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宇宙有边缘吗?

球形望远镜望远镜的Glogrolar Gress NGC 6397。
Gloargar Cluster NGC 6397(在这个哈勃太空望远镜图片中看到),位于大约7,200岁的光年,估计为135亿岁;这使得在大爆炸之后形成了星系的第一个物体中的簇。 (图片:NASA,ESA和H. RICER(不列颠哥伦比亚大学))

科学家现在知道宇宙正在扩大,以不断增加的速度。所以如果它是气球,它的成长是什么?换句话说,超越了已知的宇宙是什么?

定义这个“超越宇宙”意味着宇宙有一个优势。这就是事情变得棘手的地方,因为如果存在这样的掉落,科学家们不确定。

答案取决于人们如何看待问题。

Cliff-hanger

问题的一种形式问:“你能去某个地方,你可以看起来”超越“宇宙”,“人们可以超越悬崖边缘或看一个窗户来看看建筑物的外面?该查询的答案是“可能不是”。

一个原因涉及“宇宙主义原则”,Loyola大学芝加哥副教授罗伯特·麦克尼斯罗伯特·麦克纳说。宇宙学原则指出,宇宙的任何部分物质的分布看起来大致与任何其他部分相同,无论你看的哪个方向如何;在科学家的术语中,宇宙是各向同性的。

部分原则是部分原理的结果 物理法则 到处都是一样的。 “有很多地方变异—星星,星系,群集等—但平均在大块的空间,没有地方真的比其他地方不同,“麦克纳在电子邮件中告诉实时科学

但是,含义是没有“边缘”;没有地方可以去宇宙刚刚结束,一个人可以看一些方向,看看超出它的东西。

一个类比通常用于描述这种无绳宇宙是气球的表面。这样的表面上的蚂蚁可以在任何方向上行走,看起来表面是“无限制”的表面—也就是说,蚂蚁可能会回到它开始的地方,但旅程不会结束。因此,即使气球的表面是一个有限数量的方形单元,也没有边缘,没有边界(因为你可以在任何一个方向上永远地走)。此外,没有“中心”,因此球囊球形表面上没有首选点。

宇宙是气球皮肤的三维版本。

Ballooning universe

但如果没有结束或边缘,宇宙如何扩展宇宙?

再次使用气球类比,如果一个人加上球囊增加空气,蚂蚁会在气球表面上观察其他东西越来越远。 ant与某些对象之间的距离越大,对象的速度越快。但无论蚂蚁都在哪里,那些对象的速度都会追求相同的关系—如果蚂蚁提出了一个等式,描述了最远物体的速度有多快,它将在球囊表面上的任何地方都相同。

然而,气球在吹入时,正在扩展到三维空间。问题是,这不适用于宇宙。根据定义,宇宙包含一切,所以没有“外面”。物理学家斯蒂芬霍金经常说,整个问题都没有意义,因为如果宇宙没有任何东西,并将一切带入存在,那么询问超出宇宙的东西就像问北极的北极是什么样的。 [大爆炸文明:10个惊人的起源事件]

澳大利亚墨尔本大学理论天体物理学家Katie Mack博士告诉实时科学,认为宇宙越来越少,而不是扩大可能更有用。也就是说,随着宇宙的扩张,宇宙中物质的浓度正在减少。

那是因为星系并没有通过空间远离彼此—这是越来越大的空间。因此,人类看到的星系中的任何外星人都会得到地球所做的结论:其他一切都在四处走开,当地星系休息。

因为空间正在扩展,但是,星系是可能的,因为它们会比光更快地移动,但没有 违反相对论 —这表明没有什么可以比真空中的光更快。 Mack说,可观察宇宙的实际规模为460亿光年,即使宇宙只开始138亿年前,也才开始。但这仍然仍然对宇宙人类的大小来说,普遍能够看到,称为可观察宇宙。在这个半径范围内的任何东西都不会对地球看不到,而且它永远不会是。这是因为宇宙中对象之间的距离保持较大的速率比光束可以到达地球。

最重要的是,扩张速度并不统一。为了一个短暂的一秒钟之后 大爆炸,有一段叫通货膨胀的加速扩张,在此期间,宇宙比现在增长更快地增长。由于这个原因,整个空间区域永远不会从地球中观察到。 Mack指出,假设通货膨胀发生了,宇宙实际上是1023 比460亿光年人类更大的时间可以看到。所以如果宇宙的优势,那就是遥远的地球看不见它,永远不会。 [大爆炸,放气?宇宙可能没有开始]

An infinite space?

同时,宇宙是否在空间中开始的问题,麦克说仍然是一个开放的问题。或者,宇宙可以以更高的尺寸包裹在更高的尺寸上,使球体的2D表面在三个维度周围缠绕在三个维度上。

额外因素是宇宙在任何内容中都没有出现在任何内容之外,通过真空中的小波动,或者作为提出的霍金和詹姆斯哈尔特尔,时间和空间变得靠近开始互换。如果是这样的话,那么询问宇宙前面的内容以及它之外的内容都没有意义。

Mack说,正在进行的尝试解决宇宙是一个宇宙是球体的问题,弯曲自身,以便如果你在一个方向上旅行,你最终返回到你的起点。

“我们在天空中寻找重复的斑点,”她说。 “这就是人们寻求宇宙的证据是有限的。......我们的空间可能是嵌入四维空间中的3D空间。” (宇宙有四个维度,人类与三个空间和一段时间交互,但这意味着额外的第四个空间维度。)

如果天文学家在天空的两侧找到了两个完全相同的地方,那将是宇宙以这种方式弯曲的强烈指示。不过,没有保证。虽然一些宇宙理论如 弦理论 有更高的尺寸,大多数人将“卷起”和小,而弯曲的宇宙的“额外”空间维度必须大。 

所有这一切都意味着,如果宇宙结束,人类可能永远无法看到它,并且宇宙的形状是真正的可能性,使得它不能与之开始。 

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