Qual è la forma fisica, geometrica dell'universo?

Non sto chiedendo di palla teorica, vs sella, vs superficie piana che è solo una metafora con spazio 2D.

È difficile dirlo perché ne vediamo molto poco e li vediamo in passato perché la luce viaggia per così tanto tempo. Ma quello che sappiamo è che si sta gonfiando (non esplode come si potrebbe pensare dal nome del "big bang").

Come sarebbe l'universo, se dovessimo congelarlo in un momento, è probabile che sia una palla, o una palla da rugby, un cono o una sorta di forma irregolare?

È pieno di galassie, polvere, buchi neri o vive ai bordi della sua forma 3D e la parte centrale è "vuota"?

Ha un gigantesco buco nero o una stella nel mezzo attorno alla quale gira tutto?

universe

— Ska
fonte

Questa domanda è confusa, perché dipende da una nozione privata di "forma geometrica" che non è stata chiarita. La forma geometrica dell'universo in qualsiasi momento del tempo cosmologico è piatta , e non è "solo una metafora con spazio 2D". O meglio, la parte che vediamo è piuttosto piatta, quindi se si assume una versione del principio copernicano , allora ha la forma di un Euclideo standard

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$3$ -spazio. Se non si ipotizza, non è possibile dare una risposta alla forma geometrica su larga scala.

— Stan Liou,

OK, se ha la forma di "standard euclideo 3-spazio", che tipo di forma avrebbe?

— Ska

Bene, è davvero piatto, il che significa che può essere utilizzata la geometria euclidea. Poiché la luce viaggia a una velocità finita e l'universo non è infinitamente vecchio, la nostra "bolla" di cose osservabili all'interno dell'universo avrebbe la forma di una sfera centrata su di noi. Tuttavia, il centro della sfera cambierebbe se decidessi di spostarti in un'altra parte dell'universo. L'universo è infinito? Questo non è noto, dal momento che non possiamo vedere oltrepassato il nostro orizzonte osservazionale.

— astromax,

.. Né possiamo viaggiare sufficientemente lontano per testarlo, dovrei aggiungere.

— astromax,

Possibile duplicato di Ciò che è al centro dell'universo?

— James K,

Risposte:

La geometria generale e la topologia dell'universo sono state studiate dalla missione Planck. Alcuni risultati sono descritti in questo documento . I risultati finali non sono ancora disponibili.

Un estratto:

Abbiamo calcolato la probabilità bayesiana di specifici modelli topologici in universi con geometrie localmente piatte, iperboliche e sferiche, il che non ha trovato prove per una topologia a connessione multipla con un dominio fondamentale all'interno dell'ultima superficie di scattering. Dopo la calibrazione su simulazioni, le ricerche dirette di cerchi corrispondenti risultanti dall'intersezione del dominio topologico fondamentale con la superficie dell'ultimo scattering danno anche un risultato nullo ad alta fiducia ... La misurazione futura di Planck della polarizzazione CMB ci consentirà di testare ulteriormente modelli di geometrie anisotrope e topologie non banali e possono fornire conclusioni più definitive, ad esempio permettendoci di estendere moderatamente la sensibilità alla topologia su larga scala.

La quantità di anisotropia dell'universo verrà dedotta dal fondo cosmico a microonde (CMB).

Sfondo di microonde cosmico, come desunto dai dati di Planck, Credito d'immagine: Agenzia spaziale europea, Collaborazione Planck

Credito d'immagine: Agenzia spaziale europea, collaborazione Planck

Le immagini con risoluzione più elevata della CMB sono disponibili qui

L'universo è approssimativamente uno spaziotempo a 4 dimensioni con il big bang come singolarità. Non ha bordi nello spazio 3d quando si viaggia. Se guardi al passato il confine, se ti piace chiamarlo così, è il big bang. Il big bang ci guarda sulla Terra come essere a una distanza di 13,81 miliardi (13,81e9) anni luce in qualsiasi direzione. O essere 13,81 miliardi di anni in passato perché la luce aveva bisogno di quel tempo per viaggiare da noi. Ma non possiamo viaggiare fino a quel confine, perché l'universo si espande più velocemente di quanto noi (o la luce) possiamo viaggiare. Abbiamo dovuto viaggiare nel passato o più velocemente della luce per arrivarci, indipendentemente dalla direzione spaziale.

Non c'è un buco nero nel centro dell'universo, ma il big bang, se ti piace chiamarlo il centro di uno spazio-tempo 4-d.

L'universo, quando guarda a un'età fissa di 13,81 miliardi di anni, è riempito quasi in modo omogeneo di galassie su larga scala. A livello locale le galassie sono raggruppate in cluster e supercluster. I supercomputer formano una specie di rete 3d. Ma non ci sono regioni totalmente nulle. C'è sempre del gas o della polvere o del plasma o dei raggi cosmici, dei neutrini, ecc.

Se potessi fermare l'espansione dell'universo in un dato momento cosmico , ti vedresti in entrambe le direzioni approssimativamente alla stessa distanza e approssimativamente nello stesso passato. (Tale struttura è chiamata 3 sfere . La superficie di una sfera 4 è un esempio di sfera 3. Questo video di YouTube tenta di visualizzare una sfera 3 rotante.)

A causa della rapida espansione dello spaziotempo, la luce non può viaggiare abbastanza velocemente nell'universo per renderlo possibile. Pertanto, nella migliore delle ipotesi, possiamo guardare indietro al big bang. La luce ha bisogno di più tempo per viaggiare nell'universo poiché l'universo esiste dopo il big bang.

— Gerald
fonte

Ok, per semplificare al punto più basso che posso immaginare. Universo gonfiato alle dimensioni di circa un sistema solare alla fine del periodo inflazionistico, da qualche parte a 10 -32 secondi. Allora era più un disco o una forma di palla o qualcos'altro?

— Ska

Qualcos'altro: assomiglia approssimativamente alla superficie tridimensionale della sfera quadridimensionale, ma non del tutto simmetrica. La forma precisa non è esattamente nota, ma probabilmente non troppo distorta, come un toro, un cubo o un dodecaedro. Questo è ancora sotto inchiesta; risultati più precisi sono previsti entro pochi anni, quando verrà analizzata la polarizzazione del CMB.

— Gerald

"Né la ricerca dei cerchi nel cielo né il metodo della probabilità trovano prove per una topologia connessa in modo multiplo" del documento Planck, la sezione 6.1 significa che non è un oggetto simile al toro o più complesso con buchi.

— Gerald

Spiegazione di spazi semplicemente collegati: en.wikipedia.org/wiki/Simply_connected_space .

— Gerald

... avrebbe dovuto iniziare; la versione americana funziona ancora per me: youtube.com/embed/6cpTEPT5i0A?list=PL3C690048E1531DC7

— Gerald

Ok, forse hai delle idee sbagliate.

L'universo non ha alcun centro. Sembra lo stesso dal punto di partenza, ovunque tu guardi. È approssimativamente il seguente:

Filamenti di densità

Questa immagine rappresenta una scatola di grandi dimensioni nel nostro universo sull'ora corrente (non sull'ora percepita, in base alla luce ricevuta). Certo, è solo una simulazione al computer. Ogni punto rappresenta un gruppo di galassie.

Quindi devi immaginare uno spazio tridimensionale infinito pieno di strutture simili a filamenti come questi. E infinito significa che non ha limiti, quindi non ha forma "esterna". Niente palla, pallone da rugby né cono lì. Inoltre non forma irregolare esterna, solo infinita. Ognuna di queste forme ha un confine 2D su uno spazio 3D, ma l'universo non ha confini.

— envite
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Da dove proviene questa simulazione e dove si trova approssimativamente una Via Lattea? Da questo modello sembra molto simile a una forma cubica, per nulla infinita, almeno in questo momento. Forse può essere considerato infinito in base alla velocità dell'inflazione: curious.astro.cornell.edu/question.php?number=575 , ma in ogni dato punto congelato non lo è. E sebbene dall'esterno non vi sia spazio-tempo, quindi nessuna forma , sappiamo ancora che le galassie messe insieme, non importa quanto siano grandi, sono messe insieme in un certo schema, formando una certa "forma".

— Ska,

Essere infiniti non implica non avere confini (non da soli, almeno). @Ska: se stavi cercando la distribuzione di galassie, avresti dovuto chiederlo direttamente.

— Stan Liou,

A proposito, questa casella in cui le persone usano per eseguire le simulazioni è periodica (le particelle che escono da una parte appaiono sull'altra). @Ska Il fatto che abbiano scelto un cubo per rappresentare un pezzo dell'universo di cui si preoccupano di apprendere è irrilevante. Inoltre, l'universo è "infinito" non è qualcosa che chiunque può provare. L'espansione dello spazio-tempo sembra avvenire ovunque, ma ciò non significa che l'universo sia infinito.

— astromax,

@Ska: il tuo presupposto è sbagliato; lo spazio non ha e non ha mai avuto un confine in alcun modello cosmologico coerente con ciò che conosciamo della gravità (l'avvertimento è che la nostra conoscenza della gravità nell'universo primordiale è completamente incerta). Tuttavia, c'era (ed è) un orizzonte che definisce il limite della possibile osservazione, come ha detto l'astromax sopra. Ma non c'è niente di fisicamente speciale lì; ogni punto nello spazio ha il suo orizzonte.

— Stan Liou,

@Ska: Sì, un appartamento

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$3$ -torus è una possibile geometria, ma la geometria non deve essere "ripetitiva" nel senso di avvolgersi su se stessa. Non deve essere un toro. Oltre l'orizzonte potrebbe esserci uno spazio euclideo invece di un toro piatto. Oppure potrebbero esserci unicorni rosa. O qualsiasi altra cosa. Il punto dell'orizzonte è che non sappiamo cosa ci sia oltre. (Ma se si presume che l'universo sia globalmente isotropo, allora non può essere un toro.)

— Stan Liou,