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39_avatar_small 楼主: KrpUpncK
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地球位于可观测宇宙正中心,这是巧合吗?

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online_member 发表于 2020-3-3 21:03:40 | 显示全部楼层
这个问题可能看起来有点滑稽,但实际上这个一点并没有大家想象中的那么理所当然。
一般,大家认为可观测宇宙是一个球体,而地球处在这个球体的中心,仅仅是因为观测位置都是地球(及附近),但其实还有另外一个重要的条件—————可观测宇宙是“各向同性”的。
各向同性 意味着在所有方向上,同样的观测手段能达到的极限是完全一样,也就是宇宙的某些性质在可观测范围是完全一致的。
就好像,站在平地上向四周望去,能看到一圈圆圆的地平线,这意味着你处在一块相当平整的地面,周围地形没有一点高低起伏,也没有任何物体遮挡视线。很显然,这样的地形在陆地上并不常见(不要问我在大洋中间的情况)
同样,在宇宙中遇到一块各个方向上观测距离都相同的空间,其实可能并没有那么理所当然,甚至仅仅是地球“附近”空间刚好是均匀的巧合而已。
online_member 发表于 2020-3-3 21:04:04 | 显示全部楼层
和陨石正好掉在坑里一样巧合。
补充回答,卢建龙说的是对的,地球位于可观测宇宙正中心的一个重要前提是宇宙的各向同性。这个假定既不是显然的,在我们的宇宙中也不是精确成立的。我这个段子不科学。
这个问题和宇宙的拓扑结构有关,实际上并未证明。在庞加莱那个年代,没有卫星,根本就无法证明地球究竟是不是球形,庞加莱大胆地提出一个想法“如果把一根绳子的一头系在山脉上,一个人开着小船从海上沿一个方向旅行回到原来的地点,把绳子的这一头也绑在山脉上,然后拖拽绳子,如果能够收回绳子,则可以证明地球是球状的,如果收不回来,则说明地球是甜甜圈形状的,小船绕过了甜甜圈,任凭你怎么用力拖拽也没办法收回”。由此而引发了——宇宙是什么样子的?如果宇宙是甜甜圈型,那么地球确实不能说在可观测宇宙的中心。
online_member 发表于 2020-3-3 21:04:22 | 显示全部楼层
不是巧合。
目前观测到的宇宙是宇宙微波背景辐射,这是宇宙的第一束光,是137亿年前宇宙冷却到3000K的时候发出的。
但是宇宙在以超光速膨胀,所以目前你能看到的137亿前年的地方,它和你目前的距离是465亿光年,这就是可观测宇宙,所以目前的可观测宇宙半径是465亿光年,并且可观测宇宙的半径每一秒都在增加。
那么你从家里的客厅走到厕所,理论上你的可观测宇宙都不是同一个,所以不是巧合,而是理论就是这个样子的。
再说得远一些。
目前观测结果表明宇宙曲率无限接近于0,也就是说宇宙是平坦的,平坦的宇宙就应该是无界的,你可以随意找一个点为中心划出一片可观测宇宙。所以理论上可以有无限个可观测宇宙。
可怕的是,宇宙还是各向同性的,是均匀的,就是说无限个宇宙的规则都是一样的。
因为有无限个规则一样的宇宙,和你一模一样的人,是一定存在的。
更可怕的是,这个人应该在离你多远的地方,还是可计算的。
更更可怕的是,因为可观测宇宙在扩大,所以只要你活得够久,你早晚还能看到另一个你。
更更更可怕的是,我们还有光速限制,你看到的另一个你永远都不是他现在的样子。
不可怕的是,这个样子的平行宇宙目前不可证伪,所以只是个边缘理论。
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再说一下宇宙界和限的问题吧,感觉还是没表达清楚。放在正文里面有点啰嗦,但是只说一个词确实没讲到位。干脆另起一段。多谢评论区知友提醒。
比如一个篮球吧,它的表面就是无界的。就是说,你在它的表面是找不到边界的,所以你可以找任意一点画一个圆,这样的圆你能画出无数个,而且都一样,不存在不够地方让你画的问题。
可是我们都知道篮球就是那么大而已,宇宙也不过就是那么大吧,没啥了不起嘛。
然而篮球表面的无界,是二维的无界。篮球表面上的二维小动物看不到第三维,所以他们可以认为篮球是无界的,但是我们就不能这么想了。
我们能看到篮球是有界的,是因为我们看到了第三个维度,我们知道篮球表面在第三维度上是弯的。
弯的,就是有曲率的意思。而且篮球这个曲率还是趋向闭合的那种,即正曲率。有三维的正曲率,就有三维的边界,所以篮球表面在三维上是有界的,有三维的界。
那么篮球表面上的二维小动物能不能知道篮球在三维空间,它的表面是弯的呢?可以的,比如篮球表面背景辐射的涨落分布规律、选几粒篮球表面的灰尘去分析它们之间的质量和角度关系等等,方法还是有的。
就是说,三维的曲率会对二维造成影响,可以间接观测到。
宇宙却不是这样的。我们的宇宙平坦的意思,指的是在所有维度上它都是平的,曲率为0。 无论怎么观测,我们找不到它在任何维度上弯曲的迹象。
当然也有可能是我们还没找到正确的观测方法,或者观测得还不够。
所以目前的问题是,虽然确实太难理解,但是我们只好说,宇宙是无界的,你在任何一点划出一片可观测宇宙,都不用发愁不够划,一定划得出来。
那宇宙为啥是有限的?因为引力不是无穷大,晚上是黑的,能量守恒等等原因。
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删掉了可能引战的部分,因为隔壁我的另一个回答已经炮火连天了。唉
online_member 发表于 2020-3-3 21:04:57 | 显示全部楼层
最近刚看了,《从一到无穷大》,结果看到这个问题觉得非常有意思。
一切呢,到要从一个原始命题出发,三角形的内角和为180度。这个定理是从欧氏几何五条原理推导出来的,而这个五条原理是那么的显而易见,以至于千百年来,无数人希望简化这五条原理,无不失败而终。
但有一些数学家不信邪,这个不信邪的原因不在于不相信数学证明,而是五条原理中的第五条,平行公设,显得太古怪了。而三角形的内角和正是平行公设的一个推论。
高斯就设想了这么一个三角形。他选择了地球表面的三个点,分别是汉诺威王国的霍亨哈根山、因瑟尔山和布罗肯山,以检验其内角和是否为 180度。(这个故事很有名,但诚实的美德迫使我在此注明,人们对于他是否真的想要检验欧几里得几何有一些怀疑。)他的试验不够具有说服力,因为要足够精确地测量这几个角很难,但这个试验的有趣之处与其说在于结果,不如说在于高斯竟然真的去费心尝试。
我们现在知道地球是一个球体,而地表是弯曲的,那么如果我们在地表选择一个三角形,只要它足够大,那么它的内角和将不等于180度。
地球位于可观测宇宙正中心,这是巧合吗?881 / 作者:伊索谗言 / 帖子ID:56733 (图片来自,从一到无穷大)
明白这一点很重要,因为这意味着我们需要修改直线的定义。因为在球面上,平行公设将不复存在。
我们可以把直线定义成,两个点之间最短的连线。因为最早这样的定义被应用于地表测绘,为了区分平面几何中的直线,我们把这样的线叫做测地线。当然传统的直线即是平面几何中的测地线。
现在回到宇宙的尺度,如果是在地表绘制测地线,我们可以把一个绳子绷直(两点最短的距离)即为地表的测地线,那么宇宙中如何测量测地线?
其实万物又回到最开始讨论的,光。与其说,光延直线传播,不如说光延测地线传播。因为光总是延最短的方向传播。
有了宇宙中的直尺,我们便可以测量宇宙。我们现在知道,地表不是平坦的,而是一个球面弯曲,那么宇宙是不是平坦的呢?
同样回到三角形,我们知道在平坦的空间(比如平面几何),三角形内角和为180度。那么如果我们在宇宙中找到一个三角形,使得内角和不为180度,那么宇宙空间就不是平坦的。
广义相对论指出,巨大质量的天体会弯曲宇宙的空间,而引力即是这种弯曲的表现形式。宇宙就好比下图这一张被小球压弯的布一般。
地球位于可观测宇宙正中心,这是巧合吗?589 / 作者:伊索谗言 / 帖子ID:56733 至于如何证明这一点,也很简单,只需要证明小球附近的三角形内角和不为180度即可。
当然地球上的任何一点都还不满足,于是我们寻找更大的天体,太阳,并构造这样一个三角形。
地球位于可观测宇宙正中心,这是巧合吗?969 / 作者:伊索谗言 / 帖子ID:56733 (图片来自从一到无穷大)
让我们锁定天空中的两颗星星,如果说宇宙是平坦的,那么无论何时,这两颗恒星和测量的夹角应该不变(至少在相邻的一小段时间内,其变化应该小到无法被察觉)。
英国的一支天文学家小队来到了西非的普林西比岛,这个地方是那一年观测日全食的最佳地点。结果他们发现,在有太阳影响和没有太阳影响的两种情况下,两颗恒星之间的角度差是 1. 61″ ± 0. 30″,而爱因斯坦理论预测的角度差是 1. 75″。后来的多次观测也得出了相似的结果。
地球位于可观测宇宙正中心,这是巧合吗?637 / 作者:伊索谗言 / 帖子ID:56733 (图片来自从一到无穷大)
观测结果表明,太阳弯曲了太阳附近的空间,而我们所理解的宇宙也并不是我们想象的那样处处平坦的。


我们回到题主的问题。如果我们的宇宙是弯曲的,不是平坦的,那么我们的光在传播的过程中,可能一边传播的更远,而另一边传播的更近。那么我们的可视范围有没有可能因为弯曲的空间就变成了一个椭球型?
还是说,这些巨型的天体在宇宙尺度,却是微不足道的,他们甚至就好像原子那样微不足道,以至于每一个天体都是平凡的,而宇宙从大尺度上来讲则是平坦的,不弯曲的?
如果你读到这里,你还会说,这是常识,就好像苹果熟了会掉下来那样么?
(特别特别推荐两本书,牛津通识读本:数学,以及,从一到无穷大。这两本书改变了我对世界的认知。)
online_member 发表于 2020-3-3 21:05:31 | 显示全部楼层
这是语文问题。
可观测宇宙的范围,是一个以观测者的位置为球心、以可观测距离为半径的球体。
那你说,观测者位于这个球的正中心(球心),是不是巧合?
就像你拿圆规画了个圆,圆规的尖位于这个圆的正中心是不是巧合?
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本文收录于 @王绎心 对主要依靠语义辨析和逻辑推理就能解决的问题的回答合集:这是语文问题,欢迎关注。
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