|
【凌晨曉驥的回答(53票)】: 這個(gè)問(wèn)題其實(shí)不難回答。之所以我們認(rèn)為宇宙是平的，來(lái)自于我們對(duì)于宇宙理論推導(dǎo)和觀測(cè)的。 我們知道，通過(guò)弗里德曼方程，我們知道我們的宇宙的主要構(gòu)成，來(lái)源于輻射，物質(zhì)（包括重子物質(zhì)和暗物質(zhì)），宇宙常數(shù)Λ（也就是暗能量）和曲率（k)，通常情況下，曲率項(xiàng)從來(lái)都是被認(rèn)為是0，或者極為接近0。 如果曲率k=0，意味著我們的宇宙是平坦的，換句話說(shuō)，我們看到的物體，它的張角α幾乎就等于他的尺度除以它離我們的角直徑距離 如下圖，在這樣的宇宙下，宇宙中星系看上去就嚴(yán)格服從“近大遠(yuǎn)小"的規(guī)律。 
如果曲率 k>0，意味著我們的宇宙不是平坦的，那么宇宙就會(huì)閉合，或者說(shuō)，宇宙中像任意兩個(gè)方向發(fā)射的射線，最終都會(huì)重合！可以想象球面上的任意兩條直線，一定會(huì)有兩個(gè)交點(diǎn)。 如下圖，在這種情況下，會(huì)發(fā)生一個(gè)非常有意思的事情，如下圖，張角α，星系的尺度L 和他們與我們距離并沒(méi)有線性關(guān)系 更嚴(yán)重的是！在k>0 比較顯著地情況下，如果再往遠(yuǎn)處看，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，張角α就越大，所以星系隨距離增大，看上去反而越大，這是不可能的！至少我們現(xiàn)在的觀測(cè)不承認(rèn)這樣的事實(shí)。
如果曲率k<0, 那么我們的宇宙就是非常開(kāi)放的，如下圖，張角α在近距離對(duì)應(yīng)很小的尺度，而到了遠(yuǎn)處就對(duì)應(yīng)著極為巨大的尺度。 這意味著什么呢？這意味著如果k比較顯著地小于0，假設(shè)我們的望遠(yuǎn)鏡能夠在r距離看到L大小的星系，那么對(duì)于更遠(yuǎn)處的星系，哪怕距離只要遠(yuǎn)幾倍，他的尺度L 必須變大幾十上百倍才能被我們看到。所以，假設(shè)遠(yuǎn)處的星系和我們的星系一樣大小，他們都會(huì)變得太小而無(wú)法被我們看到。 而事實(shí)上，哈勃望遠(yuǎn)鏡通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間曝光，看到了最遠(yuǎn)300億光年（宇宙固有距離）的星系，所以k 也是不會(huì)顯著地小于0的。
綜上，可以看到，即使k不為0，它也幾乎是非常接近0的數(shù)。 我們對(duì)于微波背景的觀測(cè)也是類(lèi)似的，只不過(guò)微波背景輻射是我們光學(xué)波段看到的最遠(yuǎn)的宇宙，在這個(gè)時(shí)間段，宇宙比現(xiàn)在小1100倍，溫度高1100倍。但是在這個(gè)時(shí)間段，宇宙已經(jīng)有了最初的原初差異了。在這個(gè)波段我們最顯著的測(cè)量就是對(duì)應(yīng)于1°大小的doppler峰。當(dāng)我們假設(shè)k=0，也就是平直宇宙，理論和觀測(cè)值達(dá)到完美的符合。下圖中紅線是理論預(yù)測(cè)值，而黑點(diǎn)是觀測(cè)值。頂峰對(duì)應(yīng)的角度大約是1°
而對(duì)于k>0的宇宙，這個(gè)角會(huì)變大，往左偏移，對(duì)于k<0的宇宙，相應(yīng)的角會(huì)往右偏移。顯然，這些都是不符合微波背景輻射的觀測(cè)的。 當(dāng)然，對(duì)于其他的觀測(cè)， 比如對(duì)于星系的觀測(cè)（SDSS），對(duì)大尺度結(jié)構(gòu)的研究，宇宙重子聲波震蕩的觀測(cè)，都能夠?qū)的值進(jìn)行相當(dāng)好的限定，到目前為止，普遍認(rèn)為|k|的值不大于0.01， 如博洋同學(xué)引用所述，基本上，可以認(rèn)為宇宙的k近似為0， 或者，可以說(shuō)，宇宙基本上就是平坦的，是經(jīng)典的歐幾里得宇宙~ Links: http://arxiv.org/pdf/gr-qc/0701050v2.pdf http://arxiv.org/pdf/gr-qc/0701050v2.pdf Cosmic Sound: Curvature and the cosmic background radiation 【劉博洋的回答(0票)】: 先貼一個(gè)我以前的回答“宇宙無(wú)限大”這個(gè)說(shuō)法是學(xué)界的普遍共識(shí)嗎？如果是，理由是什么？ - 劉博洋的回答 我承認(rèn)我那篇答文里沒(méi)解釋清楚。先占坑，不一定填。 【知乎用戶(hù)的回答(0票)】: 宇宙是平的是指cosmological constant = 0，只有這樣愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程才允許平坦時(shí)空的解。 如果它不等于零，那么時(shí)空的解必須是完全的。 關(guān)于CMB的各向同性，有個(gè)inflation模型可以很好的解釋。 在經(jīng)典的時(shí)空膨脹expansion（弗里德曼宇宙）里，cosmological constant=0. 在inflation里面（很短的時(shí)間），膨脹是由于短時(shí)間內(nèi)consmological constant不為零。 【俞景一的回答(1票)】: 應(yīng)該是說(shuō)宇宙是均勻的比較貼切。 百度百科： 微波背景輻射的另一特征是具有極高度的各向同性。這有兩方面的含義：首先是小尺度上的各向同性。在小到幾十弧分的范圍內(nèi)，輻射強(qiáng)度的起伏小于0.2－0.3%；其次是大尺度上的各向同性。沿天球各個(gè)不同方向，輻射強(qiáng)度的漲落小于0.3%。各向同性說(shuō)明，在各個(gè)不同方向上，在各個(gè)相距非常遙遠(yuǎn)的天區(qū)之間，應(yīng)當(dāng)存在過(guò)相互的聯(lián)系。 換句通俗的話說(shuō)，就是宇宙大爆炸炸得非?！熬鶆颉?/p> 【夏目景的回答(2票)】: 謝邀，知乎首答，班門(mén)弄斧一下吧。宇宙是平坦的，指的是在整個(gè)宇宙，光沿直線傳播。如果兩束光平行射出，越來(lái)越近，則宇宙是球體的；越來(lái)越遠(yuǎn)則宇宙是馬鞍形的；平行射出，宇宙是平坦的。天文學(xué)家經(jīng)過(guò)對(duì)宇宙背景輻射的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：在大尺度上，宇宙最初發(fā)出的光線并沒(méi)有發(fā)生彎曲現(xiàn)象，即宇宙是平坦的，且將一直膨脹下去。希望對(duì)你有幫助 【桃夭之森的回答(1票)】: 謝邀。本人工科背景，偽民科，如有問(wèn)題歡迎一起討論。 首先愛(ài)的觀點(diǎn)，有物質(zhì)存在的空間不是平坦的歐幾里德空間就是彎曲的黎曼空間?？臻g彎曲程度取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布。換言之，空間曲率表現(xiàn)為引力場(chǎng)的強(qiáng)度。 另一方面，宇宙微波背景輻射是大爆炸理論的有力論據(jù)。大爆炸模型認(rèn)為宇宙是扁平的。當(dāng)然這是在大尺度來(lái)說(shuō)的，用前一段的觀點(diǎn)可以這樣預(yù)測(cè)，平坦的宇宙中平行光線會(huì)保持平行。威爾金森背景輻射探測(cè)器證明，宇宙微波背景輻射具有各向同性，各個(gè)方向上的輻射微小差異表明宇宙扁平度非常高。到這里就有了題主的問(wèn)題這種說(shuō)法。 但是宇宙大爆炸理論只是眾多宇宙形成論的一種，只是他比較符合目前已知的各種經(jīng)驗(yàn)而被廣泛接受。就前沿來(lái)說(shuō)最近比較火的超球體宇宙觀。這個(gè)解釋可以從科普書(shū)里爛大街的氣球模型來(lái)理解，在一個(gè)非常大大到存在視界的三維球體上，氣球表面的空間曲率是不是也能小到任取一點(diǎn)可以看到各向同性的背景微波輻射墻并認(rèn)為他們所處的世界是平坦的呢。那么假設(shè)宇宙是一個(gè)超球體的某個(gè)投影，我們所見(jiàn)的也許只能證明我們所想證的。 【吳晛的回答(1票)】: 謝邀~這么高深的問(wèn)題我不會(huì)答啊QAQ，不過(guò)我倒是可以分享一下我對(duì)這個(gè)問(wèn)題的看法。如果說(shuō)的不對(duì)也請(qǐng)各位大神批評(píng)指正~ 我們平時(shí)理解的“平”這個(gè)概念和宇宙的“平”是不一樣的，在便于理解的前提下我更贊成把宇宙的“平”稱(chēng)作“均勻”的。 舉個(gè)例子，假設(shè)兩道平行光間距30cm，在理想的均勻宇宙中，無(wú)論跑多遠(yuǎn)，無(wú)論在平行光的哪個(gè)位置，他們的間距始終不變。這時(shí)的曲率是零，宇宙很“平”。 但是當(dāng)曲率k小于零時(shí)，平行光間距在不同位置就是不一樣的。在我們這個(gè)點(diǎn)，平行光間距是30cm，但是在一定距離的遠(yuǎn)處可能這道平行光的間距就會(huì)變大（這個(gè)時(shí)候能否稱(chēng)之為平行光我就沒(méi)法解釋了……），甚至中間可以塞進(jìn)一個(gè)姚明。再遠(yuǎn)處甚至能塞進(jìn)一頭哥斯拉，再再遠(yuǎn)處說(shuō)不定能塞進(jìn)一顆地球。這樣宇宙就是發(fā)散的，無(wú)限遠(yuǎn)處會(huì)變得無(wú)限大，這種情況下宇宙就是無(wú)限的，而且越遠(yuǎn)越大。不過(guò)反正我是無(wú)法想象這是什么樣，雖然我就叫吳晛。 而當(dāng)曲率k大于零時(shí)，平行光間距在不同位置也會(huì)不一樣，但情況相反。還是那道間距30cm的平行光，姚明可以從中鉆過(guò)去，但是說(shuō)不定走著走著姚明就只能伸手臂進(jìn)去了，再走著走著就只能用手摳了，再往后？平行光無(wú)限接近了，姚明連頭發(fā)絲都塞不進(jìn)去了。這種情況下宇宙是有限的，但是也不能說(shuō)有邊界。這兩條平行光雖說(shuō)無(wú)限接近，但無(wú)法交于一點(diǎn)，也到不了宇宙的頭，或者說(shuō)無(wú)限接近宇宙的盡頭。你站在當(dāng)前位置無(wú)論往哪射這對(duì)平行光，最終都會(huì)無(wú)限接近于一點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候宇宙就是閉合的，他有限，但是你觸碰不到邊界。就像0.999……那樣，你雖然知道它表示1，但你永遠(yuǎn)不知道小數(shù)點(diǎn)后面有幾位。 我們光說(shuō)姚明了，那么光怎么想？在曲率k小于零時(shí)，記住這時(shí)宇宙是發(fā)散的。這道平行光在我們的起點(diǎn)看到姚明在它中間探出了頭，接著它走著走著，姚明變小了，站在了它中間。它接著走，一個(gè)小姚明hold不住了，于是幾十個(gè)姚明疊羅漢疊了起來(lái)勉強(qiáng)夠長(zhǎng)，再往前走，光看不見(jiàn)姚明了，因?yàn)樗麄兲×?，但是光知道他們肯定成千上萬(wàn)手拉著腳硬撐著達(dá)到了長(zhǎng)度。光很納悶，我的視角來(lái)看我間距沒(méi)變啊可是姚明怎么變小了？雖然我和光都不知道為什么，但是一定是曲率的錯(cuò)。（曲率：怪我咯） 而當(dāng)曲率k大于零時(shí)情況剛好相反，姚明越來(lái)越大了。光繼續(xù)走，到了接近終點(diǎn)的位置，姚明已經(jīng)大得無(wú)法形容了。這時(shí)你從地球上看，如果你視力足夠好，那么在整片繁星的背后，所有天體的背景就是姚明，你看到的姚明已經(jīng)變形得能平鋪滿整個(gè)球面（事實(shí)上肯定會(huì)有一點(diǎn)小縫隙）。光的視角來(lái)看，姚明只會(huì)越來(lái)越大，但是姚明最大能多大呢？沒(méi)有盡頭，光再走幾輩子也沒(méi)有盡頭，盡管姚明還是越來(lái)越大。（曲率：又怪我咯） 總之，宇宙是“平”的這個(gè)說(shuō)法就是一種抽象化的說(shuō)法。就像平地上會(huì)有起伏，有山峰有峽谷，那么宇宙中也會(huì)有起伏，而這種起伏表現(xiàn)在宇宙中就是所謂“均勻”問(wèn)題。我們就像那道光，在不同的地方能看到不同的姚明（什么鬼），而這大姚明和小姚明，也就相對(duì)于山頂?shù)囊γ骱蛵{谷底的姚明吧。 好了大概我理解的就說(shuō)完了……參考了前3樓的回復(fù)，漲了不少姿勢(shì)，試著做出了自己的理解。今天很榮幸的受寵若驚的接到了邀請(qǐng)，感激涕零，于是盡自己所能完成了自己的知乎首答，也算是小小的倔強(qiáng)吧。在下文科生，發(fā)動(dòng)了文科生天賦“就算不會(huì)也能答滿”，然準(zhǔn)確率和嚴(yán)謹(jǐn)性完全不能看……希望路過(guò)大神……不，敬請(qǐng)各位路過(guò)的大神不吝賜教并批評(píng)指正，大家共同進(jìn)步為好~ 【橢圓的回答(0票)】: 瀉藥。。先占坑有空再答 【姚大官人的回答(0票)】: 瀉藥，我不會(huì)，要翻資料，等我找到了回來(lái)回答。抱歉 (??????????????) 【姜昂的回答(0票)】: 宇宙背景輻射自發(fā)現(xiàn)之初 就飽受爭(zhēng)議 ，而人類(lèi)歷史長(zhǎng)河中 混沌的理念深入其中 。從數(shù)據(jù)上來(lái)看 與其說(shuō)是宇宙是平的 不如說(shuō) 宇宙是均勻的 常態(tài)的 。而突破這個(gè)遐想來(lái)看，我個(gè)人感覺(jué) 應(yīng)當(dāng)有另一種未知或者說(shuō)理論上的參數(shù) 一直處于變化當(dāng)中，即熵的理論。 所以通俗的解釋 ，就是宇宙的背景輻射因?yàn)榫S度問(wèn)題 在我們看來(lái)始終是均勻的。 【張浩的回答(0票)】: 一塊石頭 到達(dá)湖面 首先接觸的是湖面 光到達(dá)的會(huì)反射 【LionLei的回答(0票)】: 謝邀，但是我不專(zhuān)業(yè)，不好作答。 【胭之小茉的回答(0票)】: 宇宙是平的，只不過(guò)是為了給有基礎(chǔ)思維理解的人類(lèi)一個(gè)目前可以接受的解釋嘛。 大爆炸本來(lái)就是個(gè)假說(shuō)。 基于大爆炸為真，從而產(chǎn)生的大尺度天文物理學(xué)悖論，都逼瘋了無(wú)數(shù)智者。 光速恒定本身，就讓大爆炸假說(shuō)陷入了一直要打補(bǔ)丁的困境呢。 請(qǐng)注意：光速在真空中恒定為…… 不要對(duì)我說(shuō)“在某個(gè)特定的空間內(nèi)，可以排除一切物質(zhì)和能量干擾，制造或者設(shè)計(jì)出絕對(duì)真空，從而讓光可以用真空光速自由自在飛翔”，從歸納法的邏輯而言，這是不存在的呀。 簡(jiǎn)而言之，有物質(zhì)和能量存在的宇宙，光速永遠(yuǎn)到達(dá)不了真空絕對(duì)光速。 宇宙之初，也是宇宙的盡頭。 【翁建彬的回答(0票)】: 宇宙是平的意思是說(shuō)宇宙的空間曲率，我們說(shuō)平的是指宇宙近似于一個(gè)歐式空間（比如說(shuō)兩條平行直線永遠(yuǎn)不會(huì)相交，這些又一個(gè)大領(lǐng)域.....怎么通俗說(shuō)明真是能力有限?。?，而不是黎氏。從微波輻射背景來(lái)看就是輻射十分的平均，各向同性。 【周Cl的回答(0票)】: 前兩天看了一本紀(jì)錄片《宇宙究竟有多大》，BBC的，當(dāng)中有一部分就是講這個(gè)的，還蠻通俗易懂的。 來(lái)自網(wǎng)易公開(kāi)課： http://open.163.com/movie/2014/11/I/S/MAA0FIECR_MAA0G0LIS.html 大概從38：46開(kāi)始:) 【卡米拉的回答(0票)】: 光速快于聲速，關(guān)于這個(gè)問(wèn)題吧，其實(shí)就好比是人的眼睛，你能看到自己的眼睛是圓的嗎？那當(dāng)然可以，照個(gè)鏡子，同理可得，取決于你看的角度。 【邱豪杰的回答(0票)】: 謝邀。嗯？宇宙怎么是平的呢。微波背景輻射只是為平行宇宙提供了一條證據(jù)。 |
|
|
