宇宙の物理的、幾何学的な形は何ですか?


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理論上のボール、サドル、2Dスペースの単なる比喩である平らな面については質問していません。

私たちがそれをほとんど見ないので、それを言うのは難しいです、そして、私たちは過去にそれらを見ます。しかし、私たちが知っているのは、それが膨らんでいることです(「ビッグバン」の命名からわかるかもしれないように爆発しない)。

いったん宇宙を凍結するとしたら、宇宙はどのように見えますか?それはおそらくボール、またはラグビーボール、円錐または一種の不規則な形でしょうか?

銀河、ほこり、ブラックホールで満ちているのでしょうか、それとも3D形状の端に住んでいて、中央部分は「空」ですか?

中央に巨大なブラックホールや星があり、周りにすべてが回転していますか?


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「標準のユークリッド3スペース」のような形状の場合、どのような形状になりますか?
Ska

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まあ、それは確かにフラットです。つまり、ユークリッド幾何学を使用することができます。光は有限の速度で移動し、宇宙は無限に古くないため、宇宙内の観測可能なものの「泡」は、私たちを中心とする球の形になります。ただし、宇宙の別の部分に移動すると、球の中心が変化します。宇宙は無限ですか?これは私たちの観測範囲を通過したことが見えないため、不明です。
astromax 2014年

..これをテストするために十分遠くに旅行することもできない、と私は付け加えるべきです。
astromax 2014年

回答:


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宇宙の全体的な幾何学とトポロジーはプランクミッションによって調査されました。このペーパーでは、いくつかの結果について説明します。最終結果はまだ入手できません。

抜粋:

局所的に平坦な双曲線および球形のジオメトリを持つユニバースの特定のトポロジカルモデルのベイジアン尤度を計算しましたが、最後の散乱面内に基本ドメインを持つ多重接続トポロジの証拠は見つかりませんでした。シミュレーションでのキャリブレーション後、基本トポロジードメインと最後の散乱の表面の交差から生じる一致する円を直接検索すると、高い信頼性でヌル結果も得られます... CMB偏光の将来のPlanck測定により、さらにモデルをテストできます。異方性ジオメトリと重要なトポロジーにより、より明確な結論が得られる場合があります。たとえば、感度を大規模トポロジーに適度に拡張することができます。

宇宙の異方性の量は、宇宙マイクロ波背景(CMB)から推測されます。

Planckデータから推測される宇宙マイクロ波背景、画像提供:欧州宇宙機関、Planckコラボレーション

画像クレジット:欧州宇宙機関、Planckコラボレーション

CMBのより高解像度の画像はここにあります

宇宙はおおむね4次元の時空であり、ビッグバンを特異点としています。移動中、3Dスペースにエッジがありません。国境を越えて見ると、このように呼べばビッグバンです。ビッグバンは地球上で私たちに、どの方向にも138.1億光年(13.81e9)光年の距離にいるように見えます。または、光が私たちに旅行するのにその時間を必要としたので、過去138.1億年でした。しかし、宇宙は私たち(または光)が移動できるよりも速く膨張するため、その境界に移動することはできません。私たちは過去に移動する必要がありましたか、または光よりも速く、そこに到達するには、どの空間方向に関係なく。

宇宙の中心にブラックホールはありませんが、ビッグバン(4次元時空の中心と呼びたい場合)。

宇宙は、たとえば138.1億年の固定された年齢を見ると、非常に大規模な銀河でほぼ均一に満たされています。ローカルにある銀河は、クラスターとスーパークラスターにグループ化されます。スーパークラスターは、3Dネットの一種です。しかし、完全に無効な領域はありません。常にガス、ダスト、プラズマ、高速で移動する宇宙線、ニュートリノなどがあります。

あなたが与えられた宇宙の時間で宇宙の膨張を止めることができれば、あなたはどちらか一方の方向にほぼ同じ距離で、そしてほぼ同じ過去にいるのを見るでしょう。(このような構造は3-sphereと呼ばれます。4-ballの表面は3-sphereの例です。このyoutubeビデオは回転する3-sphereを視覚化しようとしています。)

時空の急速な拡大により、光はこれを可能にするのに十分な速さで宇宙の周りを進むことができません。したがって、どちらの方向を見ても、ビッグバンを振り返ることができます。ビッグバンの後に宇宙が存在するので、光が宇宙の周りを移動するのにより多くの時間が必要です。


わかりました、私が想像できる最低点に単純化するために。宇宙は、インフレ期間の終わりに、どこか10 -32秒で太陽系のサイズまで膨張しました。それでは、それはディスクまたはボールの形でしたか、それとも他の何かでしたか?
2014年

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その他:4次元球の3次元表面に大体似ていますが、完全に対称的ではありません。正確な形状は正確にはわかりませんが、トーラス、立方体、または12面体のように、あまり歪んでいない可能性があります。これはまだ調査中です。CMBの二極化が分析される数年以内に、より正確な結果が期待されます。
ジェラルド

「空の円の探索も尤度法も多重接続トポロジの証拠を見つけられない」セクション6.1は、それがトーラスのようなまたは穴のあるより複雑なオブジェクトではないことを意味します。
ジェラルド

単純に接続されたスペースの説明:en.wikipedia.org/wiki/Simply_connected_space
ジェラルド

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...開始する必要があります。アメリカ版はまだ動作します:youtube.com/embed/6cpTEPT5i0A
ジェラルド

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わかりました、多分あなたはいくつかの誤解を持っています。

宇宙にはまったく中心がありません。どこから見ても、どこから見ても同じように見えます。これはおおよそ次のようになります。

密度フィラメント

この画像は、現在の時間での宇宙の非常に大きなスケールボックスを表しています(受信した光に基づく知覚された時間ではありません)。もちろん、それは単なるコンピュータシミュレーションです。各ドットは銀河のクラスターを表します。

したがって、このようなフィラメントのような構造で満たされた無限の3次元空間を想像する必要があります。無限とは、境界がないため「外部」形状がないことを意味します。ボールも、ラグビーボールも、コーンもありません。また、不規則な外形ではなく、無限大です。これらの形状はいずれも3D空間に2D境界を持っていますが、宇宙には境界がありません。


このシミュレーションはどこからで、どこでおおよそ天の川になるでしょうか?このモデルから、それは立方体のような形に非常によく似ており、少なくとも現時点では、無限ではありません。多分それはインフレの速度に基づいて無限であると考えることができます:curious.astro.cornell.edu/question.php?number=575が、与えられたいずれかの凍結点ではそうではありません。そして、外側からは時空がないため、はありませんが、銀河がどのように巨大であっても、特定のパターンにまとめられ、特定の「形」を形成していることを「知っています」。
Ska

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無限であることは、境界がないことを意味するわけではありません(少なくともそれ自体ではありません)。@スカ:銀河の分布を探しているのなら、直接それを要求するべきでした。
Stan Liou

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ちなみに、人々がシミュレーションを実行するために使用するこのボックスは周期的です(片側から出た粒子は反対側に現れます)。@Ska彼らが学びたい宇宙の塊を表すために立方体を選んだという事実は無関係です。また、宇宙が「無限」であることは、誰もが証明できるものではありません。時空の拡大はどこでも起こっているようですが、それは宇宙が無限であることを意味しません。
astromax 2014年

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@スカ:あなたの仮定は間違っています。宇宙は、私たちが重力について知っていることと一致する宇宙論モデルの境界を持っていませんでした。しかし、アストロマックスが上で述べたように、可能な観測の限界を定義する地平線がありました(そしてあります)。しかし、物理的に特別なことは何もありません。空間のすべての点には独自の地平があります。
Stan Liou 2014年

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