什么是有限而无边的宇宙,为什么说宇宙有限而无边?

fjmyhfvclm2025-01-28  1

易书科技的回答:


爱因斯坦发表广义相对论后,考虑到万有引力比电磁力弱得多,不可能在分子、原子、原子核等研究中产生重要的影响,因而他把注意力放在了天体物理上。他认为,宇宙才是广义相对论大有用武之地的领域。

爱因斯坦2023年发表广义相对论,2023年就提出一个建立在广义相对论基础上的宇宙模型。这是一个人们完全意想不到的模型。在这个模型中,宇宙的三维空间是有限无边的,而且不随时间变化。

以往人们认为,有限就是有边,无限就是无边。爱因斯坦把有限和有边这两个概念区分开来。

一个长方形的桌面,有确定的长和宽,也有确定的面积,因而大小是有限的。同时它有明显的四条边,因此是有边的。如果有一个小甲虫在它上面爬,无论朝哪个方向爬,都会很快到达桌面的边缘。

所以桌面是有限有边的二维空间。如果桌面向四面八方无限伸展,成为欧氏几何中的平面,那么,这个欧氏平面是无限无边的二维空间。

我们再看一个篮球的表面,如果篮球的半径为r,那么球面的面积是47πr3,大小是有限的。但是,这个二维球面是无边的。假如有一个小甲虫在它上面爬,永远也不会走到尽头。

所以,篮球面是一个有限无边的二维空间。按照宇宙学原理,在宇观尺度上,三维空间是均匀各向同性的。爱因斯坦认为,这样的三维空间必定是常曲率空间,也就是说空间各点的弯曲程度应该相同,即应该有相同的曲率。

由于有物质存在,四维时空应该是弯曲的。三维空间也应是弯的而不应是平的。爱因斯坦觉得,这样的宇宙很可能是三维超球面。

三维超球面不是通常的球体,而是二维球面的推广。通常的球体是有限有边的,体积是3/4πr3,它的边就是二维球面。三维超球面是有限无边的,生活在其中的三维生物(例如我们人类就是有长、宽、高的三维生物),无论朝哪个方向前进均碰不到边。

假如它一直朝北走,最终会从南边走回来。

宇宙学原理还认为,三维空间的均匀各向同性是在任何时刻都保持的。爱因斯坦觉得其中最简单的情况就是静态宇宙,也就是说,不随时间变化的宇宙。这样的宇宙只要在某一时刻均匀各向同性,就永远保持均匀各向同性。

爱因斯坦试图在三维空间均匀各向同性、且不随时间变化的假定下,求解广义相对论的场方程。场方程非常複杂,而且需要知道初始条件(宇宙最初的情况)和边界条件(宇宙边缘处的情况)才能求解。本来,解这样的方程是十分困难的事情,但是爱因斯坦非常聪明,他设想宇宙是有限无边的,没有边自然就不需要边界条件。

他又设想宇宙是静态的,现在和过去都一样,初始条件也就不需要了。再加上对称性的限制(要求三维空间均匀各向同性),场方程就变得好解多了。但还是得不出结果。

反覆思考后,爱因斯坦终于明白了求不出解的原因:广义相对论可以看作万有引力定律的推广,只包含「吸引效应」不包含「排斥效应」。而维持一个不随时间变化的宇宙,必须有排斥效应与吸引效应相平衡才行。

这就是说,从广义相对论场方程不可能得出「静态」宇宙。要想得出静态宇宙,必须修改场方程。于是他在方程中增加了一个「排斥项」,叫做宇宙项。

这样,爱因斯坦终于计算出了一个静态的、均匀各向同性的、有限无边的宇宙模型。一时间大家非常兴奋,科学终于告诉我们,宇宙是不随时间变化的、是有限无边的。看来,关于宇宙有限还是无限的争论似乎可以画上一个句号了。

为什么说宇宙有限而无边?

夔恰子的回答:


如果谈到有限无边的宇宙,首先就要提到einstein最早主张的这一模型——「有限无边的静态宇宙模型」。这是怎么一回事呢?在einstein提出宇宙学原理的时候,他头脑中的宇宙模型是不随时间变化的,他认为宇宙各向同性,现在和过去大体上一样,虽然星系和星体在不断变化,可能在不断地产生和解体,但从大的尺度(即我们常说的宇观尺度)上去看,物质的平均密度没有变化,星系的密度也大体没有变化,这就是说,他想象中的宇宙,从大的尺度上考虑是静态的,即不随时间变化。

(不过之后膨胀宇宙模型和脉动宇宙模型得到了更多的实验支援,einstein最早给出的这种静态宇宙模型是不正确的)(我说上面这些是为了说「有限无边」是怎么来的,下面就要提到了)

einstein希望可以从他的广义相对论场方程求解出这个静态宇宙模型,众所周知,场方程是由10个二阶非线性偏微分方程组成的方程组,用以确定时空度规的10个独立分量,但是方程组内含4个恆等式(即毕安基恆等式),因此独立方程的个数是6个,再加入4个与座标系选择有关的微分方程作为「座标条件」,这样,独立的方程仍是10个。10个方程,10个未知数,正好可以求解。但是我们都知道,解微分方程还必须有「初始条件」和「边界条件」,也就是必须知道所求系统的初始情况和边界处的情况。

当时对于静态宇宙模型,初始条件好办,就取现在的宇宙状态即可(前面说了,einstein假定宇宙不随时间变化)。真正麻烦的是边界条件,宇宙的边界是什么?谁也没见过。

如果有人假定宇宙的「边界」是什么样的,立刻就会有人问,这个「边界」的外面是什么?算不算宇宙的一部分?在一般人看来,这可真是个难题。

如果假定宇宙没有「边界」,那么何有「以外」之说,相应也就没有「边界之外」的问题了。

einstein的思维方式确实了不起。他就想象了一个「有限而无边」的宇宙。既然没有边,当然就不需要边界条件了。

但是,有限怎么可能无边呢?在许多人看来,有限就是有边,无限就是无边。比如一个桌面,有四条边,长乘宽就等于面积,大小有限,而且有边。

这是一个二维欧几里德平面,无限而且无边,einstein建议人们想象一个半径为的球面(比如一个篮球的球面),面积有限,即,假想一个二维的扁片生物在上面爬,永远也碰不到边。这个球面就是一个有限无边的二维空间。einstein要求大家充分发挥想象力,去想象一个有限无边的三维宇宙空间。

这个三维空间可不是一个实心球,它是四维时空中的一个三维超球面。

在这个有限无边的宇宙中,时间可以是无头无尾无止境的,所谓有限无边指的是三个空间维度。在这样的空间里,一艘飞船向北飞去,如果人可以永远不死的话,总有一天会看到这艘飞船在不做转弯动作的情况下从南边飞回来。

最后给一些理论上的东西,题主有兴趣可以自己去了解。(这里就将说明宇宙到底是「有限无边」还是「无限无边」其实是很複杂的问题,现在也是研究热点)

乐乐1999的老巢的回答:


在宇宙中航行,应该了解宇宙的空间是有限的还是无限的,能否航行到宇宙的边缘。实际上这就是宇宙的形状问题。

既然宇宙是在大**中诞生的,那么,它的体积一定是有限的,因为光速虽然很快,但它仍然是有限的,光从大**开始那一刻开始向四周传播,迄今只能达到一个有限的距离。

既然光是向四周球形传播的,那么,宇宙很可能是球形的。

如果宇宙是球形的,那么,它就是有限无边的。「有限无边」,这是许多科学家认为的宇宙的可能形状。

我们可用地球表面来理解「有限无边」的含义。地球的表面积当然是有限的,这通过地球半径的长度资料,很容易就可计算出来。但是,地球表面又是没有边缘的,我们从地球表面上的任何一点向任何方向前进,在回到出发点的整个过程中,没有发现地球有任何边缘。

我国古人将海南岛的天涯海角称之为大地的边缘,其实那只是陆地与海洋的分界线。如果到了那里以后,改乘船只继续沿原来的方向前进,仍然可以回到出发地。

宇宙的「有限无边」与此同理,只不过地球表面是二维平面,宇宙是三维空间而已。在一个球体的内部,不管从哪一点向哪个方向前进,理论上也可以回到原来的出发点。

符合「有限无边」条件的形状,并不只有球形一种,轮胎形和克莱因瓶形也符合「有限无边」的条件。宇宙到底是什么形状的,需要科学家努力从理论上去揭示。

不过,「不识庐山真面目,只缘身在此山中」,人类永远无法用直接观测的方法将宇宙的形状「尽收眼底」。人类在冲出地球大气层进行航天活动时,回望地球,可以真真切切地证实地球是球形的。但对宇宙却不能,因为我们的时空不能延伸到我们的宇宙之外,我们永远不能跳到我们的宇宙之外去**我们的宇宙是什么样子的。

好在对宇宙航行来说,我们了解我们的宇宙是「有限无边」的就足够了。

热心网友的回答:


因为宇宙大到无法想象地步的啊!人类地球地球还没有研究透彻,太空人类只能登陆过月亮。地球和月亮在浩瀚的宇宙里,只能算是平时看到尘埃的感觉吧!

宇宙恆星或者行星之间距离远的话要用光年代替的,而且距离地球超远星体达到上万光年。宇宙在人类眼中根本就是个概念。

枫耶月的回答:


如果按照当前的理论来看,宇宙的质量是有数的,所以是有限的。而宇宙又是不断膨胀的,目前来看还远没有停下来的意思,所以就可以认为是无边,而人类即便再发展个数十万年,按照现在十年二十年先进一代的速度来看,想要探查到宇宙的边还是远不可能。

广义的宇宙不只是宇宙本身,还有所处的这个三维世界的空间。你可以换种方式想想,我们这个宇宙的边界外边仍然是一望无际的虚空,所以宇宙即便**了这么多年,仍然碰不到真正宇宙虚空的边缘!

曾经的回答:


有限吗?不觉着,只是自我感受罢了吧,人类地球地球还没有研究透彻,太空人类只能登陆过月亮。地球和月亮在浩瀚的宇宙里,只能算是平时看到尘埃的感觉吧!

宇宙恆星或者行星之间距离远的话要用光年代替的,而且距离地球超远星体达到上万光年。宇宙在人类眼中根本就是个概念。 因为宇宙大到无法想象地步的啊!

人类地球地球还没有研究透彻,太空人类只能登陆过月亮。地球和月亮在浩瀚的宇宙里,只能算是平时看到尘埃的感觉吧!宇宙恆星或者行星之间距离远的话要用光年代替的,而且距离地球超远星体达到上万光年,宇宙不是我们想想就能知道。

的回答:


其实就是没有边际,所谓的有限是从理论来说,无边是实际的情况,因为找不到尽头,那么就是无边了,总之就是宇宙很大。

热心网友的回答:


人类的现有认知,特别是时间、速度、路程(位移)的概念,在很小的範围内有用,在大的尺度上是错误的,因此,人对于宇宙的认识是基于错误的概念之上的认识,人类必须突破现有的观念,才能真正认识宇宙。

就你这你的回答:


宇宙大到无边无沿,永远看不到边际。有数不尽的星球体,所以距离只能按光年算,因为太遥远了。地球只是九牛一毛都算不上,而且宇宙外还有无数个宇宙,无数个宇宙外还会有无数个类似地球的星体,有限只是代表一个宇宙的形体而已,实际宇宙是无限无边的。

宇宙大到无边无沿,永远看不到边际。有数不尽的星球体,所以距离只能按光年算,因为太遥远了。地球只是九牛一毛都算不上,而且宇宙外还有无数个宇宙,无数个宇宙外还会有无数个类似地球的星体,有限只是代表一个宇宙的形体而已,实际宇宙是无限无边的。

宇宙很可能是有限无边的。边缘 很可能是一个有着很大的力,足以使任何的物质在靠近它时,都会受到一个斥力,从而使该物体发声 绝对 运动方向发生改变,但是其实它的相对运动方向并没有改变,因为这个斥力影响着整个宇宙。我们可以理解成,有一个人在地球上有一个很大功率的望远镜朝某一方向望去,很可能在某年后会在该镜...

简单来说,就是一个体积无限小,质量,密度无限大,且不断向中心坍塌,有超强引力的东东,它连光都可以捕获 因此没有光发出,就叫黑洞了 貌似不一定全黑,应该有射线,如果那叫光的话 複製党,不注出处的,我什么都不想说。伱见过什么黑洞?哼!宇宙中的黑洞是什么?黑洞的形成 跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由...

宇宙之外通常被很多人理解成 一片黑暗 什么都没有 最普遍的就是 虚无 而有很多专家认为也许有许多别的大 也许是无数次大 分布在无穷无尽的虚无之中,这就是原因之一 我们之所以存在于这个特定的宇宙是因为它适合我们存在。每个大 产生的宇宙都有不同的特性,不同的组合。把奇点看成是一个悬在漆黑无边的 虚空 中...

转载请注明原文地址:https://www.gamev918.cn/baike/1425104.html