천문학

Flat Universe는 균등한 분포를 의미합니까?

Flat Universe는 균등한 분포를 의미합니까?


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"평평함" 질문에 대한 다른 모든 관련 답변을 읽었지만 조금 더 설명이 필요합니다.

나는 2D 우주의 삼각형이 닫힌 우주와 열린 우주 모두에서 180도와 같지 않다는 것을 이해합니다. 내가 맞다면 초기 조건에서 평평하지 않으면 시간이 지남에 따라 기하 급수적으로 확장되거나 붕괴됩니다.

위의 내용을 감안할 때 평면을 우주의 균일한 밀도로 설명할 수 있습니까? 즉, 모든 우주가 대규모(균질성)에서 거의 동일한 "일관성"이라는 의미입니다.


아니요, 평평하고 균질하다는 것은 동일하지 않습니다$^dagger!!!$.

평탄도는 총 에너지 밀도 $ ho$에 따라 달라지는 기하학을 나타냅니다. 특정 임계값 $ ho_mathrm{cr}$보다 높거나 낮으면 우주를 각각 "닫힘" 또는 "열림"이라고 부르고 $ ho$가 정확히 $ ho_mathrm{ cr}$, 우리는 그것을 "플랫"이라고 부릅니다.

균질성은 물질이 (대규모로) 고르게 분포되어 있음을 의미합니다. 우주가 균질할 뿐만 아니라 등방성인 경우(즉, 모든 방향에서 동일하게 보입니다), 그때 평면, 개방 또는 폐쇄의 세 가지 가능한 형상이 있습니다. 그러나 균질 한 우주는 등방성 일 필요가 없으며 열린 우주와 닫힌 우주 모두 물질을 고르게 분포시킬 수 있습니다.

따라서 $$ mathrm{균질성} 오른쪽 화살표 mathrm{평탄도} $$

로컬 지오메트리는 로컬 밀도$^ddagger$에 따라 달라지지만, 글로벌 기하학은 물질이 어떻게 분포되어 있는지에 의존하지 않습니다. 예를 들어, 원칙적으로 구조 크기의 상한선이 없는 우주를 가질 수 있습니다. 에 우리의 우주에서, 우리는 가장 큰 구조물의 크기가 대략 반기가 광년이라는 것을 관찰 적으로 발견합니다. 이 규모 이상에서는 균질합니다(입자 지평선보다 큰 규모에서는 균질하지 않을 수 있음). 그러나 또 다른 우주는 모든 규모의 구조를 가지고 있으므로 균질하지 않을 수 있지만 여전히 $ ho = ho_mathrm{cr}$ 기준을 충족하므로 평면입니다. 또한 균질성과 등방성에 대한이 답변에서 논의 된 것처럼 밀도가 항상 감소하는 (즉,이 지점 주변의 등방성) 중심점에서 시작되지만 여전히 $ rho = rho_ mathrm이있는 우주를 상상할 수 있습니다. {cr}$.

따라서 $$ mathrm{평탄도} 오른쪽 화살표 mathrm{균질성} $$

우주의 운명을 결정하는 기하학에 대한 당신의 진술은 그것이 물질과 방사선만 포함한다면 정확할 것이지만, 그것을 평평하게 만드는 밀도의 $sim70$%는 우주의 팽창을 가속화하는 성가신 속성을 가지고 있는 것처럼 보입니다. . 따라서 평평하고 물질이 지배하는 우주는 유한한 크기를 향해 점근적으로 팽창하지만, 우리의 우주는 암흑 에너지라고 불리는 것에 의해 지배되어 평평하면서도 기하급수적으로 팽창하는 것 같습니다.


$^단검$적어도 우주의 경우. 로드킬의 경우 동등할 수 있습니다.

$^대거$예를 들어, 우주는 중력 렌즈를 만들기에 충분한 은하단을 중심으로 "구부러져"있습니다.


평평한 우주는 균등한 분포를 의미합니까?

엄격히 말해서 아니오. 그러나 어떤 종류의 "고차원 곡률"에 대한 실제 증거도 없습니다. https://arxiv.org/abs/1303.5086을 참조하십시오. 여기서 Planck 임무는 우주의 배경 기하학 및 토폴로지에 대해 보고했습니다. 그들은 어떤 종류의 "소행성" 토로이드 우주에 대한 증거도 찾지 못했습니다.

2D 우주의 삼각형은 닫힌 우주와 열린 우주 모두에서 180 도와 같지 않다는 것을 이해합니다. 내가 맞다면 초기 조건에서 평평하지 않다는 것은 시간이 지남에 따라 기하 급수적으로 팽창하거나 붕괴한다는 것을 의미합니다.

그것은 사람들이 말하는 경향이 있지만 IMHO 당신은 그것을 안정된 과학으로 취급해서는 안됩니다. "아무도 건너지 않은 물에 들어가고 있다" 참조: Alexander Friedman과 현대 우주론의 기원. 그것은 팽창하는 우주에 대해 Friedmann의 공로를 인정한 Ari Belenkiy의 작품입니다. 그는 또한 Friedmann의 m-for-monotonic M1 유니버스 (특이점에서 확장되고 굽힘 점), 0이 아닌 반경에서 확장되는 M2 유니버스, 확장 및 축소되는 P-for-periodic P 유니버스를 참조합니다. 문제는 이러한 옵션 중 어느 것도 우주를 적절하게 설명하는지 실제로 확실히 알지 못한다는 것입니다. 특히 우리는 우주가 한때 매우 조밀했지만 그럼에도 불구하고 팽창했다는 좋은 증거를 가지고 있기 때문입니다.

위의 내용을 감안할 때 평면을 우주의 균일한 밀도로 설명할 수 있습니까? 즉, 모든 우주가 대규모(균질성)에서 거의 동일한 "일관성"이라는 의미입니다.

나는 이렇게 말하고 싶다: 우리가 프리드만 우주론이 옳다는 것을 모른다면, 우리는 평면도를 우주의 균일한 밀도로 설명하십시오.


우주에는 무게 중심이 있습니까?

공간은 평평하고 단순하게 연결되어 있습니다. 이것은 실제로 유클리드 공간이며 무한하다는 것을 의미합니다. 그러면 합이 발산하기 때문에 우주에서 질량의 위치를 ​​평균화할 수 없습니다. 질량 분포는 매우 큰 규모에서 균일하며 이것은 영원히 계속됩니다.

공간은 곡선이거나 단순히 연결되어 있지 않습니다. 이것은 위치를 벡터로 생각할 수 없고 합산할 수 없으므로 평균할 수 없음을 의미합니다.

'Great Attractor'에 대해 읽었습니다. 그것은 또한 '중력' 중심의 관점에서 볼 때 문제가 아닌가?

일반 상대성 이론에 곡선 공간이 있습니까? GR에 정의할 수 있는 무게 중심이 있습니까? 우리는 우주를 위해 그렇게 할 수 없습니까?

단순히 연결이 무엇을 의미하는지 설명할 수 있습니까?

관측 가능한 우주의 무게 중심은 어떻습니까?

평평하고 단순히 연결되어 있다는 것이 무한하다는 것을 의미하는 이유는 무엇입니까?

또한 무한대라도 질량 분포가 균일하다는 것을 의미하는 이유는 무엇입니까?

정말 최고 수준의 질문입니다. 나는 이 답변이 균질성 원칙과 많은 관련이 있다고 생각합니다. 아인슈타인은 대규모 공간에서 공간이 균질하다고 제안했습니다. 즉, 정말 먼 거리(Mpcs 또는 parsecs)로 이동하면 왼쪽 공간이 오른쪽 공간과 다르지 않게 보일 것입니다. 중심이 없는 웹, 이 경우 은하로 구성된 웹을 보고 있다고 상상해 보세요.

오늘날 우리는 지역 우주의 물질이 구조를 가지고 있음을 먼 거리에서 알아차리면서 이 원칙에 도전을 받고 있습니다. 슬론 만리장성, 24개 퀘이사 컬렉션 - ESA에서 수행한 연구에서 기본적으로 3D로 다른 퀘이사를 매핑하고 이러한 퀘이사 각각이 중력적으로 연결되어 있음을 암시하는 일종의 구조를 가정합니다. 그것은 균질성과 큰 존재가 있어서는 안 되는 구조를 깨뜨립니다. 대규모 구조

이야기의 한 측면은 우주 자체의 모양입니다. 이론이 있는 한, 이론은 공간이 대부분 평평하다고 주장하고 다른 이론은 도넛/안장/구형을 가정합니다. 따라서 내가 아는 한 우주의 모양을 찾을 수 있는 실험적인 방법은 없습니다.

슬프게도 그 질문에 답할 수있는 방법이 없으며 아마도 오랫동안 답을 얻지 못할 것입니다.


내용

어떤 사람들은 우주가 약 6,000년에서 10,000년 전에 6일 동안 창조되었다고 생각하지만, 측정된 사실은 당신이 마지막 목요일주의 또는 이와 유사한 아이디어에 동의하지 않는 한 고통스럽게 잘못된 것임을 보여줍니다. 그러나 그것은 여기에서 관련 없는 추측입니다.

우주는 약 138억 년 전 빅뱅이라고 불리는 시공간의 빠르고 방대한 팽창으로 형성된 것으로 보입니다. 초기 팽창 후, 에너지 입자는 냉각되고 핵 반응은 물질이 될 물질을 생성했으며, 이는 결국 함께 덩어리져 은하와 별을 형성했습니다. 항성 진화 과정에서 더 무거운 원소가 생성되어 후세대의 항성계가 때때로 그 무거운 원소로 이루어진 행성을 갖게되었습니다.

우리 태양계는 대략 45억 년이 되었으며, 소수의 암석 행성과 더 작은 잔해, 그리고 더 가벼운 원소와 화합물로 구성된 4개의 거대 가스가 특징입니다. 오랜 기간의 냉각 후에 우리 행성은 현재 우주에 풍부하다고 알려진 매우 복잡한 유기 화합물의 진화를 환영하게 되었습니다. 언급된 화합물의 한 컬렉션은 오래 전에 이것을 입력했고 다른 컬렉션은 지금 읽고 있습니다.


우주에 무슨 문제가 있습니까? 약 31%.

당신이 우주를 이해하고 싶다면-우리는-그 안에 무엇이 있는지 이해해야합니다. 나는 별, 행성, 블랙홀 등을 의미하지 않습니다. 우리는 더 넓어져야 합니다.

우주에는 얼마나 많은 에너지가 있습니까? 얼마나 중요합니까? 그리고 조금 더 구체적으로 말하자면 어떤 종류의 에너지와 물질일까요?

더 나쁜 천문학

우리는 이것을 우주의 질량/에너지 예산. 가계 예산과 마찬가지로 유형별로 나눈 모든 항목을 설명합니다. 우주의 경우 우리는 그것이 감소하는 순서로 암흑 에너지, 암흑 물질 및 정상 물질로 구성되어 있다는 것을 알고 있습니다. 그러나 각각 얼마입니까?

새로운 연구는 단지 물질을 조사했고 상당히 좁은 숫자를 제시했습니다. 우주의 31.5 ±1.3%가 물질로 구성되어 있습니다(이는 68.5%가 암흑 에너지임을 의미합니다).

이 숫자는 꽤 중요합니다. 우주에 물질이 적으면 더 빠르게 팽창할 것입니다. 어떤 의미에서는 그 물질의 중력으로 인해 팽창이 느려집니다.

우주의 질량/에너지 예산은 우주에 있는 대부분의 물질이 암흑 에너지이고, 그 다음이 암흑 물질이고, 마지막으로 가스, 먼지 및 별을 구성하는 일반 물질이라는 것을 보여줍니다. 크레딧: UCR/모하메드 압둘라

이것은 또한 물건에 대한 의미가 있습니다 우주 그 자체가 아니라 우주. 예를 들어, 초기 우주에서 중력은 물질 자체에 끌리기 때문에 물질을 뭉치는 데 도움이 되었습니다. 그것은 물질의 뜨거운 수프에서 응축되어 은하와 은하단을 형성했습니다. 물질 예산이 달랐다면 은하와 성단은 다르게 보이거나 전혀 형성되지 않았을 것입니다.

우리의 존재는이 숫자들 때문입니다.

사실 이번 신작이 주목한 것은 은하단이었다. 이들은 수백 또는 수천 개의 은하 전체가 서로 중력에 의해 함께 모여 있는 거대한 집합체입니다. 그들의 구조는 우주의 물질 밀도에 따라 달라 지므로 과학자들은이를 조사하여 밀도를 알아낼 수있었습니다.

우주의 주어진 부피에 있는 클러스터의 수는 질량 밀도(Ωm로 표시)에 따라 달라지므로 클러스터의 질량을 측정하면 우주의 질량 밀도를 알 수 있습니다. 크레딧: UCR/모하메드 압둘라

그들은 가능한 한 편향되지 않은 방식으로 클러스터를 찾는 방법을 개발했습니다. 그들은 엄청난 700,000개의 은하를 관찰한 다음, 은하단에 속하는지 알아보기 위해 공간에서 위치와 움직임을 조사했습니다. 이 샘플에서 그들은 분석에 사용할 756개의 근처 은하단(최대 약 16억 광년 떨어져 있으므로 "근처"는 상대적임)을 선택했습니다.

그런 다음 그들은 클러스터 질량 함수라고 하는 것을 찾았습니다. 클러스터 질량 함수는 클러스터의 주어진 질량에 대해 주어진 공간 부피에서 우주에 있는 클러스터의 수입니다. 따라서 우주의 일부에서는 예를 들어 많은 저질량 클러스터, 더 적은 수의 중간급 클러스터, 더 적은 수의 진정한 거대한 클러스터를 볼 수 있습니다. 이 분포는 우주 물질의 밀도에 민감하며, 우주가 팽창함에 따라 시간이 지남에 따라 밀도가 변한다는 사실과 성단의 질량을 결정하는 것이 어렵다는 점으로 인해 복잡합니다.

마지막 비트는 터프합니다. 클러스터의 질량을 추정하는 방법에는 여러 가지가 있으며 그 중 대부분은 본질적으로 통계적입니다(노이즈 통계를 평균화하기 위해 많은 클러스터를 살펴봄). 그러나 이것들은 다른 문제를 야기하여 이것을 어렵게 만듭니다. 이 경우 과학자들은 질량을 얻기 위해 소위 비리얼 방법을 사용하기로 결정했습니다. 은하단은 은하단에서 이동할 때 상호 작용하고 에너지를 교환합니다(예: 더 빠른 은하가 느린 은하를 잡아당기며 속도가 빨라짐). 이것은 클러스터의 총 질량에 따라 달라지며 그 수를 얻는 좋은 방법을 제공합니다.

그런 다음 그들은 성단의 질량 분포를 설명하는 데 필요한 우주 질량 밀도를 확인하기 위해 숫자를 실행하여 31.5%를 얻었습니다(사용 다만 그들의 데이터는 약 2.3 %의 불확실성으로 31 %를 얻었지만 다른 연구와 결과를 결합하면 약간 더 정확한 수치를 얻었습니다).

일반적으로 이 숫자는 작은 대부분의 다른 방법보다 약간 높지만(측정 방법에 따라 25–35% 범위) 놀라울 정도로 그렇지는 않습니다. 그들은 그들의 주장이 지금까지 만들어진 이 수치 중 가장 정확한 측정이라고 주장하지만, 다른 전문가들이 그 주장을 해명하도록 하겠다.

또한 우주에서 물질의 평균 밀도를 계산할 수 있으며 입방 미터당 약 10-23g입니다. 아주 작습니다. 이것은 입방 미터당 약 6 개의 수소 원자에 해당합니다. 비교를 위해 해수면에서 공기는 입방 미터당 약 1,200 그램 또는 입방 미터당 약 1025 개의 원자를 가지고 있습니다. 이는 약 격막 (또는 백만 백만 백만) 이상의 계수입니다. 공간이 정말 비어 있습니다.

이것도 참고하겠습니다 합계 암흑 물질과 "정상" 물질을 포함한 물질. 문제의 예산 그 자체 우주에서 보통 물질에 대한 암흑 물질은 약 5:1이므로 대략 84/16으로 나뉩니다. 하지만 그 비율은 잘 알려져 있지 않습니다. 부수적으로 한 가지 아이디어는 암흑 물질이 매우 낮은 질량을 가진 이론적인 입자인 액시온으로 구성되어 있다는 것입니다. 만약 그렇다면, 그 입방 미터의 공간에는 1개의 수소 원자와 수십억 개의 액시온이 있을 것입니다.

그래서 당신은 간다. 이 새로운 연구는 이 모든 것을 바로잡기 위한 또 다른 단계입니다. 우리는 매일 조금씩 알아가는 것에 가까워지고 있습니다. 음, 우주, 그리고 우리가 여기 있는 이유. 조금 난해해 보일 수 있지만 주위를 둘러보세요. 당신이 보는 모든 것이 존재합니다, 그리고 그것은 우주가 작동하는 방식 때문에 그렇게 합니다. 후드 아래를 보는 것은 인간이 하는 가장 멋진 일 중 하나입니다.


Higgs Boson은 우주가 존재하지 않는다는 것을 증명하는 것 같습니다

우리 중 누구도 여기에 있어서는 안 됩니다. 사실 전 세계, 별과 은하계도 여기에 있으면 안됩니다. 새로운 우주론적 연구에 따르면, 우리의 전체 우주는 처음 창조된 직후에 순식간에 사라졌어야 했습니다.

킹스 칼리지 런던(KCL)의 영국 우주론자들의 연구에 따르면 2012년에 본 힉스 입자가 최근 천문학적 관측과 함께 제안한 표준 모델에 따르면 우주는 빅뱅 이후 1초 이상 지속되지 않았어야 했습니다.

우주가 빅뱅에서 시작된 후 우주 인플레이션으로 알려진 짧은 기간의 급속한 팽창을 겪었다는 이론이 있습니다. 우주는 오늘날에도 여전히 팽창하고 있지만 천문학적으로 말하자면 다소 진정된 속도로 진행되고 있습니다. 인플레이션 기간에 물질은 모든 방향에서 기하급수적인 속도로 바깥쪽으로 튕겨져 나가 시공간을 중력 에너지의 파동으로 파문했습니다.

황혼에 본 남극의 BICEP2 망원경. (Credit: Steffen Richter, Harvard University)

이 이론은 모든 방향에서 똑같은 것처럼 보이며 평평하고 우주 마이크로파 배경 복사를 균등하게 분포한다는 사실을 포함하여 우주의 여러 특징을 설명합니다. 과학자들은 인플레이션의 전체 과정을 완전히 이해하지는 못하지만, 오늘날의 우주가 어떻게 생겼는지에 대해서는 여전히 예측할 수 있습니다.

Royal Astronomical Society's National Astronomy Meeting에서 KCL의 Robert Hogan은 하늘에 대한 최신 관측값과 Large Hadron Collider에서 CMS 및 ATLAS 실험으로 관찰된 입자의 특성을 결합하여 약간 불편함을 주는 연구의 개요를 설명했습니다. 존재해서는 안된다는 결론.

올해 3월에 BICEP2 망원경 중 하나를 사용하는 과학자들은 오늘날 우주에 대한 우주 팽창의 예측된 영향 중 하나를 감지했다고 주장했습니다. 그들은 중력 에너지 파동이 우주 마이크로파 배경에 남겨진 B 모드 편광으로 알려진 매우 약한 신호를 포착했다고 믿습니다.

그 결과는 논란의 여지가 있는 것으로 판명되었고 아직 우주론자들에 의해 받아들여지지는 않았지만, 만약 옳다고 입증된다면 인플레이션 이론을 확인하고 우주에 대한 과학의 이해를 크게 발전시킬 것입니다.

결과를 살펴본 KCL팀은 힉스 입자에서 얻은 입자물리학 정보와 데이터를 결합해 BICEP2 관측이 우주의 안정에 어떤 의미가 있는지 분석했다.

그 입자를 측정함으로써 물리학자들은 우리 우주가 입자에 질량을 부여하는 메커니즘의 일부인 "힉스 장(Higgs field)"의 계곡에 앉아 있다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 그러나 이 분야에는 훨씬 더 깊은 또 다른 이론적 계곡이 있지만, 우리 우주는 큰 에너지 장벽에 의해 그 안으로 기울어지는 것을 방지합니다.

BICEP2의 결과의 문제점은 우주 팽창 단계에서 우주가 큰 충격을 받았을 것으로 예측하여 힉스 필드의 다른 계곡으로 1 초도 걸리지 않을 것이라고 예측한다는 것입니다. 그리고 그것은 Big Crunch에서 전체 초기 우주를 붕괴시켰을 것입니다.

BICEP2의 발견은 실제로 우리 은하의 가까운 먼지에 의해 생성될 수 있는 유사한 편광 효과에 의해 발생했을 가능성이 있으며, 이는 연구자들이 그들의 연구에서 가능하다고 인정한 점입니다.

BICEP2 결과에서 이와 같은 오류를 제외하고 우리가 여전히 우주의 기원에 대해 궁금해하는 이유를 설명하는 유일한 옵션은 과학자들이 아직 발견하지 못한 다른 과정이 진행되고 있는지 여부입니다.

Hogan은 "BICEP2가 올바른 것으로 표시되면 표준 모델을 넘어서는 흥미로운 새로운 입자 물리학이 있어야 함을 알려줍니다."라고 설명했습니다.

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연구에 따르면 나선 은하에 의해 형성된 패턴은 우주가 정의된 구조를 가질 수 있음을 보여줍니다

은하 회전 방향 분포에서 사중극자의 전천연 몰와이드 지도. 이 이미지에서 다른 색상은 하늘의 다른 지점에서 우주 4중극자를 갖는 다른 통계적 강도를 의미합니다. 크레딧: 캔자스 주립 대학

Kansas State University의 연구에 따르면 200,000개 이상의 나선 은하를 분석한 결과 은하의 회전 방향 사이에 예상치 못한 연결 고리가 있음이 밝혀졌으며 이러한 연결로 형성된 구조는 초기 우주가 회전했을 수 있음을 시사할 수 있습니다.

K-State 컴퓨터 천문학 자이자 컴퓨터 과학자 인 Lior Shamir는 2020 년 6 월 236 회 미국 천문 학회 회의에서이 결과를 발표했습니다.이 연구 결과는 우주의 대규모 구조에 대한 이전의 가정과 충돌하기 때문에 중요합니다.

에드윈 허블(Edwin Hubble) 시대부터 천문학자들은 우주가 특정한 방향 없이 팽창하고 있으며 그 안에 있는 은하들은 특별한 우주적 구조 없이 분포되어 있다고 믿었습니다. 그러나 Shamir의 최근 200,000개 이상의 나선 은하의 기하학적 패턴에 대한 관찰은 우주가 정의된 구조를 가질 수 있었고 초기 우주가 회전했을 수 있음을 시사합니다. 연구에 따르면 이 은하들의 분포 패턴은 공간과 시간으로 분리된 우주의 다른 부분에 있는 나선 은하가 회전하는 방향을 통해 관련되어 있음을 시사합니다.

K-State 컴퓨터 과학 부교수인 Shamir는 "천문학의 데이터 과학은 천문학 연구를 보다 비용 효율적으로 만들 뿐만 아니라 우주를 완전히 다른 방식으로 관찰할 수 있게 해줍니다."라고 말했습니다. "나선 은하의 분포에 의해 나타나는 기하학적 패턴은 분명하지만 매우 많은 수의 천체를 분석 할 때만 관찰 할 수 있습니다."

나선은하는 시각적 인 모습이 관찰자의 관점에 따라 달라지기 때문에 독특한 천체입니다. 예를 들어, 지구에서 관찰할 때 시계 방향으로 회전하는 나선 은하는 관찰자가 그 은하의 반대쪽에 위치할 때 시계 반대 방향으로 회전하는 것처럼 보일 것입니다. 우주가 등방성이고 이전 천문학자들이 예측한 것처럼 특별한 구조가 없다면 시계 방향으로 회전하는 은하의 수는 시계 반대 방향으로 회전하는 은하의 수와 거의 같을 것입니다. Shamir는 현대 망원경의 데이터를 사용하여 이것이 사실이 아님을 보여주었습니다.

전통적인 망원경으로 우주의 은하수를 세는 것은 어려운 작업입니다. 그러나 Sloan Digital Sky Survey(SDSS)와 Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System(Pan-STARRS)과 같은 최신 로봇 망원경은 하늘을 조사할 때 수백만 개의 은하를 자동으로 이미지화할 수 있습니다. 머신 비전은 수백만 개의 은하를 회전 방향에 따라 그 어떤 사람이나 사람들보다 훨씬 빠르게 분류할 수 있습니다.

회전 방향이 다른 은하의 수를 비교할 때 시계 방향으로 회전하는 은하의 수는 시계 반대 방향으로 회전하는 은하의 수와 같지 않습니다. 샤미르의 연구에 따르면 그 차이는 2% 남짓으로 작지만 많은 은하계에서 우연히 이러한 비대칭을 가질 확률은 10억~40억 개 미만이다.

패턴은 40억 광년 이상에 걸쳐 있지만 그 범위의 비대칭은 균일하지 않습니다. 연구 결과에 따르면 은하가 지구에서 멀어질수록 비대칭성이 높아져 초기 우주가 현재 우주보다 더 일관성 있고 덜 혼란스러웠음을 보여줍니다.

그러나 패턴은 우주가 대칭이 아님을 보여줄 뿐만 아니라 비대칭이 우주의 다른 부분에서 변화하고 차이가 독특한 다중극 패턴을 나타냅니다.

"우주에 축이 있다면 회전 목마와 같은 단순한 단일 축이 아닙니다."라고 Shamir는 말했습니다. "그것은 또한 특정 드리프트가 있는 여러 축의 복잡한 정렬입니다."

우주론적 다중극의 개념은 새로운 것이 아닙니다. Cosmic Background Explorer (COBE) 위성 인 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe 또는 WMAP 임무와 Planck 천문대와 같은 이전의 우주 기반 관측소에서는 초기 우주의 전자기 복사 인 우주 마이크로파 배경도 여러 극. 그러나 우주 마이크로파 배경의 측정은 은하수의 방해와 같은 전경 오염에 민감하며 시간이 지남에 따라 이러한 극이 어떻게 변했는지 보여줄 수 없습니다. 나선은하의 회전 방향 간의 비대칭성은 방해물에 민감하지 않은 측정값입니다. 특정 필드에서 한 방향으로 회전하는 은하를 방해할 수 있는 것은 필연적으로 반대 방향으로 회전하는 은하도 방해합니다.

Shamir는 "이렇게 독특하고 복잡하며 일관된 패턴을 통해 나타날 수 있는 오류나 오염은 없습니다."라고 말했습니다. "우리는 은하계가 완전히 다른 경우에도 똑같은 패턴을 보여주는 두 개의 다른 하늘 조사가 있습니다. 그렇게 될 수 있는 오류는 없습니다. 이것이 우리가 살고 있는 우주입니다. 이것이 우리의 집입니다."


우주가 평평하다는 것이 무슨 뜻입니까? 파트 II: 우리가 실제로 질문에 답하는 것

이제 다음에 10피트 앞으로 걸을 때 사각형의 네 번째이자 마지막 측면을 추적하고 시작한 곳에서 끝납니다. 네 번째로 90도를 돌리면 당신도 원래 방향을 향하게 됩니다.

이것은 직관적으로 명백하고 심지어 동어반복적으로 보입니다. 즉, 바닥에 사각형을 추적하면 음, 바닥에 사각형을 추적하는 것입니다. 그러나 실제로는 경험적 사실입니다. 그리고 그것은 중요하므로 크게 말하겠습니다.

없다 선험적으로 네 개의 동일한 변을 걷고 네 개의 직각을 돌면 정확히 같은 장소로 되돌아가야 하는 이유. 그것은 순전히 우리의 일상 경험의 경험적인 것입니다.

사실, 경험적으로도 정확하지 않습니다. 정확히 같은 지점으로 돌아오지 않는 것, 즉 정사각형을 정확하게 닫는 데 실패했다는 것은 단지 사실이 아니라 과학 역사상 관찰된 가장 중요한 현상 중 하나입니다. 모든 것의 핵심입니다. 중력이 작용하는 방식은 아인슈타인이 이해한 방식입니다. 블랙홀이 어떻게 형성되고 왜 빛을 가두는지 알려줍니다. 그리고 우주가 팽창해야 하는지 그리고 어떻게 팽창해야 하는지 알려줍니다.

우리의 직관은 모든 사각형이 닫혀야 한다고 말합니다. 세상은 우리의 직관이 믿게 하는 것보다 훨씬 더 낯설다.

에서 이 시리즈의 이전 파트 I, 나는 2부에서 우주가 평평하다는 것이 무엇을 의미하는지 설명할 것이라고 약속했습니다. 이 두 번째 부분에서는 개념에 대해 이야기하겠습니다. 아니요, 현상- 본질적으로 정사각형 경로가 닫히지 않는 경우인 곡선 공간, 그리고 왜 평평한 공간이 모든 정사각형 경로가 닫히는 위치인지에 대해 설명합니다.

유클리드 시도

지금까지 나는 이 현상의 물리적인 성질을 공간의 곡률이라고 하는 것을 의도적으로 강조해 왔다. 대부분의 저자들은 그것에 대해 글을 쓸 때 매우 다른 접근 방식을 따릅니다. 그들은 역사에서 시작합니다.

알다시피, 수학자들은 곡률에 대한 아이디어를 논리적으로 일관되지만 추상적인 개념으로 생각해 냈습니다. 누군가가 그것이 현실과 관련이 있다는 것을 증명하기 훨씬 전에 말이죠. 그리고 공간의 곡률을 측정하는 것은 실제로 매우 어렵습니다. 따라서 수학자들이 최소한 고려할 가치가 있는 가능성이라고 말하지 않았다면 아무도 시도하지 않았을 가능성이 있습니다.

곡률을 완전히 이해하는 데 필요한 수학은 1800년대 중반 Georg Bernhard Riemann에 의해 발명되었으며 다소 복잡합니다. 그러나 구부러진 공간은 삶의 사실입니다. 원칙적으로 수학자나 물리학자, 철학자가 먼저 추상적인 개념을 제시할 필요 없이 방을 돌아다니며 발견할 수 있습니다.

헬레니즘 시대의 알렉산드리아의 위대한 기하학자인 유클리드는 정사각형 경로의 폐쇄가 선험적으로 사실이 아니라는 사실을 잘 알고 있었습니다. Euclid는 이렇게 말했을 것입니다. 정사각형(또는 직사각형 또는 평행사변형)의 내각을 더하면 360도가 됩니다. 사각형 주위를 도는 것은 4번의 90도 회전을 의미합니다.

유클리드가 표현했을 수 있는 또 다른 방법은 관련 사실을 언급하는 것입니다. 삼각형의 내각은 항상 180도가 됩니다. 직사각형을 대각선을 따라 두 개의 삼각형으로 자르면 그 이유를 알 수 있습니다. 네 개의 직각이 6개의 각으로 나뉘지만 합은 여전히 ​​동일합니다.

하지만 지오메트리는 그런 식으로 작동 할 필요가 없습니다. 그럴 때 유클리드라고 합니다. 그러나 그렇지 않은 대부분의 경우를 비유클리드 기하학이라고 합니다.

종종 저자가 비유클리드 기하학의 아이디어를 소개하는 방법은 평면에서 삼각형을 추적하는 대신 곡선 표면, 예를 들어 지구 표면에서 추적할 때 어떤 일이 발생하는지에 대한 예를 제공하는 것입니다.

따라서 적도의 어느 지점에서 시작하여 북극으로 향하십시오. 그곳에 도착하면 지구 둘레의 4분의 1, 즉 약 10,000km를 덮게 됩니다. 이제 90도 좌회전하여 남쪽으로 걷기 시작합니다. 10,000km를 달리면 다시 적도에 도달합니다. 그러나 당신은 당신이 시작한 곳에 있지 않을 것입니다. 대신 출발점에서 서쪽으로 10,000km 떨어진 곳에 있습니다. 이제 동쪽을 향하도록 90도 좌회전하고 10,000km를 더 걸으면 처음 시작했던 곳으로 돌아옵니다.

지구 표면에서 삼각형을 그렸습니다. 그리고 내각은 모두 직각이므로 더하면 180도가 아니라 270도가 됩니다.

여행의 세 구간만 완료했음을 알 수 있습니다. 이 게시물의 시작 부분에 있는 지침을 따른다면 여전히 90도 더 회전하고 걸을 수 있는 또 다른 측면이 있습니다. 이 경우 광장을 닫지 못한 것은 오히려 장관일 것입니다. 적도의 원래 지점으로 돌아가는 대신 북극에 도달했을 것입니다.

10,000km 길이의 변이 있는 사각형을 추적하는 것은 물론 극단적입니다. 당신이 시도한다면 유사한 실험 대신 1,000km의 측면을 사용하면 오류가 훨씬 작아지지만 여전히 눈에 띕니다. 그리고 10피트 다리로 움직이려고 하면 아무 잘못도 발견하지 못할 것입니다. 세상은 완벽하게 유클리드적으로 보일 것입니다. 지구가 평평하다고 생각하는 것은 용서받을 수 있습니다.

어쨌든 구는 비유클리드 기하학의 완전히 합법적인 예이지만 혼란스러울 수도 있습니다. "좋아요, 지구는 구부러져 있습니다. 하지만 그것이 우주의 곡률에 대해 무엇을 말해줍니까?"

“내가 지구를 가로질러 직선으로 터널을 파서 적도의 두 지점과 북극과 그 두 지점을 연결했다면? 함께, 세 개의 터널은 정삼각형을 형성합니다. 그런 다음 터널 아래로 레이저를 가리키고 세 점을 서로 연결하여 레이저 광선의 삼각형으로 연결하는 것을 상상할 수 있습니다. 이 삼각형은 180도까지 합산되는 각을 가질 것입니다.”

우주 공간

그래서 여기에서 내가 이 게시물의 시작 부분에서 언급한 삶의 기본 사실에 도달합니다. 공간 자체의 곡률.

지구로 인한 혼란을 피하기 위해 우주로 여행을 떠나십시오. 우주선이 우주를 여행하면서 삼각형이나 사각형을 추적하는 것을 생각할 수 있습니다. 우주선이 똑바로 날아가거나 왼쪽으로 90도 회전하는 것이 정확히 무엇을 의미하는지에 대한 모든 종류의 까다로운 문제를 제기하기 때문에 이상적이지는 않습니다.

대신, 당신과 두 친구는 각각 우주선을 가지고 있으며, 세 사람은 각각 가까운 우주의 어딘가로 여행합니다. 일단 거기에 있으면 레이저를 서로 가리키고 빔의 삼각형을 형성합니다.

이제 각자가 해당 우주선에 들어오거나 나가는 두 빔 사이의 각도를 측정할 수 있습니다.

사실 :이 세 각도의 합이 항상 180 도가되는 것은 아닙니다.

적절한 계산을 하고 이 사실이 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 결과라는 것을 깨달을 수 있습니다. 아니면 수학과 물리학을 믿지 않고 우주로 나가 직접 볼 수도 있습니다.

여하튼, 이것이 공간이 구부러진다는 의미입니다. 공간에서 세 점을 찾아 레이저 빔으로 연결하고 삼각형이 예상한 180도를 갖지 않는다는 것을 발견할 때마다 공간이 구부러져 있다는 것을 의미합니다.

우주선이 어디에 있든 각도를 합하면 180도가 됩니다. 이것이 우주가 평평하다는 의미입니다.

리만 기하학의 수학적 기계는 훨씬 더 나아가 실제로 곡률의 수치적 측정을 정의하고 계산하는 방법을 제공합니다.

두 가지 중요한 특수 유형의 곡선 공간이 있습니다. 공간의 특정 영역에서 3개의 우주선을 배치하는 위치에 관계없이 이들이 형성하는 세 각도의 합이 항상 180도 이상이면 곡률은 해당 영역 전체에서 양수입니다. 항상 합이 180도 미만이면 해당 영역이 음의 곡률을 갖는다는 의미입니다. 평평한 경우에는 정확히 0입니다.

이 포스트는 우주론에 관한 시리즈의 일부입니다. 이전 게시물은 다음과 같습니다.

무슨 뜻이야, 우주는 평평하다? 1부

(내가 "우주"가 의미하는 바에 대해)

미스터 판타스틱 되기

(On visualizing a finite speed of light)

Under a Blood Red Sky

(On the afterglow of the big bang, and why the sky used to glow red)

Still to come: how do we know that the curvature of space is a fact of life what would the world look like if space were 대단히 curved what is the curvature (and the size) of the observable universe and what the heck does the observable universe have to do with Dante.

Footprint icon courtesy of palomaironique/Open Clip Art Library.

Spacecraft image courtesy of NASA. The artist's impression represents the planned Laser Interferometry Space Antenna, or LISA, international space mission, which would in fact be unmanned. Also, LISA is not designed to measure the angles of the triangle but temporary changes in the distances of the space probes from one another due to the passage of gravitational waves--which are themselves perturbations in the curvature of space.

표현된 견해는 저자의 견해이며 반드시 Scientific American의 견해는 아닙니다.

저자 소개

Davide Castelvecchi is a senior reporter at 자연 in London covering physics, astronomy, mathematics and computer science.


Our e-dimensional universe

Here’s the layman’s explanation of my theory that physical space is 이자형-dimensional (이자형 = 2.71828…) (for links to the papers, see [1][2]).

It is easy to see that it is a surprising new idea that could lead to new physics, but how can physical dimensions be anything but 3? And the most troubling thing is that it is not even a rational number!

The answer is that three-dimensional v iew of physical space is merely a convention that we have gotten used to. We use this convention to mark points on Earth, but we can’t really check this easily at either the local or the cosmological levels.

In the big bang model, the universe expanded from a singularity (initial state of extremely high density and high temperature) which explains the cosmic microwave background (CMB) radiation, and together with gravity (whose origin is unknown but which is seen to work through either Newton’s or Einstein’s theory) it is consistent with the large-scale structure of the universe with its patterns of galaxies and matter on scales much larger than individual galaxies or groupings of galaxies.

There is divergence between the expansion rates obtained from early universe (captured by CMB data) and the late universe (considering the receding of stars and galaxies) aspects of the universe.

The divergence can be explained away of we accept that space is not quite three-dimensional, but rather 이자형-dimensional

Why hasn’t it been thought of before?

The three-dimensional nature of space is an implicit assumption in Western physical thought and so it has not been questioned. When the idea of information is probed deeply we realize that mathematics compels us to abandon the assumption of a three-dimensional space (References[3][4][5]).

The beginnings of the universe and the nature of space are connected to many deep questions concerning not only physics but also philosophy. 여기에는 다음이 포함됩니다.

What is the origin of space?

What are the ultimate components of the universe?

What is the relationship between physics and consciousness?

공간이란 무엇입니까?

The formal use of three-dimensional space is part of modern physics. We can also speak biological space within which biological structure evolve.

Newton took space to be absolute and to be three-dimensional. This was extension of the Aristotelian view of the universe as a container in which the sun, the moon, planets and stars are embedded in perfectly concentric crystal spheres that rotate at fixed rates. In the observer-centric Indian physics that goes back to Kaṇāda, physical laws must be based only on substances, their properties, and their motion, but the experience of time and space is a consequence of the relation between the observer and the world being observed.

There is striking similarity between physical and biological structures. This must be the result of the commonality in the nature of physical and biological spaces, or perhaps the two are identical. Patterns in brain structure and the filament structure and distribution of matter in cosmology are quite similar.

But how morphogenesis may be related to biological space is not known. Indeed this could very well become an exciting new field of research connecting physics and biology.

A new theory of gravity

The new papers provide an explanation for gravity that has been missing in physics, for Newton’s law was based on experiment. The new theory doesn’t change the inverse square law of gravitation but explains why it has this form and suggests that gravity has weakened by about 20% in the last 4 billion years (Reference [6]).

According to current theory, about 96% of the universe is dark matter and dark energy (of which there is no direct evidence) and what is observable is only 0.5% (because another 4.5 % is interstellar gas). Although some scientists are confident that dark matter and dark energy will be eventually discovered, there is no observational evidence in support of it. My theory shows there is no need to speak of dark matter and dark energy.

It shows that the currently accelerating expansion of the universe will eventually slow down and finally reverse. This ties up many loose ends in current physics.

Meaning of 이자형-dimensionality

What is the meaning of an 이자형-dimensional universe? To answer this, we must ask what we mean by the word “dimension” (see References [2]–[7]).

Dimension 0 is a point, dimension 1 is a line, dimension 2 is a plane, and dimension 3 is a solid. An object with dimension between 2 and 3, or 이자형-dimensions, is like sponge or cheese. Another way of seeing it as an object whose density in the limit is less than that of a three-dimensional object.

Fractals have dimensionality that is often noninteger. Two examples of fractals are the Whirlpool Galaxy and the Nautilus shell shown below.

But how can space be like a sponge, with holes? The answer to this is that the sponge-view is one way of looking at space another is that dynamics itself is an expression of this sponge-like nature. Such disparate views can be harmonized by the principle of complementarity, which is one of the deepest philosophical ideas in science (see [8] and references therein).

The most astonishing thing about noninteger dimensionality is that it can be shown to be the origin of gravity. If gravity is a property of space, it solves a puzzle for which science has had no answer until now.

This research also explains the counterintuitive idea of asymptotic freedom [2].

It can have uses for the military, for space travel, and for the understanding of turbulence that Feynman called “the most important unsolved problem of classical physics.” It can also lead to insights that help in the design of novel metamaterials.


Does Flat Universe mean even distribution? -천문학

The curvature of the universe is determined by the density of the universe. You can do a cosmic inventory of all of the mass from ordinary matter in a representative region of the universe to see if the region's density is above the critical density. Such an inventory gives 10 to 20 times too little mass to close the universe. The primordial deuterium abundance provides a sensitive test of the density of ordinary matter in the early universe. Again, you get 15 to 20 times too little mass to close the universe. However, these measurements do not take into account all of the 암흑 물질 known to exist. Dark matter is all of the extra material that does not produce any light, but whose presence is detected by its significant gravitational effects.

암흑 물질

Orbital speeds of stars in galaxies

  1. Flat rotation curves of spirals even though the amount of the light-producing matter falls off as the distance from the galaxy center increases. Remember the enclosed mass = (orbital speed) 2 × (orbit size)/G. Below is the rotation curve for our Milky Way Galaxy (a typical spiral galaxy).

Also, the orbital speeds of stars in elliptical galaxies are too high to be explained by the gravitational force of just the luminous matter in the galaxies. The extra gravitational force is supplied by the dark matter in the ellipticals.

Faint gas shells around ellipticals

Motion of galaxies in a cluster

Hot gas in clusters

Quasar spectra

Gravitational Lensing

Dark Matter separation from ordinary matter

Current tallies of the total mass of the universe (visible and dark matter) indicate that there is only 32% of the matter needed to halt the expansion---we live in an open universe. Ordinary matter amounts to almost 5% and dark matter makes up the other 27%. One possible dark matter candidate was the neutrino. There are a lot of them, they have neutral charge and photons do not bump into them. Unfortunately, their mass is too small and they move much too fast to create the clumpy structure we see of the dark matter and ordinary matter. The universe would not have been able to make the galaxies and galaxy clusters if the dark matter was neutrinos. To create the lumpy universe, astronomers are looking at possible massive neutral particles that move relatively slowly. Various candidates fall under the heading of "WIMPs"&mdashweakly interacting massive particles (sometimes, astronomers & physicists can be clever in their names). Another possible dark matter candidate was simply ordinary matter locked up in dim things like white dwarfs, brown dwarfs, neutron stars, or black holes in the halos of the galaxies. These massive compact halo objects ("MACHOs") can be detected via 마이크로 렌즈 like that used to detect exoplanets. Some MACHOs have been found but the number (and resulting total mass) of them appears to be much too small to account for the dark matter. Big Bang nucleosynthesis and the microwave background radiation (as described below) also provide a strict upper limit on the amount of ordinary matter that could produce the MACHOs in any case. As if the dark matter mystery were not enough, astronomers and physicists have now found that there is an additional form of energy not associated with ordinary or dark matter, called "dark energy", that has an even greater effect on the fate of the universe. This is discussed in the last section of this chapter.

Deriving the Geometry of the Universe from the Background Radiation

An independent way to measure the overall geometry of the universe is to look at the fluctuations in the cosmic microwave background radiation. If the universe is open (saddle-shaped), then lines starting out parallel will diverge (bend) away from each other. This will make distant objects look smaller than they would otherwise, so the ripples in the microwave background will appear largest on the half-degree scale. If the universe is flat, then lines starting out parallel will remain parallel. The ripples in the microwave background will appear largest on the 1-degree scale. If the universe is closed, the lines starting out parallel will eventually converge toward each other and meet. This focusing effect will make distant objects look larger than they would otherwise, so the ripples in the microwave background will appear largest on scales larger than 1-degree. Select the image below to go to the WMAP webpage from which the image came.

The resolution of the COBE satellite was about 7 degrees---not good enough to definitively measure the angular sizes of the fluctuations. After COBE, higher-resolution instruments were put up in high-altitude balloons and high mountains to observe the ripples in small patches of the sky. Those experiments indicated a flat geometry for the universe (to within 0.4% uncertainty). Cosmologists using the high resolution of the WMAP satellite to look at the distribution of sizes of the ripples confirmed that conclusion using its all-sky map of the microwave background at a resolution over 30 times better than COBE. WMAP also gave a much improved measurement of the ripples. The distribution of the ripples peaks at the one-degree scale---the universe is flat, a result confirmed by the even higher precision Planck satellite with over 2.5 times higher resolution than WMAP.

This result from the WMAP and Planck satellites and the too meager amount of matter in the universe to make the universe geometry flat along with the observed acceleration of the universe's expansion rate (discussed in the last section of this chapter) are forcing astronomers to conclude that there is another form of energy that makes up 68.5% of the universe (called "dark energy" for lack of anything better). The "dark energy" is probably the "cosmological constant" discussed in the last section of this chapter. Furthermore, the distribution of the sizes of the ripples shows that some sizes are preferred and other sizes are damped out as would be the case if the dark matter was different from ordinary matter. The size distribution (the spectrum of sizes) gives the ratio of dark matter to ordinary matter. Dark matter not made of atoms or other particles in the Standard Model makes up 26.5% of the critical density, leaving just 5.0% of the universe with what the rest of the previous chapters of this website have been about (ordinary matter). That ratio matches up very nicely with the ratios found using the other independent methods of Big Bang nucleosynthesis and the motions of galaxies.

In addition to the dark energy, dark matter, and ordinary matter terms, the model used to fit the observed spectrum of the sizes of the ripples and the polarization spectrum also includes terms for how far sound waves traveled when the microwave background photons were released, the scattering of the microwave background photons by high energy electrons in galaxy clusters, and a couple of terms for the density fluctuations at the end of the "inflation period" described in the last section of this chapter. The closest or best fit of the model to the ripple size and polarization spectra can be used to derive what the Hubble Constant should be for today. The result is 67.4 km/sec/Mpc with an uncertainty of just 0.5 km/sec/Mpc.


Inflation station

Of course, inflation is a hypothetical solution to a hypothetical problem. Perhaps we're wrong about GUT physics and monopole production is a nonstarter. And we don't exactly understand the mechanisms of inflation, either. But that model has become a fixture of modern-day cosmology because, GUT monopoles or not, inflation is a handy device for explaining so many other features of the universe.

Why is the universe so flat? Because inflation made it so big that it can't help but be flat, like a tiny ant measuring the local curvature of an overinflated balloon. [The Universe Is Flat — Now What?]

Why do large patches of the cosmic microwave background have roughly the same temperature, despite being so far apart that there wasn't enough time in the early universe to even them out? Because they were connected before inflation ripped them apart.

Inflation theory goes one step further: It makes firm predictions about how matter ought to be clumped together on large scales — predictions that agree with later observations.

So what started as an out-there solution to an out-there problem turned into a cornerstone of modern cosmology.

Maybe someday we'll actually fully understand how inflation works. And maybe we'll find a monopole, too.


비디오 보기: არის თუ არა კოსმოსი ღმერთი? (구월 2022).


코멘트:

  1. Faejora

    이것에서 뭔가입니다.

  2. Agymah

    이전 문구에 강력히 동의하지 않음

  3. Pslomydes

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  4. Tesar

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  5. Kerisar

    하찮은 일!



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