Двигается ли Вселенная через бесконечное пространство-время по мере расширения?

Я думаю, что вы задаете очень фундаментальный вопрос, на который нет однозначного ответа. Я интерпретировал ваш вопрос немного иначе, чем сэр Cumference , поэтому отвечу на него по-другому.

Людей, только что изучающих расширение Вселенной, часто учат аналогии с расширяющимся воздушным шаром. Идея здесь заключается в том, что у вас есть сдутый воздушный шар, на котором вы рисуете две точки. Эти точки могут представлять две галактики во Вселенной, определяемые поверхностью воздушного шара. Важной концепцией здесь является то, что поверхность воздушного шара представляет собой всю вселенную в этом сценарии. Затем воздушный шар надувается, и вы замечаете, что из-за «расширения» Вселенной точки (то есть галактики) удаляются друг от друга. Это показано на диаграмме ниже.

Эта концепция обычно используется, чтобы рассказать о важном факте о нашей вселенной, а именно об отсутствии центра. Нигде на воздушном шаре вы не увидите, что являетесь центром расширения, потому что расширение происходит везде в равной степени.

Однако то, что вы, кажется, делаете, пытается сделать эту аналогию еще на один шаг. Несмотря на то, что вселенная воздушного шара (вселенная воздушных шаров?) определена на поверхности воздушного шара и, таким образом, является двухмерной, все еще существует трехмерное пространство, в которое расширяется двумерная вселенная воздушных шаров. Итак, вы спрашиваете, что это говорит о нашей трехмерной вселенной? Расширяемся ли мы в каком-то четырехмерном пространстве?

Это, на мой взгляд, квинтэссенция фундаментальных понятий, стоящих за вашим вопросом. Предполагая, что я правильно интерпретирую ваш вопрос, я должен сказать, что ответ - я не знаю .

Существует несколько (неудовлетворительный) тавтологический ответ, заключающийся в том, что Вселенная по определению есть все, что существует. Следовательно, не может быть трехмерной Вселенной, а также четырехмерного пространства, в которое расширяется наша трехмерная Вселенная, потому что это четырехмерное пространство обязательно будет частью нашей Вселенной по определению.

Более аргументированный подход к этому ответу — посмотреть на него с математической точки зрения. Если вы начнете изучать высшую математику (и под высшим я подразумеваю высшую математику на уровне бакалавриата / магистратуры), вы узнаете о многообразиях .. Многообразия — это в основном математические объекты, которые могут определять такие вещи, как поверхность воздушного шара. Вы обнаружите, что определение поверхности воздушного шара с использованием концепции многообразий не требует, чтобы поверхность существовала в трехмерном пространстве, даже если это многообразие расширяется. Вполне возможно определить двумерное многообразие, имеющее ту же топологию (причудливое слово для обозначения структуры), что и расширяющийся воздушный шар, не «встраивая» его в трехмерное пространство. Эта концепция делает ваш вопрос спорным. Это позволяет расширять трехмерную вселенную, не требуя существования некоторого четырехмерного пространства для расширения. Итак, в конечном счете, я утверждаю, что возможно существование трехмерной Вселенной, которая не имеет центра и расширяется, но не в 4-е измерение.

Когда мы говорим о Вселенной, мы на самом деле говорим об одном из двух:

• Наблюдаемая Вселенная, то есть все, что мы можем увидеть.
• Вселенная, которая есть все, что когда-либо существовало, существует в настоящее время и будет существовать.

Наблюдаемая Вселенная имеет свой центр, обычно это Земля. Это сферическая область всего, что мы можем видеть, практически всего, чей свет достиг нас. Мы обычно ссылаемся на это, когда говорим что-то вроде «есть$10^{86}$атомов во Вселенной».

На самом деле у каждого есть своя наблюдаемая вселенная, и она может меняться в зависимости от того, где вы находитесь. Далекая экзопланета имеет свою собственную наблюдаемую вселенную и может получать свет из разных мест. По сути, вы являетесь центром своей собственной наблюдаемой вселенной. По мере того, как к нам будет приходить больше света, наша наблюдаемая Вселенная будет расти (или расширяться, если хотите).

Если вы имеете в виду последнее, то это совершенно другой ответ, и «расширение» относится к чему-то совершенно другому. Вселенная (обратите внимание на заглавную «U») состоит из пространства и времени и их содержимого. Все, что существовало, будет существовать и существует в настоящее время, является его частью.

Когда мы говорим, что Вселенная расширяется, мы не имеем в виду, что она подобна шару, который постоянно увеличивается в размерах. Мы просто имеем в виду, что пространство между объектами увеличивается. Вселенная может быть бесконечной по размеру, но между материей создается все больше и больше пространства.

Другой способ думать об этом — сказать, что пространство расширяется. Представьте, что все в космосе находится в системе координат. Сама система координат на самом деле расширяется, и поэтому объекты в ней расходятся. Вот GIF, который я сделал, чтобы помочь вам понять это:

Вы можете видеть, как объекты расходятся друг от друга из-за расширения пространства. Таким образом, ваш вопрос не имеет большого смысла; Вселенная целиком состоит из пространства и его содержимого, так как же она может перемещаться в большем пространстве?