Форма Вселенной
| Космология |
 |
| Изучаемые объекты и процессы |
| Наблюдаемые процессы |
| Теоретические изыскания |
| Родственные темы |
Связанные разделы Астрофизика Общая относительность Физика элементарных частиц
Форма Вселенной - неофициальное название для предмета исследования(расследования) в пределах физической космологии. Космологи и астрономы описывают геометрию Вселенной, которая включает и местную геометрию и глобальную геометрию. Это свободно разделено на искривление и топологию, даже при том, что строго говоря это выходит за пределы обоих..
Введение[]
Рассмотрения(Соображения) формы вселенной могут быть раздроблены в две части; местная геометрия имеет отношение особенно с искривлением заметной вселенной, в то время как глобальная геометрия имеет отношение особенно с топологией вселенной в целом - который может или, возможно, не быть в пределах нашей способности иметь размеры.
Экстраполяция местной геометрии места(космоса) к геометрии целой вселенной не без определенной онтологической позиции относительно того, как пространство и время сосуществует. Текущее размышление(взгляды) требует, чтобы пространство и время рассмотрели как два аспекта единственного(отдельного) юридического лица 'пространство-время'.
Местная геометрия (пространственное искривление)[]
Местная геометрия - искривление, описывающее любой произвольный пункт(точку) в заметной Вселенной (усредненный на достаточно крупном масштабе). Много астрономических наблюдений, типа тех от сверхновых звезд и Космического Микроволнового Фона (CMB) радиация, показывают заметную Вселенную, чтобы быть очень близко к гомогенному и изотропическому и выводить это, чтобы ускориться. В общей Относительности, это оформлено Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW) модель. Эта модель, которая может быть представлена уравнениями Friedmann, обеспечивает искривление (часто названный геометрия) вселенной, основанной на математике гидрогазодинамики, то есть это моделирует вопрос в пределах вселенной как прекрасная жидкость. Хотя звезды и структуры массы могут быть введены в "почти FLRW" модель, строго, модель FLRW используется, чтобы приблизить местную геометрию заметной Вселенной.
Другой способ сказать это состоит в том что, если все формы темной энергии игнорируются, то искривление вселенной может быть определено, измеряя среднюю плотность вопроса в пределах этого, предполагая, что весь вопрос равномерно распределен (а не искажения, вызванные 'плотными' объектами(целями), типа галактик). Это предположение оправдано наблюдениями, что, в то время как вселенная "слабо" неоднородна и анизотропна (см. крупномасштабную структуру космоса), это является в среднем гомогенным и изотропическим. Гомогенная и изотропическая Вселенная учитывает пространственную геометрию с постоянным(неизменным) искривлением. Один аспект местной геометрии, чтобы появиться от общей Относительности и модели FLRW - то, что параметр плотности, Омега(Конец) (Ω), связан с искривлением места(космоса). Омега(конец) - средняя плотность вселенной, разделенной на критическую плотность энергии, то есть это требовало для вселенной, чтобы быть плоским (нулевое искривление). Искривление места(космоса) - математическое описание того, действительно ли Пифагорейская теорема действительна для пространственных координат. В последнем случае, это обеспечивает альтернативную формулу для того, чтобы выразить местные отношения между расстояниями.
Если искривление - ноль, то Ω = 1, и Пифагорейская теорема правилен. Если Ω> 1, есть положительное искривление, и если Ω <1 есть отрицательное искривление; в любом из этих случаев, Пифагорейская теорема недействительна (но несоответствия только обнаружимы в треугольниках, длины сторон которых имеют космологический масштаб). Если Вы измеряете окружности кругов steadilly больших диаметров и делите прежнего на последнего, все три конфигурации дают ценность π для достаточно маленьких диаметров, но отношение не отступает от ? для больших диаметров если Ω = 1. Для Ω> 1 (сфера, см. диаграмму), падения отношения ниже π: действительно, большой круг на сфере имеет окружность только дважды(вдвое) ее диаметр. Для Ω <1 отношение повышается выше π.
Астрономические размеры(измерения) и плотности энергии вопроса Вселенной и интервалов пространство-время, используя события сверхновой звезды ограничивают пространственное искривление быть очень близко к нолю, хотя они не ограничивают его признак(подпись). Это означает, что, хотя местные конфигурации произведены в соответствии с теорией относительности, основанной на интервалах пространство-время, мы можем приблизить это к знакомой Евклидовой геометрии.
Местные конфигурации[]
Есть три категории для возможных пространственных конфигураций постоянного(неизменного) искривления, в зависимости от признака(подписи) искривления. Если искривление - точно ноль, то местная геометрия является плоской; если это уверенно, то местная геометрия является сферической, и если это отрицательно, чем местная геометрия является гиперболической.
Местная геометрия Вселенной определена тем, является ли Омега(Конец) меньше чем, равный или больше чем 1. Сверху донизу: сферическая Вселенная, гиперболическая Вселенная, и плоская Вселенная.Геометрия Вселенной обычно представляется в системе движущихся совместно координат, согласно которым может игнорироваться расширение Вселенной. Движущиеся совместно координаты формируют единственную(отдельную) систему взглядов, согласно которой Вселенная имеет статическую геометрию трех пространственных измерений.
Согласно предположению, что Вселенная является гомогенной и изотропической, искривление заметной Вселенной, или местной геометрии, описано одной из трех "примитивных" конфигураций:
3-мерная Евклидова геометрия, вообще аннотируемая как E3 3-мерная сферическая геометрия с маленьким искривлением, часто аннотируемым как S3 3-мерная гиперболическая геометрия с маленьким искривлением, часто аннотируемым как H3 Даже если Вселенная не является точно пространственно плоской, пространственное искривление достаточно близко к нолю, чтобы поместить радиус в приблизительно горизонт заметной Вселенной или вне.
Глобальная геометрия[]
Глобальная геометрия покрывает(охватывает) геометрию, в особенности топология, целой Вселенной - и заметная Вселенная и вне. В то время как местная геометрия не определяет глобальную геометрию полностью, это действительно ограничивает возможности, особенно геометрия постоянного(неизменного) искривления. Для плоской пространственной геометрии, это имело обыкновение думаться, что масштаб любых свойств топологии произволен, хотя недавнее исследование предлагает, что три пространственных измерения могут иметь тенденцию уравниваться в длине. [1]. Масштаб длины плоской геометрии может или, возможно, не быть непосредственно обнаружимым. Для сферических и гиперболических пространственных конфигураций, вероятность обнаружения топологии прямым наблюдением зависит от пространственного искривления. Используя радиус искривления или его инверсии как масштаб, маленькое искривление местной геометрии, с соответствующим радиусом искривления, больше чем заметный горизонт, делает топологию трудной или невозможной обнаружить, если искривление является гиперболическим. Сферическая геометрия с маленьким искривлением (большой радиус искривления) не делает обнаружение трудным.
Два настоятельно наложившихся исследования(расследования) в пределах исследования глобальной геометрии:
бесконечна ли Вселенная в степени или - компактное пространство имеет ли Вселенная просто или непросто связанная топология
Компактность глобальной формы[]
Компактное пространство - общее топологическое определение, которое охватывает более применимое понятие места(космоса) ограниченной метрики. В космологических моделях, это требует или один или оба из: пространство имеет положительное искривление (как сфера), и/или это-, "умножаются связанный", или более строго непросто связанный.
Если 3 коллектора пространственной секции Вселенной компактны тогда, поскольку на сфере, прямые линии, указывающие в определенных указаниях(направлениях), когда расширено(продлено) достаточно далеко в том же самом руководстве(направлении) достигнут отправной точки, и пространство будет иметь определимый "объем(том)" или "масштаб". Если геометрия Вселенной не компактна, то это бесконечно в степени с бесконечными дорожками постоянного(неизменного) руководства(направления), что, вообще не возвращайтесь, и пространство не имеет никакого определимого объема(тома), типа Евклидового самолета.
Если пространственная геометрия является сферической, топология компактна. Иначе, для квартиры или гиперболической пространственной геометрии, топология может быть или компактна или бесконечна.
Плоская Вселенная[]
В плоской вселенной, все местное искривление и местной геометрии является плоским. Вообще это может быть описано местом(космосом) Euclidian, однако есть некоторые пространственные конфигурации, которые являются плоскими и ограниченными в одном или более указаниях(направлениях). Они включают, в два измерения, цилиндр и торус. Подобные места в трех измерениях также существуют.
Сферическая Вселенная[]
Положительно кривая вселенная описана сферической геометрией, и можно думаться как трехмерная гиперсфера.
Одно из усилий в анализе данных от Микроволнового Исследования Анизотропии Wilkinson (WMAP) должно обнаружить многократные "компенсационные" изображения(образы) отдаленной Вселенной в космическом микроволновом фоновом излучении. Принятие(предположение) света имеет достаточно времени, с тех пор его происхождение, чтобы поехать вокруг ограниченной Вселенной, многократные изображения(образы) могут быть соблюдены. В то время как текущие результаты и анализ не исключают ограниченную топологию, если Вселенная ограничена тогда, пространственное искривление является маленьким, так же, как пространственное искривление поверхности Земли является маленьким по сравнению с горизонтом тысячи километров или около этого.
Основанный на исследованиях данных WMAP, космологи в течение 2004-2006 сосредоточились на Poincaré dodecahedral пространство (ФУНТЫ), но также и полагали, что роговая топология была совместимой с данными.
Гиперболическая Вселенная[]
Гиперболическая вселенная (часто, но смутно названный "открытым") описана гиперболической геометрией, и можно думаться как кое-что как трехмерный эквивалент бесконечно расширенной формы седла. Для гиперболической местной геометрии, многие из возможных трехмерных мест неофициально называют роговой топологией.
Окончательная судьба открытой вселенной - то, что это продолжит расширяться навсегда, заканчиваясь в Смерти Высокой температуры, Большом Замораживании или Большом Разрыве.
См. также[]
Theorema Egregium - "замечательная теорема" обнаруженный Gauss, который показал, есть свойственное понятие искривления для поверхностей. Это используется Риманном, чтобы обобщить (свойственное) понятие искривления к более высоким размерным местам. Дополнительные измерения в Теории Вереницы(Нити) для 6 или 7 дополнительных пространственноподобных измерений все с компактной топологией.
Внешние ссылки[]
Октябрь 2003 - Poincaré dodecahedral модель - статистика WMAP моделирует предсказания для сферической местной геометрии Февраль 2004 - Poincaré dodecahedral модель - 11 степеней(градусов) соответствовал кругам Вселенная Конечна, "Шар(Мяч) Футбола" имеющий форму, Намеки Исследования. Возможная юбка с запахом dodecahedral форма вселенной. Гиперболические Вселенные с Рогатой Топологией и Анизотропией CMB ^ Roukema, Будевин Ф.; Stanislaw Bajtlik, Марек Бисиада, Agnieszka Szaniewska, Элена Джеркивикз (8 декабря 2006). "Слабый эффект ускорения из-за остаточной серьезности в умножении связанной вселенной". Астрономия и Астрофизика. Восстановленный на 2006-12-08. Восстановленный от "http: // en.wikipedia.org/wiki/Shape_of_the_Universe"