太阳是太阳系中心,黑洞是银河系中心,那么宇宙有中心吗?

  宇宙没有中心!根据宇宙学标准理论,宇宙是在大约140亿年前的“大爆炸”中诞生的,至今仍在向外扩张。扩张也没有中心;到处都是一样的。大爆炸不应该被视为一次普通的爆炸,宇宙不是从一个中心点扩张到空间内的;相反,整个宇宙都正在扩张,据我们所知,所有地方都在均衡的扩张。

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  1929年埃德温-哈勃宣称测量了距我们远近不同的星系的速度,他发现越远的星系越是在后退。这可能表明着我们在宇宙扩张的中心上,但事实是,假如宇宙根据哈勃定律均一扩张,那么它可能从任何有利点来看都是如此。

  如果一个B星系以10,000千米秒的速度向我们远去,B星系上的外星人看我们的A星系就也是以10,000千米秒的速度向反方向远去。而另一个和B星系在相同方向的两倍远距离的C星系就被我们看做以20,000千米秒的速度后退,而外星人看到的则是以10,000千米秒的速度后退。

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  所以在B星系上的外星人来看,所有物体都是从它的方向向外扩张的,无论它是从那个方向看都是和我们的视角看是一样的。

  著名的气球比喻

  有效帮助宇宙扩张更可视化的方法是把太空比作膨胀的气球表面。早在1933年,亚瑟-爱丁顿在《膨胀着的宇宙》一书中就提出了这个比喻。在1960年,这一比喻又被弗雷德-霍伊尔在他的畅销书《宇宙的本质》中收录下来。霍伊尔写道:“我的非数字的朋友们经常告诉我,他们发现很难想象这种扩张,如果不使用大量的数学,我不能比使用表面上标着大量点的气球作类比做得更好。如果气球爆炸,点之间的距离会以星系之间的距离相同的增加。”

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  气球比喻法是很奏效的,但却需要确切的理解否则会引起更多困惑。正如霍伊尔所说:“有几个重要的方面是人们一定会误导的。”能够理解三维空间和气球的二维表面作比较是十分重要的,气球表面是均匀的,没有任何一个点应该被挑出来作为中心。气球本身的中心不是在表面上,不应该被认为是宇宙的中心。如果这个方法有助于理解的话,你可以把气球的径向视为时间。这就是霍伊尔提出的,但也有一些难以理解。

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  最好的办法是将表面上的点视为根本不属于宇宙的一部分,正如高斯在19世纪初发现的,诸如曲率之类的空间特性可以用可测量的固有量来描述,而不需要考虑弯曲的内容。所以空间可以是弯曲的,而不用考虑任何其他“外围”维度。高斯甚至试图通过测量三个山顶之间的大三角形的角度来确定空间的曲率。

  当考虑气球比喻法时需谨记:

  气球的二维表面与宇宙的三维空间类似

  嵌入气球的三维空间不类似于任何高维度物理空间

  气球中心与任何物理都不对应

  宇宙大小可能是有限的,像气球表面一样膨胀,但也有可能是无限的

  星系像膨胀的气球上的点一样分开,但是星系本身不膨胀,因为它们受引力束缚

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  ...但是如果大爆炸是爆炸

  在传统的爆炸中,物质会从爆炸中心点爆出来。爆炸开始后的短时间内,中心点的温度是最高的,之后会有一个球形壳体从中心向外扩展,直到受重力因素掉落地球。大爆炸就我们目前而言了解的来说完全不是一场传统意义上的爆炸。这是一场空间爆炸,而不是太空爆炸。根据标准的建模,在大爆炸之前没有空间和时间,甚至没有“之前”可言。所以,大爆炸是与我们通俗意义上的爆炸天壤之别的爆炸,它也不需要中心点。

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  如果大爆炸在已知存在的空间里是一场普通的爆炸,我们可以向外望到空旷的空间里正在扩张的边缘。相反,我们看到了大爆炸本身,并从早期宇宙的热原始气体中发现了微弱的背景光。“宇宙微波背景辐射”在任何方向都是均匀的,这告诉我们,从一个点向外扩展并不是问题,而是空间本身可以均匀扩展。

  重要的是要强调其他调查结果来支持这样一种观点,即宇宙没有中心,至少在观测能够达到的范围内。宇宙均匀扩张的事实不排除存在被叫做的中心的,更密更热的地方,但要仔细研究星系的分布和运动证实它在我们能看到的最大规模上是同质的,没有任何特殊点可以被叫作中心。

  宇宙学原理

  1933年,亚瑟-米尔恩引入宇宙在大规模上是均匀的(均匀,各向同性)的观点作为宇宙学原理。不久之前,一些天文学家认为宇宙只是由我们的星系组成,银河系的中心就是宇宙的中心。在1924年,哈勃为这个辩论画上了句号,他表明了我们之外存在其他星系。尽管在星系分布中发现了大量的结构,但大多数宇宙学家仍然坚持宇宙学原理,无论是出于哲学原因,或是因为它是一个没有观察到任何破绽能够有效成立的假设。然而,我们对宇宙的看法受光速和大爆炸以来有限时间拘束,可观察的部分非常大,但是与整个宇宙相比还是太小,我们没法知道超出可观测视界的宇宙形状,也没法知道宇宙学原理在最大距离是否成立。

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件限制,我们无法确定LTB模型是否正确。FLRW模型可能只是一个很好的近似值,可以在可观察到的宇宙中良好运作。

  当然宇宙中存在许多其他的,甚至更不规则的形状,无法确定是否存在中心。如果事实证明它的中心位于可观察宇宙之外的一定范围内,那么这个中心可能只是在更大规模上的众多“中心”中的一个,正如我们银河系的中心之前所做的那样。

  换句话讲,尽管标准的大爆炸模型描述了一个没有中心的扩张宇宙,并且这与所有观测结果一致,却仍存在这些模型比我们可观察到的模型在比例上不精准的可能。最终,我们对“宇宙是否有中心”这一问题,尚未有明确答案。

  宇宙没有中心!根据宇宙学标准理论,宇宙是在大约140亿年前的“大爆炸”中诞生的,至今仍在向外扩张。扩张也没有中心;到处都是一样的。大爆炸不应该被视为一次普通的爆炸,宇宙不是从一个中心点扩张到空间内的;相反,整个宇宙都正在扩张,据我们所知,所有地方都在均衡的扩张。

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  1929年埃德温-哈勃宣称测量了距我们远近不同的星系的速度,他发现越远的星系越是在后退。这可能表明着我们在宇宙扩张的中心上,但事实是,假如宇宙根据哈勃定律均一扩张,那么它可能从任何有利点来看都是如此。

  如果一个B星系以10,000千米秒的速度向我们远去,B星系上的外星人看我们的A星系就也是以10,000千米秒的速度向反方向远去。而另一个和B星系在相同方向的两倍远距离的C星系就被我们看做以20,000千米秒的速度后退,而外星人看到的则是以10,000千米秒的速度后退。

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  所以在B星系上的外星人来看,所有物体都是从它的方向向外扩张的,无论它是从那个方向看都是和我们的视角看是一样的。

  著名的气球比喻

  有效帮助宇宙扩张更可视化的方法是把太空比作膨胀的气球表面。早在1933年,亚瑟-爱丁顿在《膨胀着的宇宙》一书中就提出了这个比喻。在1960年,这一比喻又被弗雷德-霍伊尔在他的畅销书《宇宙的本质》中收录下来。霍伊尔写道:“我的非数字的朋友们经常告诉我,他们发现很难想象这种扩张,如果不使用大量的数学,我不能比使用表面上标着大量点的气球作类比做得更好。如果气球爆炸,点之间的距离会以星系之间的距离相同的增加。”

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  气球比喻法是很奏效的,但却需要确切的理解否则会引起更多困惑。正如霍伊尔所说:“有几个重要的方面是人们一定会误导的。”能够理解三维空间和气球的二维表面作比较是十分重要的,气球表面是均匀的,没有任何一个点应该被挑出来作为中心。气球本身的中心不是在表面上,不应该被认为是宇宙的中心。如果这个方法有助于理解的话,你可以把气球的径向视为时间。这就是霍伊尔提出的,但也有一些难以理解。

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  当考虑气球比喻法时需谨记:

  气球的二维表面与宇宙的三维空间类似

  嵌入气球的三维空间不类似于任何高维度物理空间

  气球中心与任何物理都不对应

  宇宙大小可能是有限的,像气球表面一样膨胀,但也有可能是无限的

  星系像膨胀的气球上的点一样分开,但是星系本身不膨胀,因为它们受引力束缚

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  ...但是如果大爆炸是爆炸

  在传统的爆炸中,物质会从爆炸中心点爆出来。爆炸开始后的短时间内,中心点的温度是最高的,之后会有一个球形壳体从中心向外扩展,直到受重力因素掉落地球。大爆炸就我们目前而言了解的来说完全不是一场传统意义上的爆炸。这是一场空间爆炸,而不是太空爆炸。根据标准的建模,在大爆炸之前没有空间和时间,甚至没有“之前”可言。所以,大爆炸是与我们通俗意义上的爆炸天壤之别的爆炸,它也不需要中心点。

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  如果大爆炸在已知存在的空间里是一场普通的爆炸,我们可以向外望到空旷的空间里正在扩张的边缘。相反,我们看到了大爆炸本身,并从早期宇宙的热原始气体中发现了微弱的背景光。“宇宙微波背景辐射”在任何方向都是均匀的,这告诉我们,从一个点向外扩展并不是问题,而是空间本身可以均匀扩展。

  重要的是要强调其他调查结果来支持这样一种观点,即宇宙没有中心,至少在观测能够达到的范围内。宇宙均匀扩张的事实不排除存在被叫做的中心的,更密更热的地方,但要仔细研究星系的分布和运动证实它在我们能看到的最大规模上是同质的,没有任何特殊点可以被叫作中心。

  宇宙学原理

  1933年,亚瑟-米尔恩引入宇宙在大规模上是均匀的(均匀,各向同性)的观点作为宇宙学原理。不久之前,一些天文学家认为宇宙只是由我们的星系组成,银河系的中心就是宇宙的中心。在1924年,哈勃为这个辩论画上了句号,他表明了我们之外存在其他星系。尽管在星系分布中发现了大量的结构,但大多数宇宙学家仍然坚持宇宙学原理,无论是出于哲学原因,或是因为它是一个没有观察到任何破绽能够有效成立的假设。然而,我们对宇宙的看法受光速和大爆炸以来有限时间拘束,可观察的部分非常大,但是与整个宇宙相比还是太小,我们没法知道超出可观测视界的宇宙形状,也没法知道宇宙学原理在最大距离是否成立。

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件限制,我们无法确定LTB模型是否正确。FLRW模型可能只是一个很好的近似值,可以在可观察到的宇宙中良好运作。

  当然宇宙中存在许多其他的,甚至更不规则的形状,无法确定是否存在中心。如果事实证明它的中心位于可观察宇宙之外的一定范围内,那么这个中心可能只是在更大规模上的众多“中心”中的一个,正如我们银河系的中心之前所做的那样。

  换句话讲,尽管标准的大爆炸模型描述了一个没有中心的扩张宇宙,并且这与所有观测结果一致,却仍存在这些模型比我们可观察到的模型在比例上不精准的可能。最终,我们对“宇宙是否有中心”这一问题,尚未有明确答案。

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