Apa bentuk fisik, geometris alam semesta?

Saya tidak bertanya tentang bola teoritis, vs pelana, vs permukaan datar yang hanya metafora dengan ruang 2D.

Sulit dikatakan karena kita melihat sangat sedikit, dan kita melihat mereka di masa lalu karena cahaya berjalan begitu lama. Tapi apa yang kita tahu adalah bahwa itu menggembung (tidak meledak seperti yang mungkin orang dari penamaan "big bang").

Bagaimana jagat raya akan terlihat, jika kita membekukannya sebentar, apakah itu kemungkinan sebuah bola, atau bola rugby, sebuah kerucut atau semacam bentuk yang tidak teratur?

Apakah dipenuhi dengan galaksi, debu, lubang hitam, atau apakah ia hidup di tepi bentuk 3D-nya, dan bagian tengahnya "kosong"?

Apakah ia memiliki lubang hitam raksasa atau bintang di tengah di mana semuanya berputar?

universe

— Ska
sumber

Pertanyaan ini membingungkan, karena itu tergantung pada beberapa pengertian pribadi tentang "bentuk geometris" yang tidak dijelaskan. Bentuk geometris alam semesta pada setiap saat waktu kosmologis adalah datar , dan itu bukan "hanya metafora dengan ruang 2D." Atau lebih tepatnya, sedikit yang kita lihat cukup datar, jadi jika beberapa versi prinsip Copernicus diasumsikan, maka itu berbentuk seperti Euclidean standar

3

$3$ -ruang. Jika tidak diasumsikan, maka tidak ada jawaban untuk bentuk geometris skala besar dapat diberikan.

— Stan Liou

OK, jika bentuknya seperti "standard Euclidian 3-space", bentuknya seperti apa?

— Ska

Yah, memang datar, artinya geometri Euclidean bisa digunakan. Karena cahaya bergerak pada kecepatan yang terbatas dan alam semesta tidak berusia tua tanpa batas, 'gelembung' benda-benda kita yang dapat diamati dalam alam semesta akan berbentuk bola yang berpusat pada kita. Namun, pusat bola akan berubah jika Anda memutuskan untuk pindah ke bagian lain dari alam semesta. Apakah alam semesta tidak terbatas? Ini tidak diketahui, karena kita tidak bisa melihat melewati cakrawala pengamatan kita.

— astromax

.. Kita juga tidak bisa melakukan perjalanan yang cukup jauh untuk menguji ini, saya harus menambahkan.

— astromax

Kemungkinan duplikat dari Apa yang ada di pusat alam semesta?

— James K

Jawaban:

Keseluruhan geometri dan topologi alam semesta telah diselidiki oleh misi Planck. Beberapa hasil dijelaskan dalam makalah ini . Hasil akhir belum tersedia.

Kutipan:

Kami telah menghitung kemungkinan Bayesian untuk model topologi tertentu di alam semesta dengan geometri datar, hiperbolik dan bola, yang semuanya tidak menemukan bukti untuk topologi yang terhubung ganda dengan domain fundamental dalam permukaan hamburan terakhir. Setelah kalibrasi pada simulasi, pencarian langsung untuk lingkaran yang cocok yang dihasilkan dari perpotongan domain topologis mendasar dengan permukaan hamburan terakhir juga memberikan hasil nol pada kepercayaan tinggi ... Pengukuran Planck masa depan dari polarisasi CMB akan memungkinkan kita untuk menguji lebih lanjut model dari geometri anisotropik dan topologi non-sepele dan dapat memberikan kesimpulan yang lebih definitif, misalnya memungkinkan kita untuk memperluas sensitivitas terhadap topologi skala besar.

Jumlah anisotropi alam semesta akan disimpulkan dari latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB).

Latar belakang gelombang mikro kosmik, sebagaimana disimpulkan dari data Planck, Image Credit: European Space Agency, Planck Collaboration

Kredit Gambar: Badan Antariksa Eropa, Kolaborasi Planck

Gambar dengan resolusi tinggi dari CMB dapat ditemukan di sini

Alam semesta kira-kira ruangwaktu 4-dimensi dengan big bang sebagai singularitas. Tidak memiliki tepi di ruang 3d saat bepergian. Ketika melihat ke masa lalu perbatasan, jika Anda suka menyebutnya seperti ini, adalah big bang. Ledakan besar terlihat di Bumi bagi kita seperti berada pada jarak 13,81 miliar (13,81e9) tahun cahaya ke segala arah. Atau menjadi 13,81 miliar tahun di masa lalu karena cahaya membutuhkan waktu untuk melakukan perjalanan kepada kita. Tetapi kita tidak dapat melakukan perjalanan ke batas itu, karena alam semesta mengembang lebih cepat daripada yang dapat kita (atau cahaya) lakukan. Kami harus melakukan perjalanan ke masa lalu atau lebih cepat dari cahaya untuk sampai ke sana, tidak peduli di mana arah spasial.

Tidak ada lubang hitam di pusat alam semesta, tetapi big bang, jika Anda suka menyebutnya pusat ruangwaktu 4-d.

Alam semesta, ketika melihat ke usia tetap mengatakan 13,81 miliar tahun diisi hampir secara homogen dengan galaksi dalam skala yang sangat besar. Galaksi-galaksi lokal dikelompokkan ke dalam kelompok dan kelompok super. Superclusters membentuk semacam net-3d. Tetapi tidak ada daerah yang benar-benar kosong. Selalu ada gas atau debu atau plasma atau sinar kosmik, neutrino, dll.

Jika Anda bisa menghentikan perluasan alam semesta pada waktu kosmik tertentu , Anda akan melihat diri Anda berada di kedua arah dalam jarak yang kira-kira sama, dan di masa lalu yang kira-kira sama. (Struktur seperti ini disebut bola-3 . Permukaan bola-4 adalah contoh bola-3. Video youtube ini mencoba memvisualisasikan bola-3 yang berputar.)

Karena ekspansi ruangwaktu yang cepat, cahaya tidak dapat berjalan cukup cepat di sekitar alam semesta untuk memungkinkan hal ini. Oleh karena itu kita dapat melihat kembali ke big bang, tidak peduli ke arah mana kita melihat. Cahaya membutuhkan lebih banyak waktu untuk melakukan perjalanan mengelilingi alam semesta karena alam semesta ada setelah ledakan besar.

— Gerald
sumber

Ok, untuk menyederhanakan ke titik terendah yang bisa saya bayangkan. Semesta melambung ke ukuran sekitar tata surya pada akhir periode inflasi, di suatu tempat di 10 -32 detik. Apakah lebih berupa disk atau bola, atau sesuatu yang lain?

— Ska

Sesuatu yang lain: Kira-kira menyerupai permukaan 3 dimensi dari bola 4 dimensi, tetapi tidak cukup simetris. Bentuk pastinya tidak diketahui secara pasti, tetapi mungkin tidak terlalu terdistorsi, seperti torus, kubus atau dodecahedron. Ini masih dalam penyelidikan; hasil yang lebih tepat diharapkan dalam beberapa tahun, ketika polarisasi CMB akan dianalisis.

— Gerald

"Baik pencarian circle-in-the-sky atau metode kemungkinan untuk menemukan topologi yang saling terhubung" dari makalah Planck, bagian 6.1 berarti itu bukan benda seperti torus atau objek yang lebih kompleks dengan lubang.

— Gerald

Penjelasan ruang yang terhubung sederhana: en.wikipedia.org/wiki/Simply_connected_space .

— Gerald

... seharusnya dimulai; versi Amerika masih bekerja untuk saya: youtube.com/embed/6cpTEPT5i0A?list=PL3C690048E1531DC7

— Gerald

Oke, mungkin Anda salah paham.

Semesta tidak memiliki pusat sama sekali. Itu terlihat sama dari titik avaery, ke mana pun Anda melihat. Diperkirakan sebagai berikut:

Filamen kepadatan

Gambar ini mewakili kotak skala yang sangat besar di alam semesta kita pada waktu sekarang (bukan pada waktu yang dirasakan, berdasarkan pada cahaya yang diterima). Tentu saja, ini hanya simulasi komputer. Setiap titik mewakili sekelompok galaksi.

Jadi, Anda perlu membayangkan ruang tridimensional tak berujung yang dipenuhi dengan struktur seperti filamen seperti ini. Dan tak terbatas berarti ia tidak memiliki batas, sehingga tidak memiliki bentuk "eksternal". Tidak ada bola, bola rugby atau kerucut di sana. Bentuk luarnya juga tidak beraturan, hanya tidak terbatas. Setiap bentuk ini memiliki batas 2D pada ruang 3D, tetapi alam semesta tidak memiliki batas.

— Envite
sumber

Dari mana simulasi ini dan di mana kira-kira ada Bimasakti? Dari model ini terlihat sangat mirip bentuk kubus, tidak terbatas sama sekali, paling tidak pada saat ini. Mungkin itu dapat dianggap tak terbatas berdasarkan kecepatan inflasi: curious.astro.cornell.edu/question.php?number=575 , tetapi pada titik mana pun yang diberikan titik beku, itu bukan. Dan meskipun dari luar tidak ada ruangwaktu, jadi tidak ada bentuk , kita masih "tahu" bahwa galaksi disatukan, tidak peduli seberapa besar, disatukan dalam pola tertentu, membentuk "bentuk" tertentu.

— Ska

Menjadi tak terbatas tidak menyiratkan tidak memiliki batas (setidaknya tidak dengan sendirinya). @ Ska: jika Anda mencari distribusi galaksi, Anda seharusnya memintanya secara langsung.

— Stan Liou

Omong-omong, kotak ini yang digunakan orang untuk menjalankan simulasi bersifat periodik (partikel yang keluar dari satu sisi muncul di sisi lain). @ Ska Fakta bahwa mereka telah memilih sebuah kubus untuk mewakili sepotong alam semesta yang mereka ingin pelajari adalah tidak relevan. Juga, bahwa alam semesta "tidak terbatas" bukanlah sesuatu yang dapat dibuktikan oleh siapa pun. Perluasan ruang-waktu tampaknya terjadi di mana-mana, tetapi itu tidak berarti bahwa alam semesta tidak terbatas.

— astromax

@ Ska: asumsi Anda salah; ruang tidak memiliki dan tidak pernah memiliki batas dalam model kosmologis yang konsisten dengan apa yang kita ketahui tentang gravitasi (peringatannya adalah bahwa pengetahuan kita tentang gravitasi di alam semesta yang sangat awal sama sekali tidak pasti). Namun, ada (dan) cakrawala yang mendefinisikan batas pengamatan yang mungkin, seperti kata astromax di atas. Tetapi tidak ada yang secara fisik istimewa di sana; setiap titik di ruang angkasa memiliki horizonnya sendiri.

— Stan Liou

@ Ska: Ya, flat

3

$3$ -torus adalah kemungkinan geometri, tetapi geometri tidak harus "berulang-ulang" dalam arti membungkus dirinya sendiri. Itu tidak harus menjadi torus. Di luar cakrawala bisa jadi ruang Euclidean bukan torus datar. Atau mungkin ada unicorn merah muda. Atau sesuatu yang lain. Inti dari cakrawala adalah bahwa kita tidak tahu apa yang ada di baliknya. (Tetapi jika seseorang berasumsi bahwa alam semesta adalah isotropik global, maka itu tidak bisa menjadi torus.)

— Stan Liou