宇宙如何无限?


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我从著名的天体物理学家那里听说,我们还不知道宇宙是否无限。关于大爆炸理论,这怎么可能被接受(因为他们都同意)?当他们说宇宙是无限的时,他们是指其他宇宙的存在吗?


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请澄清:您为什么认为“大爆炸”理论和无限宇宙是不兼容的?您是否在想象无限的宇宙无法扩展?或者是别的什么?
Stan Liou 2014年

我的意思是,即使它能够扩展,如果一切都起源于大爆炸,那么该空间又如何在有限的时间内变成无限-宇宙的年龄。
harogaston 2014年

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称为2voyage

Answers:


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我的意思是,即使它能够扩展,如果一切都起源于大爆炸,那么该空间又如何在有限的时间内变成无限-宇宙的年龄。

在标准ΛCDM模型宇宙大爆炸,宇宙是无限的,并始终被这样的。宇宙大爆炸的奇异之处无处不在,从某种意义上说,时间倒退得足够远,密度在每个地方都发散到无穷大。

但这只是一个特殊的模型-它假设宇宙在空间上是平坦的,并且在整体上是同质的和各向同性的。存在一些扩展模型,其中不是完全平坦的,即使它仍然是均质且各向同性的,也可以是有限的(如果曲率甚至略微为正)。当然,我们实际上不知道它是否是同质的和各向同性的,其尺度比我们实际看到的要大得多。一些通胀模型暗示事实并非如此。


澄清:将ΛCDM模型使用假定空间平坦FLRW溶液广义相对论,其中空间是欧几里德 -space欧几里得 -space是唯一的平坦均匀各向同性 -manifold,所以没有办法使它在不违反至少一个建模假设的前提下是有限的(例如,平坦的圆环可以具有相同的度量形式,但不会是全局各向同性的)。3 3333


我看不出这个模型如何暗示宇宙是无限的。从您引用的维基百科页面中摘录:“该模型包括一个起源事件,即“大爆炸”,这不是爆炸,而是突然出现的时空扩展。立即(在10-29秒内),然后通过1027或更大的比例乘数,将空间以指数形式膨胀,这称为宇宙膨胀。” 对我来说,“扩展时空”似乎不是无限的。我并不是在暗示您是错的,但是我理解的与那篇文章有所不同。
harogaston 2014年

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@harogaston:“扩展时空”对有限性或无限性一无所知,但我编辑了答案,指出了模型的特定部分,该部分暗示了宇宙是无限的(如果我们更实际地采用该模型而不是合理的话) ,无论如何)。
Stan Liou 2014年

@Stan,当您说到BB奇点无处不在时,您是说存在无限数量的BB奇点,每一点一个吗?
set5 2015年

@mick不,因为将奇点视为必然是点状是不合适的。如果您在板材上切出一个洞,将其视为无限多个洞是没有用的,尤其是因为通常无论如何通常都无法“填充”“缺失的零件”。GTR中的奇异之处甚至更多。
Stan Liou

宇宙(或多重宇宙)的年龄不一定是有限的,尽管逻辑上的考虑要求,空间的任何渐近指数扩展(称为膨胀)都必须在相反的方向之间保持平衡,以使它既是过去又是永恒的。未来,从而赋予它无限的时代。这在诸如阿奎尔(Aguirre)和格拉顿(Gratton)的“稳定状态永恒膨胀”和尼科德姆·J·波普劳斯基(Nikodem J. Poplawski)的“扭转宇宙学”等宇宙学中都有描述。Poplawski有许多相关论文(可在Arxiv网站上免费获得),写于2010年至2020
爱德华

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我认为,“大爆炸”奇异性和无限宇宙这两个概念之间产生混淆的根源是误解,认为宇宙最初是从有限的范围开始的。这种误解很容易由使用当今逻辑和早期宇宙中不适用的数字的类比引起。例如,我听说有消息说,在大爆炸之后不久,整个可观察的宇宙就是一个葡萄柚的大小,但是这种解释忽略了提及葡萄柚的体积。

问题在于,空间是我们可以测量物体多大但空间扩展的地方,因此,距离一定距离的物体在很久以前就已经很近了,即使两个物体都没有正常移动。作为类比来帮助说明效果:

你和我正站在一个荒诞的大气球上。您放下一个量尺,在气球的两端做一个记号,我们每个人都站在一个记号上,现在相距一米。然后我打开泵,开始给气球充气。当气球膨胀时,表面伸展开来,当我们不“移动”(例如彼此离开)时,我和你似乎彼此越来越远。根据气球表面上的标记,我们仍然相距一米,但是根据您手中的米棒(未膨胀),距离要大于该距离。

请注意,虽然我称气球为“荒谬的”,但它可能是无限大的,而且行为方式仍然相同。我指出这一点是因为我在对其他答案的评论中看到,您看不到空间既可以是无限的又是扩展的-如果空间正在扩展,那么它以前一定是有限的。那是不正确的:实际上,因为无穷大是无边界的性质,所以无限大的东西总会变大,因为根据定义,它的大小没有上限。

还要注意,如果您以相反的方式记录了较早的类比,则似乎空间正在缩小,我们之间的几米距离随着时间的推移而减小到了1米。如果继续以这种方式缩小宇宙,最终将出现零为零的情况我们之间的距离。而且,如果将其应用到有人无限地分布在气球上的情况下,那么随着气球放气,所有这些人将更加靠近,直到任何两个人之间的距离都为零...至少在理论上,因为真实人有大小。能量和空间没有大小,因此,在大爆炸的那一刻,空间仍然是无限的(因为无限/无界的空间不能缩小为有限/有界的),但是空间中任何两点之间的距离都是零。

因此,如果您可以回到大爆炸时,您会看到无限的能量海洋,因为所有能量都是“肩对肩”的(无限密集的),但是它迅速膨胀(因此冷却)可以形成基本粒子,然后形成物质和分子。当然,由于您的大小取决于空间的度量标准,因此不一定看起来空间在扩大,而就像能量和物质在冷却一样。实际上,我们仍然将其视为来自遥远光源的光的红移的空间扩展效应:光“冷却”或沿途损失能量,因为它在穿越空间的过程中被拉伸了。


当您写“那时葡萄柚会大得多”时,您的意思是说较小吗?
魅力

@Allure我想这在量尺正在改变尺寸的系统上是一个棘手的问题。可以这样想:银河系和仙女座星系分别跨10万至20万光年,相隔约250万光年。但是在过去的某个时候,每个星系整体都被压缩到一个厘米宽的空间中,并且彼此之间相差不到1厘米;那么一个10厘米的葡萄柚将是可行的宇宙规模测量设备。今天,您将需要更多的小型现代葡萄柚。空间的扩展为所有事物提供了像今天这样散布的空间。
Asher '18

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我理解您的意思,但是语言模棱两可-我当时在想,如果今天我们有一个葡萄柚又时光倒流,那么葡萄柚就会缩水。例如,如果银河系跨度为10厘米,则葡萄柚的大小约为厘米,即小得多。1022
倾城

@Allure,另一方面,葡萄柚目前并没有随着宇宙的发展而扩展,因为它们受到各种力量的束缚。语言是模棱两可的,所以这就是为什么我们要数学。我只想表明10厘米比现在远了。
Asher '18

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众所周知,我们在望远镜中可以看到的宇宙小于整个宇宙。由于我们看不到视觉范围之外的东西,因此无法确定宇宙是无限的还是有限的。


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抱歉,没有回答我的问题。即使我们看不到可观察的宇宙之外,如果一切起源于大爆炸,那么该空间又如何在有限的时间内变成无限-宇宙的年龄。
harogaston 2014年

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@harogaston我认为这已在其他答案中得到了回答,但您是对的。有限的空间不能无限。为了使无限宇宙模型起作用,大爆炸本身将在无限空间中发生。我们不知道是不是这种情况,但这是在研究此问题的人中流行的模型。
userLTK

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宇宙如何“无限”?因此,我推断必须有某种“程序”才能使其无限。

空间可以独立存在而没有任何东西。真空,星际空间,在大型结构图中看到的巨大空隙就是例子。

这意味着无论宇宙有多大扩展,空间都不会像原子一样分裂。可以说它没有弹性模量。可以以此为前提来解释如何存在无限的宇宙。

另外,宇宙拓扑理论与我们对宇宙物质密度非常接近1的预测非常吻合,这预示着宇宙将永远膨胀。(请参阅http://www.scholarpedia.org/article/Cosmic_Topology#fabre:2013

它不能在有限的时间内是无限的,因为时间就是空间,时间或多或少是相同的。它们是一个称为时空的实体。


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如果哈勃看到一个路标标明:“请不要超出这一点,这就是宇宙的边缘。” 甚至墙壁或栏杆。

宇宙如何无限?无限大小,无限年龄,无限小的量子构造?我们对无穷大的主要问题是它无视人类的理解。

球形和圆形方程遍布宇宙:恒星,CMB,行星和月球轨道,原子,光子,Pi,它们都可以使用正弦余弦方程。旋转是无限的。Pi和正弦余弦是无限的。

如果宇宙是由无限的数学函数组成的,为什么它不是无限的呢?

空间有几个角度?无限。一个星系会旋转多久?永恒。角动量圆继续出现。旋转是无限的。

为什么对无限大或无限小空间有空间限制?因为它违背了人类的理解?这还不够好。

已知宇宙中的一切都取决于数学原理,这些原理是无限的,数是无限的,角度是无限的,通常正弦余弦,线性,圆形和球形物体具有无限的转角。

mandelbrot集是无限的。这是一个比宇宙对象简单得多的方程式,并且它是无限的。因此,我鼓励您学习曼德尔博洛特并问自己:这怎么可能无限?然后,您将具有一些优势,可以将该研究应用于宇宙对象。

有一个奇怪的东西桥接着宇宙中无限大和小的物体:黑洞奇异点几乎完全由正弦余弦数学描述组成,但是它们却在空间中阻止了数百万个太阳原子的太阳,大小相当于一枚货币硬币或CD。或纳米级,都在一个正弦余弦盘中,这是一个重达数十亿颗恒星的圆形现象。如果太阳可以放入篮球中,甚至可以放入原子中,那么我们如何判断究竟是大是小?如果非常大的事物重生为很小,然后又再次变得很大,那就像是生命的循环,这意味着您是宇宙的中心,这是一种美好的感觉。与您相比,原子和星星无所谓。

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