Universum ein 3-Torus ist , dann wäre das beobachtbare Universum ein winziger Bruchteil davon beim Urknall (wie oben interpretiert).

Vielen Dank für den Hinweis auf die Möglichkeit, dass ein flacher Raum als 3-Torus endlich sein kann. Tatsächlich bezieht sich meine Frage nicht auf seinen Fall. Die Annahme in meiner Frage ist, wie Sie gesagt haben, " Kosmologen glauben hauptsächlich, dass das Universum unendlich ist, weil der 3-Torus eine nicht triviale Lösung ist ". Ich argumentiere jedoch, dass selbst im unendlichen Fall das Universum beim Urknall logischerweise als unendlich klein angenommen werden kann, weil jeder Teil darüber hinaus kausal von uns getrennt ist und durch eine einfache zusätzliche Anfangsannahme nicht existent gemacht werden kann. Danke für die Antwort, aber sie beantwortet nicht meine Frage.
Wenn Sie "beim Urknall unendlich klein" sagen, meinen Sie das Universum als Ganzes, nicht das beobachtbare Universum, richtig? Wenn ich Sie richtig verstehe, stimmen Sie nicht zu, dass kausale Trennung nicht verhindert, dass Dinge existieren. Warum? Denken Sie auch daran, dass eine endliche Menge nicht wachsen und in endlicher Zeit unendlich werden kann.
1. Ja. 2. Nicht-falsifizierbare „Existenz“ hat keine physikalische Bedeutung. Wissenschaft ist falsifizierbar. Wenn wir nicht mit einem "Paralleluniversum" kommunizieren können, dann existiert es nicht nur nicht sinnvoll für uns, sondern die eigentliche Frage oder das Konzept seiner Existenz ist bedeutungslos. 3. Wenn wir postulieren, dass das gesamte Universum zum Zeitpunkt Null asymptotisch mit unserem beobachtbaren Universum zusammenfällt, dann ist das gesamte Universum nicht unendlich, sondern befindet sich innerhalb des anfänglichen Lichtkegels des beobachtbaren Universums. Alles „darüber hinaus“ ist nicht falsifizierbar.
@timm die situation kann man ja so sehen: es können kausal getrennte regionen existieren. Das Schwer zu sehen ist, dass Sie zurückrollen können, um sie in Kontakt zu bringen. Oder in der Standardmathematik, wie man ein vorhandenes Unendliches auf einen in der Frage definierten Punkt bringt.
Übrigens schön, den Thorus zu erwähnen. Ich habe es als eine rein geometrische Möglichkeit betrachtet und nicht als etwas, das in der laufenden Forschung irgendwie berücksichtigt wird.
@Alchimista "Das ist schwer zu erkennen, da Sie zurückrollen können, um sie in Kontakt zu bringen." Dies gilt für das beobachtbare Universum. Inflationstheorien zufolge befand sich die entsprechende Region vor Beginn des "slow-roll" im thermischen Gleichgewicht. Die Region eines anderen beobachtbaren Universums stand jedoch nicht in Kontakt mit unserer Region. Wenn das Universum also unendlich ist, dann gibt es unendlich viele beobachtbare Universen, die existieren, ohne jemals miteinander in Kontakt zu sein oder gewesen zu sein.
@Alchimista " es gibt unendlich viele beobachtbare Universen, die existieren, ohne jemals miteinander in Kontakt gewesen zu sein und zu sein " - Timm hat recht, aber die Einschränkung hier in der Definition von " existieren ". Um in der physischen Realität zu existieren, müssen die Dinge einen Unterschied machen, also existieren die Universen im obigen Zitat nicht in der physischen Bedeutung der Existenz. Sie sind nicht testbare Abstraktionen. Wir können das Wort „beobachtbar“ im Zitat entfernen und nichts würde sich ändern. Was niemals mit unserer Mannigfaltigkeit in Kontakt steht, existiert nicht in unserer Realität, sondern ist nur ein Artefakt mathematischer Gleichungen.
Die Tatsache, dass es viele oder unendlich viele OU gibt, die nie Kontakt hatten, ist für mich in Ordnung (abgesehen von der Einschränkung, auf die OP hingewiesen hat), aber es ist richtig, was mich verwirrt. Wie ist dieser Raum entstanden und war nicht schon da, obwohl er unendlich geschrumpft war? Beachten Sie, dass ich nicht sage, dass Sie falsch liegen. Ich komme einfach nicht auf die Behauptungen 1 Der Weltraum ist entstanden wie alles andere 2 Urknall geschah überall 3 Das ganze Universum war vielleicht schon am Anfang alles in allem unendlich .
Das bewährte Lambda-CDM-Modell basiert auf dem „kosmologischen Prinzip“. Daraus sind die Behauptungen 1-3 plausibel.
@timm dann ist mein Zweifel einfach, wie etwas unendlich groß sein kann, ohne dass Platz zur Verfügung steht. So ähnlich. Es sei denn, es war nur das beobachtbare Universum, das keinen denkbaren Raum hatte. Es läuft auf Safesphere hinaus, obwohl ich sehe, dass wir es alle nicht mögen, eine Mauer an irgendeinem Horizont zu errichten.

Ein Punkt konnte nicht ein Punkt bleiben, während er eine Dimension größer als eine andere beibehielt, obwohl eine Kugel oder ein Würfel von nahezu unendlicher Kleinheit ohne Vergrößerung, die eine unzugängliche Menge an Energie erfordern könnte, von einem Punkt nicht zu unterscheiden wäre.

Ich glaube, dass eine gewisse Krümmung der Raumzeit für jede zeitliche Wiederholung unerlässlich ist, einschließlich des Betriebs von Uhren. Eine Seite eines unflexiblen Objekts, das einem gekrümmten Pfad folgt, legt notwendigerweise in der gleichen Zeit eine größere Entfernung zurück als die Seite, die näher am Fokus der Kurve liegt, und gekrümmte Objekte sind besser an das Wackeln oder die Präzession anpassbar, die für eine solche Bewegung erforderlich sind, um reibungslos fortzufahren. so dass symmetrisch gekrümmte Objekte in der Natur viel häufiger vorkommen als symmetrisch rechteckige Körper, die normalerweise durch Kollisionen und Reibung ziemlich schnell asymmetrisch gemacht werden. (Keine Inflexibilität kann ausreichen, um die Verzerrung eines Objekts durch Lorentz-Kontraktion während seiner Beschleunigung auf relativistische Geschwindigkeiten zu verhindern, obwohl der Durchgang von Licht um es herum dazu führen wird, dass diese Verzerrung als Veränderung des Objekts erscheint.

Obwohl die aktuellen CMB-Daten zeigen, dass der Weltraum nahezu flach ist, würde seine vollständige Ebenheit die Austauschbarkeit von Raum und Zeit beeinträchtigen, da wir erkennen, dass wir Sterne nicht so sehen, wie sie jetzt sind, sondern mehr oder weniger so, wie dieselben Sterne waren als das Licht von ihnen, das wir sehen, sie verließ.

Ich sage "mehr oder weniger", weil selbst dieser "spezielle relativistische" Effekt keine Gravitationsverzerrung der Lichtstrahlen bewirken würde, die nur durch die Allgemeine Relativitätstheorie berücksichtigt werden könnte, und durch die Möglichkeit, dass einige der Objekte Die Ursache solcher Verzerrungen (wie dunkle Energie, dunkle Materie oder Schwarze Löcher, die durch den Gravitationskollaps nichtbinärer Sterne entstehen) könnte selbst für uns unsichtbar bleiben. (Die elliptischen Umlaufbahnen der häufigeren Sterne, deren Doppelsternpartner zu Schwarzen Löchern geworden wären, würden uns die Anwesenheit dieser BHs anzeigen.)

Könnte das räumlich flache Universum klein anfangen?
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