Есть ли (имеет ли смысл говорить, что) у Вселенной центр?

Вопрос о центре Вселенной — это вопрос о том, одинакова ли Вселенная во всех точках. Самый простой способ увидеть, что у Вселенной теперь нет центра, — это использовать ньютоновский Большой взрыв. В таком описании все улетает от всего остального с вектором скорости, пропорциональным вектору положения, где мы находимся в начале координат:

Предположим, вы находитесь на одном из объектов в позиции r. Тогда, с вашей точки зрения, все смещается в$r$, из-за вашего нового центра$r\rightarrow r-r_0$, но все также сдвинуто в$v$, потому что ваша скорость не равна нулю относительно нас, но вы будете описывать себя неподвижным. Так$v\rightarrow v-ar_0$. В результате вы описываете объекты как улетающие от вас со скоростью, пропорциональной вектору их положения.

Ньютоновский большой взрыв однороден — каждый чувствует, что находится в его центре. Он в точности аналогичен релятивистскому Большому взрыву, который также является однородным. Но ньютоновский большой взрыв бесконечен, а релятивистский большой взрыв конечен, поскольку у Ньютона нет горизонта.

Горизонт в теории относительности возникает там, где объекты разлетаются со скоростью света или, что то же самое, там, где лучи света, достигающие вас, исходят прямо из Большого взрыва (поскольку смотреть дальше — значит смотреть назад во времени). Горизонт ограничивает пространство, но не выделяет центра, потому что каждая точка имеет симметричный вокруг себя горизонт.

Ответ на ваш вопрос зависит от знания истинной конфигурации Вселенной, а в настоящее время у нас нет таких знаний. Можно представить, что пространство, которое мы видим, каким-то образом естественным образом встроено в более широкое пространство, для которого четко определено понятие центра. Также вполне возможно, что мы живем в пространстве, где понятие центра не имеет смысла.

Мы склонны создавать интуицию, что все имеет центр, потому что это верно для повседневных предметов вокруг нас, таких как буханки хлеба с изюмом. Эти объекты могут быть ограничены внутри коробки конечного размера, а пространство вокруг нас достаточно плоское, чтобы мы могли использовать евклидовы методы для определения центров (например, путем интегрирования характеристической функции, умноженной на декартову координату). Если наша вселенная на самом деле имеет такую ​​форму, то имеет смысл иметь особое место, на которое мы можем указать и назвать его центром. Пока нет никаких экспериментальных доказательств в пользу того, что наша Вселенная имеет такую ​​форму.

Большинство абстрактных многообразий, являющихся потенциальными пространствами-временями, не имеют выделенной точки, которую можно рассматривать как центр. Это пространство-время представлено в виде бесконечного набора точек вместе с понятием близости, и обычно существует группа диффеоморфизмов, которые перемещают точки, но на самом деле не меняют физику. Эта симметрия — это то, что обычно разрушает всякую надежду на наличие точки, для которой у нас есть веская причина называть ее «центром» — мы ожидаем, что физика будет одинаковой в такой точке и в соседних точках, так что эта точка не будет различима. по любой физической причине.

Общая теория относительности описывает (динамику) искривленного пространства-времени. Итак, вам нужна коллекция событий и метрика, показывающая интервал между соседними событиями.

Вот и все.

Вы также можете использовать термин источник энергии стресса. Но все остальное является либо нефизическим, либо явным предубеждением, внесенным в теорию без всякой причины. Есть несколько легко наглядных примеров, которые показывают однородное конечное пространство без границ, начнем с самого простого.

Начните с радиальных координат$r \in[0,\infty)$а также$\phi \in [0,2\pi)$для полярной плоскости рассмотрите такие метрики, как

$ds^2=c^2dr^2-\left( a(r)\right)^2\left( d\phi^2 \right)$

Где$r$является временной координатой и отличается$\phi$соответствуют разным местам. Итак, Большой взрыв — это начало, и все лучи, исходящие из начала, — это отдельные места, все концентрические кольца — это разные моменты космологического времени. И каждое место совершенно равно любому другому.

Точно так же вы можете иметь 3D-пространство-время с 2D-пространством. Начните со сферических координат$r \in [0,\infty),$ $\phi \in [0,2\pi)$а также$\theta \in [0,\pi]$затем рассмотрите такие показатели, как

$ds^2=c^2dr^2-\left( a(r)\right)^2\left( d\theta^2+\sin^2\theta d\phi^2 \right)$

Где$r$является временной координатой и отличается$\theta$а также$\phi$соответствуют разным местам. Итак, Большой взрыв — это начало, и все лучи, исходящие из начала, — это отдельные места, все концентрические сферические тонкие оболочки — это разные моменты космологического времени. И каждое место совершенно равно любому другому.

Точно так же вы можете иметь 4-мерное пространство-время, концентрические гиперсферы — это разные моменты, а местоположения — это лучи, исходящие из начала координат.

Таким образом, можно ответить на такие вопросы, как расширение пространства, оно расширяется в будущее, потому что поверхности, удаленные от начала координат, находятся дальше в будущем. Почему каждая точка выглядит одинаково, каждая точка на окружности выглядит одинаково, каждая точка на сфере выглядит одинаково и каждая точка гиперсферы выглядит одинаково.

Края нет, как нет края у круга или сферы. И вся Общая Теория Относительности происходит путем выяснения динамики$a(r).$И это стандартная космология.

Да! Центр Вселенной — это единственное место, где время «правильное». То есть не под влиянием посторонних гравитационных полей. Итак, под «правильным» я подразумеваю место, где время течет быстрее (или не медленнее), чем где-либо еще.

Читателю предлагается в качестве упражнения определить, как найти это место.

Имеет смысл сказать, где находится центр Вселенной. Но, к сожалению, это всегда объясняется неоднозначно. Одним из простых способов объяснения является это видео .

Объяснение в основном зависит от того, с какой точки отсчета вы смотрите на Вселенную. Например, если я стою на Земле, я могу сказать, что Земля неподвижна, но если я нахожусь на другой планете, я вижу, что Земля движется не только по своей орбите, но и вокруг своей оси.

По сути, в Большом взрыве нет взрыва. Это было только расширение. Просто материя раздулась и начала удаляться друг от друга. Это очень похоже на газ в контейнере. Давайте вдруг расширим контейнер, все молекулы разойдутся друг от друга. Центра не будет, потому что расширение равномерное. Важный момент здесь внутри этого газа, а не снаружи. Таким образом, вам будет казаться, что вы являетесь центром Вселенной, потому что все удаляется от вас.

Теперь, если вы измените точку отсчета, скажем, вы посмотрите на вселенную извне, вы увидите, что это центр, из которого все расширяется. Поскольку мы находимся внутри этого газа/материи, мы предполагаем, что центра нет, потому что использование всего кажется расширяющимся от каждого отдельного объекта. Так что я думаю, это действительно зависит от того, под каким углом вы смотрите на Вселенную.