Was ist die Form von unser universum? Die dem Auge vertrauten Bilder des Standardmodells des Universums zeichnen es in Analogie zum Zeitpfeil, der sich vorwärts bewegt und einen Anfang hat – eine Singularität. Unter der gravitativen Singularität verstehen Wissenschaftler den Bereich, in dem die uns bekannten Gesetze der Physik nicht funktionieren. Stattdessen wird die Raumzeit als glatte Mannigfaltigkeit ohne Grenzen betrachtet, beginnend mit dem Urknall. Aber was genau sagen Astronomen über die «Form» Universum? Und kann es so etwas wie ein Würfel oder eine Kugel genannt werden? Da die allgemeine Relativitätstheorie (GR) die Existenz von drei Formen des Universums zulässt, kann es … Donut?
Unser Universum ist möglicherweise nicht flach. Aber was hat der Donut damit zu tun?
Hat das Universum eine Form?
Aus Sicht der Allgemeinen Relativitätstheorie kann das Universum also flach, geschlossen oder offen sein. Diese Formen lassen sich leicht mit Objekten wie der Kugel, dem Sattel und dem Blatt Papier vergleichen. Im Wesentlichen bestimmt die Form des Universums, ob es sich für immer ausdehnt oder schließlich zusammenbricht. Und welche Form es hat, hängt von seiner Dichte und Expansionsrate ab.
Jahrzehntelang haben Astronomen versucht, die Natur der Form des Universums zu messen: ob es “flach” ist (imaginäre parallele Linien bleiben parallel für immer), “geschlossen” (parallele Linien werden sich schließlich schneiden) oder “offen” (diese Linien werden auseinanderlaufen).
1929 fand der amerikanische Astronom Edwin Hubble heraus, dass sich Galaxien von uns entfernen und je weiter sie entfernt sind, desto schneller eilen sie davon. Die Schlussfolgerung, die die Forscher aus Hubbles Beobachtungen zogen, ist, dass sich einst alle Galaxien am selben Punkt befanden. Den, den wir den Urknall nennen. Aber wenn sich das Universum immer schneller ausdehnt, in welche Richtung dann?
Standardmodell des Universums
Eine der bequemsten Definitionen der Form des Universums ist CMB. stark>oder wissenschaftlich kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Es soll kurz nach dem Urknall entstanden sein und füllt das Universum gleichmäßig aus.
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In den vergangenen Jahrzehnten Wissenschaftler haben Temperaturschwankungen in der Reliktstrahlung gemessen und die sogenannten Thermal- und Cold-Spots entdeckt. Das bedeutet, dass sich das Universum gleichzeitig in alle Richtungen ausdehnt und «flach» ist, was ein wesentlicher Bestandteil des kosmologischen Standardmodells ist.
Das Universum ist ein seltsamer Ort, und es ist unwahrscheinlich, dass wir herausfinden können, was sich jenseits des beobachtbaren Universums befindet.
Die gemachten Beobachtungen entsprechen dem. Sie ermöglichten den Nachweis, dass wir in einem flachen Universum leben: parallele Linien bleiben parallel, sodass sich unser Universum endlos ausdehnt und ausdehnt.
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Geometrie des Universums
Die oben beschriebene Sichtweise wird nicht allgemein akzeptiert. Einige Forscher glauben, dass ihre Daten besser mit einem geschlossenen Universum übereinstimmen, da es sich möglicherweise nicht in alle Richtungen ausdehnt. Und wenn das stimmt, dann ist unser Universum ein geschlossenes System. Und unabhängig von seiner Form dehnt es sich schneller aus als mit Lichtgeschwindigkeit.
Aber wenn sich flache und offene Universen für immer ausdehnen würden, würde das geschlossene Universum schließlich von selbst zusammenbrechen. Während Messungen des Inhalts und der Form des Universums darauf hindeuten, dass es flach ist, wissen wir nichts über seine Topologie.
Drei Formen des Universums. In welchem leben wir?
Nehmen wir nun an, dass sich das Universum wie ein riesiger Donut oder Bagel um sich selbst wickelt. Wenn diese Hypothese richtig ist, dann ist der Kosmos endlich. Und es ist viel kleiner als erwartet. Es würde auch bedeuten, dass unser Universum dem Untergang geweiht ist und nicht der endlosen Expansion nach außen.
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Dreidimensionaler Donut
Ein Team von Astrophysikern untersuchte das Licht des frühen Universums die Schlussfolgerung, dass der Kosmos mehrfach verbunden sein kann, also der Raum in allen drei Dimensionen in sich geschlossen ist, wie ein dreidimensionaler Donut. Nachdem viele Computersimulationen entwickelt wurden, wie das CMB aussehen würde, wenn das Universum dreidimensional wäre, ist der Kosmos in allen drei Dimensionen mit sich selbst verbunden.
Daher ist es notwendig, die Simulation erneut auszuführen und die Ergebnisse mit dem zu vergleichen, was wir direkt beobachten, schreiben die Wissenschaftler.
Stellen Sie sich ein Universum vor, in dem wir das Raumschiff in eine Richtung richten könnten, aber wieder dort landen, wo Sie angefangen haben. Wenn unser Universum wie ein Donut wäre, könnten Physiker möglicherweise seine Größe messen.
Da wir die Größe des Raums ändern und diese Analyse wiederholen können, ist das Ergebnis eine optimale Größe des Universums, die am besten zu den CMB-Beobachtungen passt.
Die Wärmestrahlung des frühen Universums kann viele interessante Dinge darüber erzählen
CMB ist thermisch Strahlung, die das Universum gleichmäßig erfüllt, die während der Ära der primären Rekombination von Wasserstoff entstand.
Die wichtigste Schlussfolgerung einer wissenschaftlichen Arbeit, die 2021 in der Zeitschrift Classical and Quantum Gravity veröffentlicht wurde, lautet, dass ein endliches Universum besser zu Beobachtungen passt als ein unendliches Modell.
Die erzielten Ergebnisse sind dies sicherlich vorläufige. Aus diesem Grund ist das Universum kaum mit einem Donut oder Donut vergleichbar, und die von Wissenschaftlern festgestellten Temperaturschwankungen der kosmischen Mikrowellenstrahlung können eine Fehlfunktion wissenschaftlicher Instrumente sein.
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Und doch ist die Vorstellung, dass wir auf der Oberfläche eines riesigen Donuts leben, zumindest lustig und interessant. Glaubst du, unser Universum ist flach oder sieht es aus wie ein Donut?