为什么说宇宙有限而无边?

如题所述

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持,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个恒等式(即毕安基恒等式),因此独立方程的个数是6个,再加入4个与坐标系选择有关的微分方程作为“坐标条件”,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”其实是很复杂的问题,现在也是研究热点)

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第1个回答  2014-04-30
个人认为这是从认识论来讲的。 人对物质和宇宙的认识是逐渐加深的,认识到什么程度,限度就到什么程度。但是,从认识的发展来看,是无限的,每当我们对宇宙的认识加深一步,就会有更多的问题出现,因此说,宇宙有限但无边。
第2个回答  2014-05-01
现代物理学已基本承认宇宙大爆炸理论,即宇宙起源于一个点(基点),从爆炸到现在,宇宙都是在膨胀过程中.就象你吹一个气球,越吹越大,在这个时点上是有限大的,你再吹一口,它又大一点.上帝一直在吹宇宙这个大气球,吹到什么时候他老人家要休息了,大家都不知道,因此,这个气球是有限的,边在哪里?不知道,要看他老人家的心情. 0本回答被提问者采纳
第3个回答  2014-04-30
有个有趣的现象,光似乎也有万有引力,当光经过重量大的星球时就会出现光向那边偏折,不延直线传播,如果宇宙可以看做一个大黑洞,把光都吸引进去,如果连光都到不了的地方,就是宇宙的边际了
第4个回答  2014-04-30
球面有限(面积4πr的平方)而无边,可以理解吗,宇宙也是一样,体积有限,但是没有边界。
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