Wie kann das Universum unendlich sein?

Was ich meine ist, selbst wenn er sich ausdehnen kann, wenn alles beim Urknall entstanden ist, wie kann dieser Raum in einer endlichen Zeit – dem Zeitalter des Universums – unendlich werden?

Im Standard- ΛCDM-Modell des Urknalls ist das Universum unendlich und war es schon immer . Die Urknall-Singularität ereignete sich überall , in dem Sinne, dass die Dichte weit genug zurück in der Zeit an jedem Ort ins Unendliche divergiert.

Aber dies ist nur ein spezielles Modell – es geht davon aus, dass das Universum räumlich flach und global homogen und isotrop ist. Es gibt erweiterte Modelle, in denen es nicht genau flach ist und daher endlich sein könnte, selbst wenn es noch homogen und isotrop ist (wenn die Krümmung sogar leicht positiv ist). Und natürlich wissen wir nicht wirklich , ob es homogen und isotrop auf Skalen ist, die viel größer sind, als wir tatsächlich sehen. Einige Inflationsmodelle implizieren, dass dies nicht der Fall ist.

Zur Verdeutlichung: Das ΛCDM-Modell verwendet die Annahme einer räumlich flachen FLRW-Lösung der Allgemeinen Relativitätstheorie, in der der Raum der Euklidische ist$3$-Raum Der Euklidische$3$-Raum ist die einzige Ebene homogen und isotrop$3$-Mannigfaltigkeit, also gibt es keine Möglichkeit, es endlich zu machen, ohne mindestens eine dieser Modellannahmen zu verletzen (z. B. könnte ein flacher Torus die gleiche Form für die Metrik haben, wäre aber nicht global isotrop).

Ich denke, die Quelle der Verwirrung zwischen den beiden Konzepten – der Urknall-Singularität und einem unendlichen Universum – ist die falsche Vorstellung, dass das Universum ursprünglich als endliche Weite begann . Dieses Missverständnis ergibt sich leicht aus Analogien mit heutiger Logik und Zahlen, die im frühen Universum nicht anwendbar waren. Zum Beispiel habe ich gehört, dass kurz nach dem Urknall das gesamte beobachtbare Universum die Größe einer Grapefruit hatte, aber diese Erklärung vernachlässigt die Erwähnung, dass Grapefruits damals viel größer gewesen wären.

Das Problem ist, dass wir im Raum messen können, wie groß etwas ist, aber der Raum dehnt sich aus, sodass etwas, das derzeit in einer bestimmten Entfernung ist, vor langer Zeit viel näher war, selbst wenn sich kein Objekt im normalen Sinne bewegt hat. Als Analogie zur Veranschaulichung des Effekts:

Sie und ich stehen auf einem absurd großen, entleerten Ballon. Du legst einen Meterstab hin, machst an jedem Ende eine Markierung auf dem Ballon und wir stehen jeweils auf einer Markierung und sind jetzt einen Meter voneinander entfernt. Dann schalte ich eine Pumpe ein und fange an, den Ballon aufzublasen. Wenn sich der Ballon aufbläst, dehnt sich die Oberfläche aus und Sie und ich scheinen weiter voneinander entfernt zu sein, obwohl wir uns nicht „bewegen“ (z. B. voneinander weggehen): jetzt müssen wir widersprüchliche Sätze von Informationen berücksichtigen; nach den Markierungen auf der Ballonoberfläche sind wir noch einen Meter voneinander entfernt, aber nach dem Meterstab in deiner Hand (der sich nicht ausdehnt) ist der Abstand größer.

Beachten Sie, dass ich den Ballon zwar als "absurd groß" bezeichnet habe, er aber unendlich groß hätte sein können und sich trotzdem genauso verhalten könnte. Ich weise darauf hin, weil ich in Kommentaren zu anderen Antworten gesehen habe, dass Sie nicht sehen, wie der Raum sowohl unendlich als auch expandierend sein kann - wenn er sich ausdehnt, muss er zuvor endlich gewesen sein. Das ist falsch: Da Unendlichkeit die Qualität der Unbegrenztheit ist, kann etwas unendlich Großes immer größer werden, weil es per Definition keine Obergrenze für seine Größe gibt.

Beachten Sie auch, dass, wenn Sie die frühere Analogie umgekehrt aufzeichnen würden, der Raum so schrumpfen würde, dass sich ein Abstand von mehreren Metern zwischen uns im Laufe der Zeit auf einen Meter verringerte. Wenn Sie das Universum auf diese Weise weiter verkleinern, wird es schließlich so, dass es Null gibtAbstand zwischen uns. Und wenn Sie das auf ein Szenario anwenden, in dem Menschen unendlich über den Ballon verteilt sind, würden sie alle näher zusammenrücken, wenn der Ballon entleert wird, bis zwischen zwei Menschen kein Abstand mehr besteht ... zumindest theoretisch, da real Menschen haben Größe. Energie und Raum haben jedoch keine Größe, daher war der Raum zum Zeitpunkt des Urknalls immer noch unendlich (da ein unendlicher/unbegrenzter Raum nicht schrumpfen kann, um endlich/begrenzt zu werden), aber der Abstand zwischen zwei beliebigen Punkten im Raum war Null .

Wenn Sie also in der Zeit zum Urknall zurückgehen könnten, würden Sie einen unendlichen Ozean von Energie sehen, da die gesamte Energie "Schulter an Schulter" (unendlich dicht) war, sich aber schnell bis zum Punkt ausdehnt (und daher abkühlt). dass sich Grundteilchen bilden können, später dann Materie und Moleküle. Da Ihre Größe natürlich von der Metrik des Weltraums abhängt, würde es nicht unbedingt so aussehen, als würde sich der Weltraum ausdehnen, sondern einfach so, als würden sich Energie und Materie abkühlen. Tatsächlich sehen wir dies immer noch als Effekt der räumlichen Ausdehnung in der Rotverschiebung von Licht aus entfernten Quellen: Das Licht "kühlt" ab oder verliert Energie auf dem Weg, weil es auf seiner Reise durch den Raum gestreckt wird.

Es ist bekannt, dass das Universum, das wir in unseren Teleskopen sehen können, kleiner ist als das gesamte Universum. Da wir nicht sehen können, was hinter dem visuellen Rand liegt, können wir nicht feststellen, ob das Universum unendlich oder endlich ist.

„Wie“ kann das Universum unendlich sein? Ich schließe also, dass es eine Art "Prozedur" geben muss, um es unendlich zu machen.

Der Raum kann für sich existieren, ohne etwas zu haben. Vakuum, intergalaktischer Raum, die riesigen Hohlräume, die in den großmaßstäblichen Strukturkarten zu sehen sind, sind Beispiele.

Das heißt, egal wie sehr sich das Universum ausdehnt, der Raum kann nicht wie Atome auseinanderbrechen. Man kann sagen, es hat keinen Elastizitätsmodul. Man kann dies als Grundvoraussetzung verwenden, um zu erklären, wie es ein unendliches Universum geben kann.

Alternativ stimmen Theorien der kosmischen Topologie gut mit den Vorhersagen überein, dass die Materiedichte unseres Universums sehr nahe bei 1 liegt, was auf ein unendlich expandierendes Universum hindeutet. (siehe http://www.scholarpedia.org/article/Cosmic_Topology#fabre:2013 )

Es kann in einer endlichen Zeit nicht unendlich sein, weil Zeit Raum ist und Zeit mehr oder weniger dasselbe ist. Sie sind eine Einheit namens Raumzeit.

Es wäre cool, wenn Hubble einen Wegweiser mit der Aufschrift sehen würde: "Bitte gehen Sie nicht über diesen Punkt hinaus, dies ist der Rand des Universums." vielleicht sogar eine Mauer oder ein Geländer.

Wie kann das Universum unendlich sein? unendliche Größe, unendliches Alter, unendlich kleine Quantenkonstrukte? Das Hauptproblem, das wir mit der Unendlichkeit haben, ist, dass sie sich dem menschlichen Verständnis widersetzt.

Sphärische und kreisförmige Gleichungen durchziehen das Universum: Sterne, CMB, Planeten- und Mondbahnen, Atome, Photonen, Pi, sie alle können Sinus-Cosinus-Gleichungen verwenden. Drehungen sind unendlich. Pi und Sinus-Cosinus sind unendlich.

Wenn der Kosmos aus unendlichen mathematischen Funktionen besteht, warum sollte er dann nicht unendlich sein?

Wie viele Ecken hat der Raum? Unendlichkeit. Wie lange dreht sich eine Galaxie? Ewigkeit. Die Drehimpulskreise gehen endlos weiter. Drehungen sind unendlich.

Warum sollte es eine räumliche Grenze für unendlich großen oder unendlich kleinen Raum geben? Weil es menschlichem Verständnis widerspricht? das ist kein ausreichender Grund.

Alles im bekannten Universum hängt von mathematischen Prinzipien ab, die unendlich sind, Zahlen sind unendlich, Winkel sind unendlich, im Allgemeinen Sinus-Cosinus, lineare, kreisförmige und sphärische Objekte haben unendliche Drehungen.

Die Mandelbrotmenge ist unendlich. Es ist eine viel einfachere Gleichung als die Objekte des Universums, und sie ist unendlich. Ich würde Sie also ermutigen, das Mandelbrot zu studieren und sich zu fragen: Wie kann es unendlich sein? Dann haben Sie einen gewissen Vorteil, wenn Sie diese Studie auf Objekte des Universums anwenden.

Es gibt eine merkwürdige Sache, die die unendlich großen und kleinen Objekte im Universum verbindet: Die Singularitäten von Schwarzen Löchern bestehen fast ausschließlich aus mathematischen Sinus-Cosinus-Beschreibungen, aber sie halten Millionen von Atomsonnen in einem Raum von der Größe einer Geldmünze oder einer CD zurück oder ein Nanometer, alles in einer Sinus-Kosinus-Scheibe, die ein kreisförmiges Phänomen ist, das Milliarden von Sternen wiegt. Wenn Sonnen in Basketbälle passen und vielleicht Atome, wie können wir dann überhaupt beurteilen, was groß oder klein ist? Wenn sehr große Dinge zu sehr kleinen wiedergeboren werden und wieder sehr groß werden, ist das so etwas wie der Kreislauf des Lebens, und es bedeutet, dass Sie das Zentrum des Universums sind, was ein gutes Gefühl ist. Atome und Sterne spielen im Vergleich zu dir keine Rolle.