Путаница в отношении формы Вселенной

Дело в том, что мы не внутри сферы. Двумерная поверхность сферы — это просто аналогия того, как работает положительно искривленное пространство . Это также всего лишь частный случай положительно искривленного пространства; он имеет кривизну, которая является одновременно однородной и изотропной.

К сожалению, наш мозг не приспособлен думать о трех измерениях как об искривленных, как в положительную, так и в отрицательную сторону. Вместо того, чтобы пытаться нарисовать картинку, лучшее, что мы можем сделать, — это описать такую ​​вселенную:

1. Вселенная с положительной кривизной замкнута, то есть она имеет конечную протяженность, но не имеет края.
2. Если вы идете по прямой линии, вы в конечном итоге окажетесь там, откуда начали.
3. Сумма углов треугольника больше 180 градусов.

Когда физики и математики называют что-то «сферой», они имеют в виду математическую сферу . Это может быть 3-х, 4-х, 5-ти мерная сфера или другая. Таким образом, вы должны спросить, «что такое сфера», за пределами обычного языка.

Сфера определяется как все точки пространства, находящиеся на одинаковом расстоянии от некоторой фиксированной точки . Так что в 3D это похоже на поверхность мяча. В 2D мы называем это кругом («поверхность» или точки, находящиеся на одинаковом расстоянии от центра диска). В 4D и более высоких измерениях мы обычно называем это поверхностью гиперсферы или N-сферы.

Поэтому, когда космолог говорит, что Вселенная имеет положительную кривизну и «должна вести себя как сфера», они не обязательно имеют в виду «как трехмерная сфера».

• Вселенная, имеющая форму огромной четырехмерной сферы, для нашего трехмерного восприятия выглядела бы «плоской», как любая огромная сфера. Вы должны спросить, что означает «плоское» для 4D-пространства. Один из способов представить «плоское» пространство состоит в том, что если вы измерите углы треугольников, они в сумме составят 180 градусов, а не больше или меньше. Пространство, насколько мы можем судить, кажется почти идеально плоским. Это говорит нам кое-что о его структуре.

• Вселенная, имеющая форму огромной четырехмерной сферы, для нашего трехмерного восприятия казалась бы бесконечной, но на самом деле имела бы конечный размер (даже если бы мы сами этого не видели). Если бы вы путешествовали бесконечно, вы могли бы вернуться туда, откуда начали. Эта идея используется во многих произведениях научной фантастики. Проблема с этой идеей заключается в том, что мы, кажется, находимся во Вселенной, где пространство расширяется, поэтому может оказаться невозможным путешествовать по Вселенной, даже если бы у вас было бесконечное время, потому что «расстояние», которое вам нужно пройти, будет расти быстрее. чем вы могли бы путешествовать по нему. Это возможно, потому что расширение самого пространства не ограничивается скоростью света. Объекты в космосе (включая свет и объекты) не могут двигаться быстрее света. Но когда пространство расширяется, никакие объекты не перемещаются в пространстве. Меняется само пространство, а сами объекты не движутся в пространстве. Это расширение не ограничено скоростью света. Таким образом, Вселенная может стать больше, быстрее, чем вы могли бы путешествовать по ней. Мы считаем, что это действительно произошло. Вот почему мы говорим об «наблюдаемой Вселенной» — потому что мы ожидаем, что остальную часть Вселенной мы просто не можем и никогда не сможем увидеть. Он слишком далеко, движется слишком быстро, свет от него никогда не достигнет нас.

Вы столкнулись с путаницей или двусмысленностью, которую английский разделяет с некоторыми (но, вероятно, не со всеми) другими языками. Как этот термин используется в физике, «сфера» на самом деле не имеет центра, поскольку это поверхность «шара»: на диаграмме, которую вы любезно предоставили, изображен шар, объем которого имеет центр. Сфера имеет площадь поверхности, но не объем, и даже описание площади ее поверхности является неточным, потому что оно должно учитывать то отношение (длины окружности шара к его диаметру), которое равно пи и продолжается в кажущееся бесконечным. ряд вариаций.

Однако даже мяч обеспечивает только мгновенное описание интересующей вас фигуры (возможная форма Вселенной), что не является описанием, достаточно полным, чтобы зафиксировать фигуру в том виде, в каком она используется в космологии (ваша первая метка). потому что объем шара может быть (и есть, по крайней мере, в той части космоса, которую мы наблюдаем) расширяющимся в целом: Следовательно, время должно быть принято во внимание.

В теории относительности Эйнштейна время «визуализируется» как ортогональное (другими словами, «под прямым углом к») пространству: его можно точно учесть только с помощью использования по крайней мере двух систем координат, что значительно усложняет представление о времени. получившаяся фигура, известная как «три сферы» или «шар». Однако ничего физического, подобного этому, нельзя увидеть ни с одной известной точки зрения, потому что мы на самом деле не видим время: мы видим свидетельство нашего прохождения через него только в объектах, таких как стрелки часов, которые имеют по крайней мере некоторую массу.

Это как в хорошем видео парня из НАСА, сделанного несколько лет назад. Если бы были 2D улитки, двигающиеся по платформе, то радиус их обзора несколько ограничен. Затем трехмерное существо может размещать бесконечные части одного и того же квадрата во всех направлениях. Когда улитки летят, они не могут видеть достаточно далеко и назад (представьте себе это как горизонт). Так что они просто двигаются, и настолько большим был сделан холст, насколько большим его считает улитка. Даже если 4 штуки сделают ту же иллюзию. О трехмерных существах, таких как мы, нужно думать, как будто мы были на воздушном шаре, воздушный шар можно надуть больше, и объекты полетят дальше. И по кругу идем. В четвертом измерении это похоже на гиперкуб, ребра которого связаны с другими ребрами куба. Как и в случае с улитками, теперь куб заполнен 3d блоками, и мы идем дальше и дальше с нашими ракетами, но края не будет. Кажется бесконечным, но именно так трехмерное существо видит четырехмерное пространство. Дальнейшее объяснение потребует размышлений, так что это должно быть хорошо :)