Warum dehnt sich das Universum aus, bleibt aber flach?

Laut The Big Bang Theory begann alles aus dem Nichts und begann sich plötzlich auszudehnen und alles zu erschaffen, was ist. Warum dehnt es sich also nur auf einer X&Y-Achse aus? Ich kann nur Fakten finden, die darauf hindeuten, dass es sich im Radius ausdehnt, aber niemals in der Dicke. Tut es das auch, aber ich habe es nur zufällig nie gefunden? Oder gibt es eine vorherrschende Theorie, die mir entgangen ist, die dies erklärt?

Antworten (5)

Es scheint, dass Sie das Universum als eine ebene Schicht mit einer bestimmten Dicke interpretieren. Das stimmt nicht, das Universum ist isotrop (es sieht in alle Richtungen gleich aus) und seine Ausdehnung auch. Wenn Kosmologen sagen, das Universum sei flach, meinen sie, dass es im großen Maßstab eine verschwindende Krümmung hat . Eine Möglichkeit, dies zu verstehen, ohne etwas über Differentialgeometrie zu wissen, besteht darin, sich einen Raum vorzustellen, in dem der Innenwinkel jedes (großen) Dreiecks addiert wird 180 Ö .

Dies sollte die akzeptierte Antwort sein.

In der speziellen Relativitätstheorie wird die Geometrie der Raumzeit beschrieben durch

D S 2 = G μ v D X μ D X v = C 2 D T 2 − D X 2 − D j 2 − D z 2 = C 2 D T 2 − D R 2 − R 2 D θ 2 − R 2 Sünde 2 ⁡ θ D ϕ 2 .
(Beachten Sie, dass der Raumteil mit kartesischen oder Polarkoordinaten beschrieben werden kann.) Dies funktioniert gut auf kleinen Skalen, aber um den Urknall zu verstehen, müssen wir darüber hinausgehen.

Unabhängig davon, wie, wenn überhaupt, das Universum "begann", folgt die Zeitabhängigkeit der Größe des Universums aus der Hinzufügung von zwei Annahmen zur allgemeinen Relativitätstheorie, Isotropie (alle Richtungen sind gleichwertig, anstatt dass es eine "oben/unten"-Achse über den Raum gibt) und Homogenität (im Großen hat das Universum eine einheitliche Dichte). Das kann man dann beweisen

D S 2 = C 2 D T 2 − A 2 ( T ) ( D R 2 1 − k R 2 + R 2 D θ 2 + R 2 Sünde 2 ⁡ θ D ϕ 2 )
für einige konstant k und irgendeine Funktion A wird Skalierungsfaktor genannt. Es ist A die die Größe des Universums bestimmt, und es gehorcht zwei Differentialgleichungen, die seine zeitliche Veränderung bestimmen. Ein "flaches" Universum ist nur eines, wo k = 0 , oder zumindest wo k ist so klein, dass wir nicht messen können, wie er sich von Null unterscheidet.

Stellen Sie es sich als ein ebenes Blatt vor, und die Ausdehnung ist einfach das Blatt, das an Größe zunimmt (oder Sie ziehen die gegenüberliegenden Kanten auseinander, und nehmen wir an, das Blatt bricht NICHT, es dehnt sich nur aus). Es bleibt ein Blatt, dh flach. Zwei auf dem Blatt gezeichnete Punkte werden weiter voneinander entfernt.

Wenn es eine positive Krümmung wäre, würde es wie die Oberfläche eines Ballons sein, und Sie blasen Luft darauf und es dehnt sich aus: Zwei auf der Ballonoberfläche gezeichnete Punkte werden weiter voneinander entfernt. Dasselbe gilt für eine Oberflächenexpansion vom Satteltyp mit negativer Krümmung

Aber wir wissen, dass das Universum im großen Maßstab (Größe von Galaxienhaufen, zehn bis hundert Lichtjahre und mehr) flach (und homogen) oder sehr nah ist (Unsicherheit von 0,4 %). Es ist also dieses flache Blatt.

Denken Sie jedoch daran, dass wir über die räumlichen Teile des Universums sprechen (zu jeder Zeit, wie auch immer der Raum aussieht), die 3D (3-dimensional) sind. Stellen Sie sich das Blatt also als 3D-Blatt vor. So kann man es sich vorstellen. Die Mathematik ist die Antwort, die Sie bereits akzeptiert haben und die die Metrik zeigt, und flach bedeutet k = o, sodass die räumlichen Teile (als räumliche Hyperflächen bezeichnet, aber es ist nur der Raum, den wir betrachten) flach sind. Wir haben k als 0 innerhalb einer Marge von 0,4 % gemessen. K = 1 ist eine positive Krümmung, K = -1 ist negativ, und jedes andere k kann mathematisch auf eines davon reduziert werden, egal ob null, positiv oder negativ. a(t) in derselben Gleichung ist einfach der Maßstab der Größe des Blattes, das sich in allen Dimensionen gleichmäßig ausdehnt.

Es ist also gut definiert, gut verstanden, gut visualisiert und gut gemessen.

Es dehnt sich in x-, y- und z-Richtung aus. Der Radius einer Kugel ist R = X 2 + j 2 + z 2 . Ich schätze, Sie haben das vielleicht mit der Formel für den Radius in 2D verwechselt R = X 2 + j 2 .

Ich verwende die X- und Y -Achse im Zusammenhang mit Länge und Breite, wobei das nicht erwähnte Z die Höhe ist. Dehnt es sich nur in Breite und Länge aus oder dehnt es sich auch in Höhe/Dicke aus? Ich habe nicht in der Lage gewesen, zu finden und Klärung.
Sie können mit dem Finger in jede Richtung zeigen und das Universum dehnt sich in diese Richtung aus. Das heißt, es dehnt sich in x, y und z oder in Breite, Höhe und Länge aus.
Es hat sich also immer in alle Richtungen ausgebreitet? Warum ist es dann keine Kugel?
Es könnte eine Kugel sein, wir wissen es nicht; Wir müssen noch herausfinden, welche Lösung für die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie die geeignete ist.

Um einige andere Antworten zu ergänzen, ist es möglich, dass eine Oberfläche in sich flach, aber auch geschlossen ist. Eine Kugel hat eine positive Krümmung, aber ein Ring wie ein Donut oder ein Rettungsring hat eine Gesamtkrümmung von Null, wobei die lokal negativen Bits die lokal positiven Bits genau aufheben; Sie können es sogar in ein ordentliches Schachbrettmuster aufteilen. Wenn Sie sich vorstellen, dass ein kleiner Gummi-Rettungsring aufgeblasen wird, wird er sich stetig ausdehnen, während seine intrinsische Metrik flach bleibt. Das Universum ist eine 3D-Version davon.

Eine ziemlich mathematikfreie Darstellung der beteiligten geometrischen Ideen finden Sie unter:

  • Jeffrey R. Wochen; Die Form des Raums , CRC Press, 2002.
Warum dehnt sich das Universum aus, bleibt aber flach?
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