Существует ли точное формальное определение Вселенной?

Если вопрос заключается в том, существует ли определение, описывающее нашу вселенную, то я считаю, что ответ — нет . Это связано с тем, что инкапсуляция «пространства» в формальную систему требует определения границ. Однако мы не знаем границ нашей собственной вселенной, не говоря уже о том, какие границы возможны для любой вселенной.

Мы можем описать только то, что можем обнаружить в наблюдаемой Вселенной . Отсюда мы можем сразу ввести 2 проблемы создания определения вселенной.

1. У нас есть ограниченный диапазон Вселенной, которую мы можем анализировать.
2. Мы можем анализировать только то, что можем обнаружить.

В качестве странного примера: если Вселенная подобна воздушному шару, а стенки воздушного шара сделаны из другого вещества, чем все, что находится внутри воздушного шара, сможем ли мы обнаружить стенки, если не будем знать, что искать? Вы можете подумать, что мы увидим «край» или «границу», но это не обязательно, если вселенная, скажем, тор .

Затем мы можем задать вопросы о свойствах физической границы. Это проницаемо? Что находится на другой стороне? Должна ли быть «другая сторона» ? И эти вопросы даже не требуют определения, возможна ли мультивселенная .

В математике топология часто упоминается при формальном описании пространств :

Топологические пространства имеют аналитический характер. Открытые множества, заданные в топологическом пространстве по определению, приводят к таким понятиям, как непрерывные функции, пути, отображения; сходящиеся последовательности, пределы; внутренний, граничный, внешний .

Единственная из последних трех, которую мы можем измерить в нашей вселенной, — это внутренняя часть . В конечном счете, это может быть единственно релевантным , когда речь идет о вселенной . Но опять же, у нас нет дополнительных доказательств того, что «у нашей вселенной нет границ», что придает больше правдоподобности отсутствию формального определения .

Другие могут возразить, что мы можем определить «достаточно» Вселенной, придав значения наблюдаемым физическим константам . Эти константы объединяются, чтобы создать формы и взаимодействия наблюдаемых частей нашей вселенной.

Существуют также альтернативные теории о том, как могла быть создана Вселенная, которые радикально изменили бы наше определение вселенной. Из М-теории , например

Гетеротическая М-теория использовалась для построения моделей космологии бран, в которых предполагается, что наблюдаемая Вселенная существует на бране в многомерном окружающем пространстве. Это также породило альтернативные теории ранней Вселенной, которые не опираются на теорию космической инфляции.

И вы могли бы внести еще один ключ в смесь, добавив время . Какой была Вселенная в момент времени = 0? Может ли он рухнуть (даже если обнаружится, что прямо сейчас он ускоряется)?

Или сойти с ума и спросить, может ли наша Вселенная разделиться, как биологическая клетка ( ссылка ) ( ссылка ). Как тогда выглядело бы формальное определение нашей Вселенной? Я не хочу вдаваться в такие идеи, но они показывают, почему добавление «времени» к пространству-времени может резко изменить ваше определение, поскольку мы не можем наблюдать его от начала до конца (о котором мы знаем).

Но как оптимист, возможно, мой ответ должен быть «еще нет» или «вы можете приблизиться в практических целях». Любая область может создать «достаточно хорошую» версию определения для решения проблем в этой области. Если для создания формального определения требуется всеведение , то я бы вернул свой ответ на твердое «Нет».

Просто для полноты мне кажется необходимым добавить несколько фрагментов из определений Dictionary.com :

1. совокупность известных или предполагаемых объектов и явлений во всем пространстве; космос; макрокосм.
2. Также называется вселенной дискурса. Логика. совокупность всех объектов, атрибутов и отношений, предполагаемых или подразумеваемых в данном обсуждении.
3. Также называется универсальным набором. Математика. совокупность всех обсуждаемых элементов для данной проблемы.

Иногда слово «вселенная» используется просто в разговорной речи и может просто относиться ко всему, что находится на какой-то стороне горизонта (горизонту событий, горизонту причинности и т. д.). Но при точном использовании, я уверен, в разных областях используются разные определения.

Например, в общей математической теории относительности вы предполагаете, что ваша вселенная представляет собой связанное четырехмерное пространство-время. Если бы он был разъединен, то были бы две части, ни одна из которых не может влиять друг на друга, или даже взаимно влиять на что-то, или быть взаимно затронута чем-то, даже путешествие во времени или путешествие с бесконечной скоростью не могут заставить одну часть влиять на другую. Поэтому имеет смысл сказать, что они не в одной вселенной. Это все еще может допускать довольно странные вещи, поскольку имеет значение только связь как 4d вещи. Таким образом, они все еще связаны как четырехмерные объекты, если пространственная связь между двумя частями еще не произойдет в течение миллиарда лет (у вас могут быть слияния или разделения, но если они когда-либо были или когда-либо будут связаны пространственно, тогда как четырехмерные вещи они связаны, так что они являются частями одной и той же вселенной). Это' Также важно отметить, что в стандартной общей теории относительности нет большего пространства, в котором искривленные 4-мерные пространства-времени живут как гиперпространственные поверхности. Итак, в математической общей теории относительности мультивселенная — это просто несвязанные пространства-времени, которые не имеют ничего общего друг с другом, они не находятся рядом друг с другом, не соприкасаются друг с другом или что-то еще, они просто полностью различны, как если бы они были единственной вселенной.

Но есть нестандартные теории (или, может быть, прототеории, эта последняя часть моего ответа не моя область), согласно которым наша Вселенная является браной в чем-то большем, чем 4D. В этом случае вселенная может быть связанной четырехмерной поверхностью в этом более крупном объекте или, может быть, всеми частями, которые взаимодействуют друг с другом. Люди дают определения, чтобы облегчить разговоры, которые они хотят иметь. В обычной ОТО нет более крупной вещи, в которую искривленное пространство-время встроено в виде гиперпространственных поверхностей, поэтому определения в обычной ОТО не говорят о них, поскольку они не учитываются. Но теория, которая рассматривает их, могла бы назвать их бранами или чем-то, что осмысленно описывает (в рамках этой теории) именно то, какими свойствами оно обладает или не обладает. Но они также могут называть их вселенными.

В физике Вселенную можно определить как наименьшую систему, содержащую Землю и не взаимодействующую ни с чем вне ее. Это согласуется с обычным использованием этого термина в астрономии и космологии. Оно имеет точное значение в любой конкретной математически сформулированной теории физики. В каждой такой теории существует только одна такая система.

Общая теория относительности — это изучение классических аспектов этой вселенной (и ее вариантов, которые могут быть проще или интереснее изучать), в то время как квантовая гравитация — это изучение ее квантовых аспектов.

В упрощенной версии Вселенной, где гравитация устранена, стандартная модель охватывает все аспекты Вселенной.

(В менее традиционных областях физики, где рассуждают о множестве миров, вселенная — это нечто иное, не очень четкое определение.)