Мне жаль, что этот вопрос, вероятно, глуп для профессиональных астрономов, из которых я не один.
Я часто слышу на лекциях, что сразу после Большого взрыва Вселенная была маленькой, скажем, размером с грейпфрут или что-то в этом роде. Но из-за инфляции, которая растягивала пространство при сверхсвете (но ограниченном), скорость, наблюдаемая сейчас вселенная, может быть не всей вселенной, а вся вселенная может быть бесконечной. Если оно бесконечно, тогда может показаться, что оно также должно быть бесконечным в младенчестве, просто очень плотным. На самом деле, это кажется «в пределе», оно должно было быть бесконечным даже при Большом взрыве.
Итак, вопросы:
Была ли ранняя вселенная маленькой или только плотной, но все же бесконечной?
Как насчет Большого взрыва, это было бесконечно?
Когда астрономы говорят, что ранняя вселенная была маленькой, они просто означали, что «часть вселенной, которая соответствует нашей наблюдаемой вселенной, была маленькой»?
источник
Ответы:
Этот вопрос ни в коем случае не глупый. Ваш вопрос является обычным вопросом о космологии (изучение того, откуда взялась Вселенная, как она развивается и какова будет ее судьба). Средства массовой информации часто ужасно ругают эти понятия, что приводит к путанице (из всей научной информации им, похоже, труднее всего точно сообщить космологию). Ваша инквизиция, безусловно, хорошая вещь.
Ну, они обычно относятся ко всей вселенной. В своем последнем абзаце я объясняю, что это означает для наблюдаемой вселенной.
Ты ближе к истине. Когда мы говорим о расширении Вселенной, мы действительно говорим, что пространство создается между всей материей.
Как вы упомянули, Вселенная может быть бесконечной. Он не похож на шар, а скорее на плоскую сетку, и его «расширение» просто означает, что расстояния между объектами на сетке увеличиваются. По сути, между объектами создается больше пространства. Это то, что мы подразумеваем под расширением - что объекты удаляются друг от друга, так как между ними создается больше пространства. Ниже приведен рисунок, который я сделал, чтобы продемонстрировать это:
Более полезный способ описать это - сказать, что сетка расширяется - само пространство, как система координат, растет. В качестве аналогии представьте, как выгуливает собаку. Внезапно земля начинает расширяться между вами. Вы и ваша собака расстаетесь и продолжаете удаляться друг от друга.
То же самое происходит с нашей вселенной. Сетка на самом деле растет, и объекты сметаются с нее.
Хорошо, теперь, когда мы поняли основные понятия, я введу еще одну терминологию. «Масштабный коэффициент Вселенной» относится к тому, насколько Вселенная расширилась по сравнению с сегодняшним днем. Например, если через миллиард лет коэффициент масштабирования равен 3, это означает, что каждый объект во Вселенной в 3 раза дальше друг от друга по сравнению с сегодняшним днем. Если коэффициент масштабирования 700 миллионов лет назад был 0,8, то тогда все было ближе к коэффициенту 0,8. По определению масштабный коэффициент равен 1 прямо сейчас.
Таким образом, если Вселенная расширяется сейчас, мы ожидаем, что она будет меньше, если мы посмотрим дальше в прошлое - то есть масштабный коэффициент будет меньше. Общая теория относительности предсказывает, что масштабный коэффициент равен нулю 13,8 миллиардов лет назад. Это будет означать, что каждый объект будет равен нулю его текущего расстояния от нас - другими словами, не было бы места.
Если вы думаете, что Вселенная без пространства невозможна, вы правы. У нас, видимо, есть противоречие. В GR не может быть пространства-времени с нулевым пространством.
Наши современные физические теории прекрасно работают через несколько долей секунды после момента противоречия, и наши наблюдения действительно согласны с идеей чрезвычайно плотной ранней вселенной. Однако наши теории рушатся, когда мы пытаемся смоделировать Вселенную в более ранние и более ранние времена, пока они больше не оказываются точными, не давая нам возможности объяснить самый интересный момент.
Вот почему момент Большого взрыва - одна из самых больших загадок в космологии. Теории, подобные квантовой гравитации, возникли, чтобы попытаться объяснить условия вблизи Большого взрыва, но ни одна из них не является достаточной на данный момент.
Действительно, проблема связана с неоднозначностью, когда говорят «вселенная». В этом случае они имеют в виду наблюдаемую вселенную, которая на самом деле сферическая. Наблюдаемая вселенная действительно была намного меньше во времена Большого взрыва по сравнению с ее радиусом сейчас.
Это потому, что его радиус на самом деле зависит от масштабного коэффициента нашей Вселенной *, что означает, что в тот момент, когда GR предсказывает, что масштабный коэффициент равен нулю, он также предсказывает размер наблюдаемой вселенной равным нулю.
Очевидно, что это не может иметь место, поскольку, как мы объясняли выше, масштабный коэффициент не должен быть равен нулю. Тем не менее, мы можем с достаточной уверенностью сказать, что наблюдаемая вселенная, вероятно, была размером с грейпфрут в одной точке, если не меньше (хотя «грейпфрут» кажется произвольным выбором для сравнения. На самом деле я не могу найти бумагу, которая впервые использует это аналогия, так что они изначально имели в виду, немного неясно).
* Измерение расстояний на самом деле немного сложно в космологии; в некоторых случаях мы хотим говорить о расстояниях или движении объектов, пренебрегая расширением Вселенной. Чтобы избавить вас от необходимости изучать много терминологии, я сейчас принимаю во внимание расширение Вселенной, когда говорю о размерах наблюдаемой Вселенной. Наблюдаемая вселенная также растет за счет факторов помимо расширения Вселенной, то есть света от дальнейших и дальнейших галактик, достигающих нас.
источник