Was ist die physikalische, geometrische Form des Universums?

Ich frage nicht nach theoretischem Ball, vs. Sattel, vs. flacher Oberfläche, was 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 reist. Aber was wir wissen, ist, dass es sich aufbläst (nicht explodiert, wie man es von der Benennung "Urknall" vermuten könnte).

Wie würde das Universum aussehen, wenn wir es in einem Moment einfrieren würden, ist es wahrscheinlich ein Ball oder ein 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?

Diese Frage ist verwirrend, weil sie von einer privaten Vorstellung von "geometrischer Form" abhängt, die 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, der Teil davon, den wir sehen, ist ziemlich flach. Wenn also eine Version des kopernikanischen Prinzips angenommen wird, dann hat es die Form eines Standard-Euklidischen 3 -Raum. Wenn es nicht angenommen wird, kann keine Antwort auf die großräumige geometrische Form gegeben werden.
OK, wenn es wie "normaler euklidischer 3-Raum" geformt ist, welche Art von Form hätte es?
Nun, es ist tatsächlich flach, was bedeutet, dass die euklidische Geometrie verwendet werden kann. Da sich Licht mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet und das Universum nicht unendlich alt ist, hätte unsere „Blase“ aus beobachtbarem Material innerhalb des Universums die Form einer Kugel, die auf uns zentriert ist. Das Zentrum der Kugel würde sich jedoch ändern, wenn Sie sich entscheiden würden, sich in einen anderen Teil des Universums zu begeben. Ist das Universum unendlich? Dies ist nicht bekannt, da wir unseren Beobachtungshorizont nicht überschreiten können.
.. Wir können auch nicht weit genug reisen, um das zu testen, sollte ich hinzufügen.
Also ist es die Begrenzung unserer Beobachtung, die uns daran hindert, uns das gesamte Universum vorzustellen, dh jenseits des beobachtbaren Universums? Ich verstehe vollkommen, dass das beobachtbare Universum ein 3D-Raum ist, der aufgrund der Ausdehnung auf uns zentriert ist, und dass wir ihn als kugelförmig wahrnehmen. Aber können wir keine Rückschlüsse darauf ziehen, wie das Ganze aussehen würde? Zumindest wenn wir davon ausgehen, dass es sich um einen 3D-Raum handelt, der sich ausdehnt, könnten wir uns vielleicht einige mögliche Formen ausdenken, es sei denn, eine 4. Dimension ist in Ordnung, oder?
@Ska: Natürlich können wir uns verschiedene Dinge jenseits des Horizonts vorstellen, aber keines davon hat oder könnte auch nur Beobachtungsbeweise für Regionen jenseits des Horizonts haben. Alles, was wir wirklich wissen, ist, dass der Teil, den wir sehen, im Durchschnitt fast flach ist. Um auf eine bestimmte Geometrie jenseits des Horizonts zu schließen, sind einige Annahmen erforderlich, wie z. B. das oben erwähnte kopernikanische Prinzip.

Antworten (2)

Ok, vielleicht hast du ein paar falsche Vorstellungen.

Das Universum hat überhaupt kein Zentrum. Es sieht von jedem Punkt aus überall gleich aus. Es ist ungefähr so:

Dichte Filamente

Dieses Bild stellt ein sehr großformatiges Kästchen unseres Universums zur aktuellen Zeit dar (nicht zur wahrgenommenen Zeit, basierend auf empfangenem 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 hat. Kein Ball, Rugbyball, kein Kegel da. Auch keine unregelmäßige äußere Form, nur unendlich. Jede dieser Formen hat eine 2D-Grenze in einem 3D-Raum, aber das Universum hat keine Grenze.

Woher stammt diese Simulation und wo wäre darin ungefähr eine Milchstraße? Von diesem Modell aus sieht es sehr nach einer würfelähnlichen Form aus, überhaupt nicht unendlich, zumindest nicht zu diesem Zeitpunkt. Vielleicht kann es basierend auf der Geschwindigkeit der Inflation als unendlich betrachtet werden: neugierig.astro.cornell.edu/question.php?number=575 , aber an einem bestimmten gefrorenen Punkt ist es das nicht. Und obwohl es von außen keine Raumzeit gibt, also keine Form , „wissen“ wir immer noch, dass Galaxien zusammengesetzt, egal wie groß sie sind, in einem bestimmten Muster zusammengesetzt sind und eine bestimmte „Form“ bilden.
Unendlich zu sein bedeutet nicht, keine Grenze zu haben (zumindest nicht an sich). @Ska: wenn du nach der Verteilung von Galaxien gesucht hast, hättest du direkt danach fragen sollen.
Übrigens ist diese Box, in der die Leute Simulationen durchführen, 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 etwas 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.
@StanLiou: Das interessiert mich auch, aber hauptsächlich über die äußere Form des Universums, wenn es in der Zeit einfrieren würde.
@Ska: Basierend auf dem, was wir über die Schwerkraft wissen, ist der Raum mit einer Grenze unphysikalisch, also hat er wahrscheinlich überhaupt keine " äußere Form". Wenn Sie keine Grenze meinen, dann habe ich leider keine Ahnung, was Sie mit "äußerer Form" meinen.
@StanLiou: Ich bin mir nicht sicher, ob ich mit genügend Terminologie ausgestattet bin, aber wenn man annimmt, dass das Universum am Anfang sehr klein war, hatte es eine Grenze. 0,00000000000000001 Sekunden später war es größer, aber es hatte eine Grenze und eine Form. 1M Jahre später war es noch größer, und 13B Jahre später ist es ungefähr dort, wo es jetzt ist. Ich nehme an, dass sich diese kleine atomartige Struktur zu etwas ausdehnte, das auch eine Grenze und eine Form hat, nur viel größer.
@Ska: Ihre Annahme ist falsch; Der Weltraum hat und hatte in keinem kosmologischen Modell eine Grenze, die mit dem übereinstimmt, was wir über die Schwerkraft wissen (der Vorbehalt 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 Astromax oben sagte. Aber es gibt dort nichts Besonderes; Jeder Punkt im Raum hat seinen eigenen Horizont.
@StanLiou: Ich kann mir so etwas nur in 4D vorstellen, nicht in 3D, wenn ich die Analogie mit dem Aufblasen von Ballons und Ameisen nehme und sie um 1 Dimension erhöhe, dann kann ich dieses kantenlose Ding verstehen. Aber was ist dann diese 4. Dimension? Ist das dann nicht gegen den euklidischen 3D-Raum? Ich werde den beobachtbaren Universumspunkt im Kommentar von Astromax weiterverfolgen.
@Ska: Es ist nichts, weil die vorliegende Geometrie intrinsisch ist und nicht in einen höherdimensionalen Raum eingebettet werden muss. Und die Ballonanalogie ist nur für eine der vier möglichen homogenen und isotropen Raumgeometrien geeignet. Also nein, es ist kein Argument gegen die Möglichkeit eines euklidischen 3D-Raums.
@StanLiou: Also etwas wie Hypertorus, das sich ausdehnen, 3d, "flach" und immer noch kantenlos für den Beobachter sein kann, der aus unserem begrenzten Blickwinkel und begrenzten Horizont kommt? Warum muss es sich aber wiederholen? Wenn wir wirklich keine Mittel zum Testen haben, warum wiederholend, warum nicht einen Ball mit Rand, der sich so schnell ausdehnt, dass wir ihn sowieso nie erreichen können.
@Ska: Ja, eine Wohnung 3 -torus ist eine mögliche Geometrie, aber die Geometrie muss nicht "repetitiv" sein im Sinne von sich um sich selbst wickeln. Es muss kein Torus sein. Hinter dem Horizont könnte statt eines flachen Torus ein euklidischer Raum sein. Oder es könnte rosa Einhörner geben. Oder irgendetwas anderes. Der Punkt des Horizonts ist, dass wir nicht wissen, was dahinter ist. (Aber wenn man davon ausgeht , dass das Universum global isotrop ist, dann kann es kein Torus sein.)
@StanLiou: Es scheint also darauf hinauszulaufen: Es ist wahrscheinlich flach, wahrscheinlich 3D. Es könnte kantenlos sein oder nicht, wir wissen es nicht. Wenn ja, könnte Hypertorus sein und wir könnten schließlich eine Rundreise machen und kamen zum Ausgangspunkt. Wenn nicht, könnte es ein Ball oder etwas anderes sein. Wir wissen es nicht und können es uns aufgrund unseres begrenzten Spielraums auch nicht vorstellen. Stimmt das zumindest entfernt mit den heutigen Theorien überein oder gibt es noch Lücken?

Die gesamte Geometrie und Topologie des Universums wurde von der Planck-Mission untersucht. Einige Ergebnisse werden in diesem Papier beschrieben . Endgültige 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 Beweise für eine mehrfach zusammenhängende Topologie mit einer fundamentalen Domäne innerhalb der letzten Streufläche finden. Nach der Kalibrierung auf Simulationen ergibt die direkte Suche nach übereinstimmenden Kreisen, die sich aus dem Schnittpunkt der fundamentalen topologischen Domäne mit der Oberfläche der letzten Streuung ergeben, mit hoher Zuverlässigkeit ebenfalls ein Nullergebnis ... Zukünftige Planck-Messungen der CMB-Polarisation werden es uns ermöglichen, weitere Modelle von zu testen anisotrope Geometrien und nicht-triviale Topologien und können definitivere Schlussfolgerungen liefern, indem sie uns zum Beispiel erlauben, die Sensitivität für großräumige Topologien moderat zu erweitern.

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

Kosmischer Mikrowellenhintergrund, abgeleitet aus den Planck-Daten, Bildnachweis: European Space Agency, Planck Collaboration

Bildquelle: Europäische Weltraumorganisation, Planck-Kollaboration

Bilder mit höherer Auflösung des CMB finden Sie hier

Das Universum ist ungefähr eine 4-dimensionale Raumzeit mit dem Urknall als Singularität. Auf Reisen hat es keine Kanten im 3D-Raum. Beim Blick in die Vergangenheit ist die Grenze, wenn man es so nennen mag, der Urknall. Der Urknall sieht für uns auf der Erde so aus, als befände er sich in einer Entfernung von 13,81 Milliarden (13,81e9) Lichtjahren in jede Richtung. Oder 13,81 Milliarden Jahre in der Vergangenheit zu sein, da das Licht diese Zeit brauchte, um zu uns zu gelangen. Aber wir können nicht bis zu dieser 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 Raumrichtung.

Im Zentrum des Universums befindet sich kein Schwarzes Loch, sondern der Urknall, wenn man es so nennen möchte, das Zentrum einer 4-d Raumzeit.

Betrachtet man ein festes Alter von etwa 13,81 Milliarden Jahren, so ist das Universum nahezu homogen mit Galaxien in sehr großem Maßstab gefüllt. Lokal werden Galaxien zu Haufen und Superhaufen gruppiert. Supercluster bilden eine Art 3D-Netz. Aber es gibt keine völlig leeren Regionen. Es gibt immer etwas Gas oder etwas Staub oder etwas Plasma oder einige schnell reisende kosmische Strahlen, Neutrinos usw.

Wenn Sie die Expansion des Universums zu einem bestimmten kosmischen Zeitpunkt stoppen könnten , würden Sie sich selbst in beiden Richtungen in etwa der gleichen Entfernung und in etwa der gleichen 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 durch das Universum bewegen, um dies zu ermöglichen. Daher können wir bestenfalls auf den Urknall zurückblicken, egal in welche Richtung wir schauen. Das Licht braucht mehr Zeit, um durch das Universum zu reisen, da das Universum nach dem Urknall existiert.

Ok, um es auf den niedrigsten Punkt zu vereinfachen, den ich mir vorstellen kann. Das Universum hat sich am Ende der Inflationsperiode auf die Größe von etwa einem Sonnensystem aufgeblasen, irgendwo bei 10 -32 Sekunden. War es dann eher eine Scheibe oder eine Kugelform oder etwas anderes?
Etwas anderes: Ähnlich wie die 3-dimensionale Oberfläche einer 4-dimensionalen Kugel, aber nicht ganz symmetrisch. Die genaue Form ist nicht genau bekannt, aber wahrscheinlich nicht zu sehr verzerrt, wie ein Torus, ein Würfel oder ein Dodekaeder. Dies wird noch untersucht; Genauere Ergebnisse werden in einigen Jahren erwartet, wenn die Polarisierung des CMB analysiert wird.
„Weder die Suche nach Himmelskreisen noch die Wahrscheinlichkeitsmethode finden Beweise für eine mehrfach verbundene Topologie“ des Planck-Papiers, Abschnitt 6.1 bedeutet, dass es sich nicht um ein torusartiges oder komplexeres Objekt mit Löchern handelt.
Erläuterung von einfach verbundenen Räumen: en.wikipedia.org/wiki/Simply_connected_space .
"Eine 3er-Kugel kann topologisch konstruiert werden, indem man die Grenzen eines Paares von 3er-Kugeln "zusammenklebt". Die Grenze einer 3er-Kugel ist eine 2er-Kugel, und diese beiden 2er-Kugeln müssen identifiziert werden. Das heißt , stellen Sie sich ein Paar 3-Kugeln gleicher Größe vor, legen Sie sie dann so übereinander, dass ihre 2-Kugel-Grenzen übereinstimmen, und lassen Sie übereinstimmende Punktpaare auf dem Paar 2-Kugeln identisch äquivalent sein der 2-Sphäre (siehe unten) wird die Klebefläche Äquatorialsphäre genannt.", siehe en.wikipedia.org/wiki/3-sphere
Nehmen Sie ein 2D-Hyperboloid ( en.wikipedia.org/wiki/Hyperboloid ), schneiden Sie es mit einer horizontalen Ebene: Sie erhalten einen Kreis (1-Kugel). Versuchen Sie sich nun dasselbe mit zwei weiteren Dimensionen vorzustellen: Das Hinzufügen einer Dimension gibt die Oberfläche (2-Kugel) eines gewöhnlichen Balls in 3D zurück. Die nächste Dimension gibt eine 3-Sphäre zurück, ungefähr die Form eines Universums zu einer festen kosmischen Zeit ( en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_time ).
Die Antwort in Ihrem ersten Kommentar ist die präziseste, die ich bisher gehört habe. Jetzt würde ich gerne noch mehr ausgraben :) Ich verstehe, wie 3-Sphären "funktionieren", aber nicht , wie es aussehen würde, da dieses "Kleben" zu einigen starken Verzerrungen der "äußeren" Sphäre führen würde, was die stark verzerren würde Objekte darin (stellen Sie sich einen Fisch in verbundenen kugelförmigen Behältern vor), aber ich verstehe die Idee. Ist das dann eine geometrische 4D-Form?
Der Schnappschuss ist eine nicht-euklidische Oberfläche einer geometrischen 4D-Form. Das Kleben führt zu Verzerrungen, wenn man es in unserem alltäglichen 3D-Raum versucht. Bei 4D ist das anders. Es kann dort ohne hässliche Verzerrungen symmetrisch sein.
Es ist das Analogon zum Kleben von zwei Scheiben (2-Kugeln) an den äußeren Kreis (1-Kugeln), um eine 2-Kugel (Oberfläche einer 3-Kugel) zu erhalten, nur eine Dimension höher. Die 2-Sphäre ist hässlich in 2D, aber schön in 3D.
Wenn Sie noch ein paar Stunden Freizeit haben, kann ich Ihnen den Youtube-Vortrag über 4D empfehlen: dimensions-math.org Auf Englisch ist er hier zu finden: dimensions-math.org/Dim_reg_E.htm
...hätte anfangen sollen; Die amerikanische Version funktioniert immer noch für mich: youtube.com/embed/6cpTEPT5i0A?list=PL3C690048E1531DC7
Was ist die physikalische, geometrische Form des Universums?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v