宇宙原來是一個封閉的三維球面!概率約為99%!

2020-12-13 騰訊網

宇宙是什麼形狀的呢?無數科學家都曾對其有過諸多猜想,這個疑問也始終沒有確切的答案。經過多年的觀測和推演,這些猜想逐漸收斂到一個主流的觀點上——宇宙是無邊無際的平坦三維空間。

近日,英國曼徹斯特大學研究人員埃萊奧諾拉 瓦倫蒂諾等人通過對普朗克衛星的觀測數據分析指出,宇宙可能不是像床單一樣平坦,而是一個封閉的三維球面,就像個巨大的氣球一樣彎曲。該研究日前發表在《自然 天文學》雜誌上。

以牛頓引力為基礎的牛頓宇宙觀認為,宇宙是無限無邊的三維歐氏幾何空間,即宇宙分布在我們常說的立體幾何空間裡,這一空間是無限的,其中均勻地分布著無限多的天體。然而,這一假設與引力理論並非完全契合,而是存在某些矛盾。

後來,當人們認識到彎曲空間的概念以後,便有了宇宙是三維球面的可能性。愛因斯坦構造了一個有限無邊的宇宙靜態模型,他認為宇宙可能是一個有限封閉的三維球面。

根據廣義相對論,物質的存在使得時空彎曲。在巨大質量的天體附近,光線不「走」直線,而是「走」曲線。後來,隨著對宇宙的認知進一步加深,人們發現,實際上宇宙的真實形狀存在著多種可能性。

最常見的有三種可能,即平直的三維歐氏幾何空間、彎曲的封閉三維球面和彎曲的三維雙曲面。

這三種可能的宇宙形狀中,只有封閉三維球面是有限的空間。三維雙曲面就像馬鞍的形狀一樣,馬鞍的雙側下沿無限延伸。而平坦的三維歐氏空間就更無邊無際了。

2018年,歐洲航天局(ESA)普朗克巡天計劃公布了更為精確的觀測數據。「儘可能地剔除了相關實驗誤差之後,歐洲航天局的數據顯示,宇宙曲率可能傾向於正,即宇宙形狀為封閉球面,雖然這一『傾向』並不十分明顯。

此次研究中,瓦倫蒂諾等人通過普朗克衛星觀測得到宇宙微波背景輻射「引力透鏡化」程度的數據基礎,又分析了大量數據,採用不同的模型對這些數據進行擬合,相關計算得出宇宙是封閉球面的概率約為99%。

相關焦點

  • 二維空間的封閉是圓 ,三維空間的封閉是球,四維空間的封閉是什麼?
    …當w=1/√2,函數解為x²+y²+z²=1/2,即一個半徑為1/√2的三維球體,在十六個象限中的第一象限的其中一個點可以表示為(1/√8,1√8,1/2,1/√2)…當w=0,函數解為一個半徑為1的三維球體…w為
  • 理解高維空間,三維空間的閉合是什麼?宇宙空間也許就是這種形態
    網友問:二維空間的封閉是圓,三維是球,那四維是什麼?先來理清思路題主想說的應該是:在二維平面上,由一維的線圍成了一個圓,圓在二維平面上屬於封閉圖形;在三維空間中,由二維的面圍成了一個球,球在三維空間中屬於封閉圖形。
  • 宇宙的形狀非常不可思議——理解複雜的宇宙幾何結構
    只有三種幾何圖形符合這種描述:平面、球面和雙曲線。讓我們來探索這些幾何圖形,一些拓撲方面的考慮,以及宇宙學證據說明哪些形狀最能描述我們的宇宙。平面幾何圖形這是我們在學校學的幾何。三角形的內角和為180度,圓的面積為πr^2。
  • 迄今最大 宇宙三維地圖出爐|三維地圖|宇宙|瑞士洛桑聯邦理工學院|...
    項目圖像一個國際科研團隊近日完成了對宇宙中數百萬個星系和類星體的分析,並發布了迄今最大的三維宇宙地圖。繪出這份地圖的是多國數百名科研人員組成的「擴展重子振蕩光譜巡天(eBOSS)」項目,它是世界最大星系巡天項目「斯隆數字巡天(SDSS)」的一部分。
  • 宇宙的形狀究竟是什麼樣的?它到底有沒有邊界呢?
    在對宇宙認識的不斷加深之中,奧伯斯提出了著名的「奧伯斯佯謬」:如果宇宙是無限的,並且恆星的數量也是無限的,而且是均勻分布的,那麼黑夜則不復存在,因為你向任何一個方向望去,總能看到一個恆星。這個問題也引來愛因斯坦的疑惑:宇宙究竟是無限伸展的?還是有限封閉的?
  • 宇宙可能是個循環,可能是封閉的曲面宇宙,而不是開放的平面宇宙
    眾所周知,膨脹理論很自然地預測了平面宇宙,但我們所了解的關於宇宙形狀的一切知識都可能是錯誤的。根據一項新的研究,我們的宇宙可能不是像床單一樣的平面,而是像充氣氣球一樣的曲面。這種封閉的曲面宇宙可以為這種效應提供一個物理解釋,普朗克宇宙微波背景譜現在更傾向於一個大於99%置信水平的正曲率。
  • 宇宙可能是一個巨大的封閉球體,像不斷膨脹的氣球
    宇宙學家稱這種想法為「封閉宇宙」,它已存在了一段時間,但它不符合現有的宇宙運行理論,因此在很大程度上不被人們接受,取而代之的是一個「平坦宇宙」概念,宇宙向各個方向沿伸且沒有邊界,自身不進行迴路循環。目前,宇宙微波背景最佳測量的異常數據資料提供了宇宙是封閉結構的有力證據(但並不是絕對證據),封閉宇宙和開放宇宙的區別有點像被拉伸的平板和膨脹的氣球,無論是哪種情況,整個宇宙都處於膨脹之中。當某個平面結構被拉伸時,該結構上的每個點都保持直線彼此遠離;當宇宙膨脹時,其表面每個點都彼此遠離,但是這個球狀宇宙的曲率將使該運動的幾何結構變得更加複雜。
  • 宇宙可能是一個空蕩的空間,地球文明的唯一性概率很高?
    如今在國外媒體上面我們可以查閱到英國牛津大學的一項新的研究,這份研究顯示或許人類將會在宇宙當中唯一的智慧文明,在這篇著名的論文當中,研究人員指出,在天文學觀察的整個宇宙當中,或許根本不存在其他的智慧生命,而人類或許將會是宇宙唯一的智慧文明。
  • 平行宇宙終結於哪一層?
    如果它們的世界是平直的,便可以將其想像為一張無限薄的平鋪的紙,上面的線或圈便是這些生物的形態。接下來,我們考慮另一種二維的存在,即一個球體的表面。我們可憐的二維朋友是無法離開這個球面的,它們所能觀察到的整個宇宙便是這個球面。如果它們足夠聰明,便可以通過測量得知這個世界是非歐幾裡得的世界(4),宇宙的面積也可以通過也可以通過測量得到。
  • 用數學闡釋宇宙的形狀,莫測的龐加萊猜想
    1904年,龐加萊提出一個問題,標準說法是:一個單連通的3維閉流形是否一定同胚於3維球面(任何一個單連通的,閉的三維流形一定同胚於一個三維的球面)?這便是日後著名的龐加萊猜想。流形是曲線、曲面等直觀幾何概念的高維推廣,由於已沒有直觀形象,研究起來十分困難。單連通則是指在流形中任何一條閉曲線都可在流形中連續變形後縮為一點。
  • 「宇宙全息律」與「三生萬物」
    當我把它(杯子)照亮的時候,每一點都相當於一個新的點光源,會發出「球面波」。所以,我把幹涉全息圖打碎以後,每一個局部都是一個完整的像,而它的每一個信息是遍布全部的,這就是全息圖,這就是光學全息的原理。由波的傳輸特性得知:所有能量波會經過宇宙中任一質點(零維)。故宇宙中任一質點具有宇宙中一切信息及它們的相互關係。即:任一質點俱足宇宙一切智慧。
  • 「千禧年難題」證明的真諦:破譯宇宙的形狀
    一個世紀以來,數學家們孜孜不倦地為解開龐加萊猜想,這個已知的命題而努力。現在,要感謝格裡戈裡·佩雷爾曼的突破,這是最後的證明定理。龐加萊猜想龐加萊的陳述:任何一個單連通的封閉的三維流形,一定同胚於一個三維的球面。看不懂?
  • 全球最大口徑球面射電望遠鏡FAST今啟用
    今天上午,有著「超級天眼」之稱的全球最大500米口徑球面射電望遠鏡在貴州平塘縣正式啟用,將為我國天文學躋身世界一流創造條件。FAST擁有30個足球場大的接收面積,突破了射電望遠鏡的百米極限,是中國自主創新的世界上最大的天文望遠鏡。
  • 宇宙外面是什麼?科學家終於找到了答案!
    同學們還不過癮,讓東升時評(微信公眾號:dssp99)多寫一些科普類的文章以饗讀者,愛好時政新聞的大家們對科學的熱情令人始料不及,這也正說明我們的國家處在一個冉冉升起的、鮮活的、積極向上的年代。廢話不多說,這篇文章就講講宇宙外面是什麼。 宇宙外面又是什麼?這個問題恐怕99%的人都回答不了。
  • 99%的人都不理解:超弦理論與平行宇宙是什麼
    99%的人都不理解:超弦理論與平行宇宙是什麼?
  • 以方程的推導,簡析四維空間的封閉是什麼?
    在增加維度的時候可以將現在的維度微縮成一個點即為圓心,如從2維(x,y)上升到3維(x,y,z)時,將二維(x,y)的面坍縮為一個點,則到3維z軸的距離相同的的點成了一個圓,如果3維(x,y,z)上升至4維(x,y,z,w),則將3維坍縮成一個點,此時該點到四維中w軸的距離也可以簡化成一個圓了,按照低維度到高維度的距離相同的點一一映射過去,會發現3維的大的球體會映射出一個個很小很小的小球體
  • 分析數百萬個星系和類星體 迄今最大三維宇宙地圖繪出
    新華社日內瓦7月22日電(記者劉曲)一個國際科研團隊近日完成了對宇宙中數百萬個星系和類星體的分析,並發布了迄今最大的三維宇宙地圖。他說,在2012年發起這個項目時,目的就是獲得一份能反映宇宙整個歷史的三維地圖,在其中顯示遙遠星系的分布等。目前理論認為宇宙產生於約138億年前的大爆炸。通過理論分析和天文觀測,科研人員此前對宇宙的遠古歷史和最近的膨脹史都有相當了解,但中間卻存在一個約110億年的認知缺口。有關研究人員表示,新成果終於填補了這一空白,是宇宙學領域的重大進展。
  • 有人擔心以後宇宙飛船快了會被宇宙碎片擊碎,怎樣規避?
    這是一位網友提出的原問題:如何保護以99.9%光速行進的星際飛船免受碎片撞擊?這個問題誰也不知道,因為現在人類與這個速度還相差很遠。現在人類飛行器最快的就是帕克號太陽探測器,現在它在太陽迄今最近的距離對太陽進行探測,速度為每秒約100千米。
  • 純粹數學走出象牙塔:丘成桐和三維科技有何關係?
    如果流形允許一個仿射結構,(一族圖冊,使得局部坐標變換都是仿射變換)那麼流形上就可以定義仿射幾何,經典的樣條構造可以直接推廣到這種流形上。所以,問題歸結為一般曲面上仿射結構的存在性。如果流形上存在仿射結構,我們可以考慮曲面的切叢,其上存在一個聯絡,其誘導曲率處處為零,即陳省身示性類為零,曲面若封閉則虧格必為1。換言之,封閉的虧格非1的曲面上不存在仿射結構,因而傳統樣條理論無法直接推廣到曲面上。
  • 宇宙全息律與三生萬物,很好懂!
    都是一個點光源點光源會發出的是球面波照亮以後,我在這兒放一個屏幕這樣,每一點發出的球面波都會通過這個球面就是每一個單元信息我任何一個局部有所有信息所以我把幹涉全息圖打破以後每一個局部都是一個完整的像而它的每一個信息是遍布全部的這就是全息圖