霍金的《時間簡史》裡面說宇宙是有界無邊的,這是什麼意思?難道宇宙是個球嗎?

楊欽兆


最簡單的理解,把我們所說的宇宙看做是“地球”,因為我們的地球就是有界無邊的,它有界限,但你永遠找不到地球的邊在哪裡!

不過肯定有不少人對這樣的解釋不滿意,地球是有界無邊的不假,但人類很容易想到地球之外是什麼。但對於我們來說,如果宇宙是有界無邊的,那麼“宇宙之外”又是什麼?

宇宙大爆炸理論給出的解釋是:什麼都沒有!或者不存在所謂的“宇宙之外”,沒有這種概念,就像不存在“宇宙大爆炸之前”這種概念一樣,因為時間是隨著大爆炸誕生的,沒有時間,哪來的“之前”?

而霍金支持宇宙大爆炸理論,而這個理論很容易讓人想到無論宇宙再怎麼膨脹,它還總是有大小的,是有界限的。如今科學家們發現,可觀測宇宙直徑大約920億光年。

而說宇宙無邊更多的還是根據愛因斯坦的廣義相對論,表明我們所處的時空結構遠不是平直的,而是各種彎曲,壓縮,甚至撕裂交織在一起!

你感覺自己沿著直線走,理論上一直走下去會走到宇宙的“邊緣”,但實際上你只是沿著時空的各種凹陷彎曲結構在走,如此下去,由於你本身也是時空結構的一部分,不但不會走到宇宙“邊緣”,你甚至有可能走到你出發的原點!這就是宇宙“無邊”的概念!


宇宙探索


理解這個就是要簡化維度:

圓線是封閉的一維,有長度無邊界,正如玩具火車可以在環形軌道上無限不停跑;

球面是封閉的二維,有面積大小但沒有邊界,螞蟻也可以在籃球上爬到死也找不到邊;

對應的三維世界,宇宙就是這個結構,有大小無邊界,飛船是永遠飛不到盡頭,只會飛回原點,這個在宇宙學裡是講述宇宙結構的基礎,有個理論叫宇宙同謀論,宇宙裡任何一個點都是宇宙的中心。

宇宙不是平直空間,很複雜。如果你拿平直空間去理解,就像古人認為天圓地方一樣。

古人疑惑坐船到盡頭會不會掉下去??今天的人疑惑走到宇宙盡頭會怎麼樣也是這樣的。

具體的可以找一些正經的科普書籍看看。


beorio


霍金說到的這個理論雖然還有爭議,但不妨礙我們理解「有限無邊」這個概念。因為在數學上可以構造出很多有限而無邊的空間。

有限而無邊的空間

我們身邊最常見的「有限無邊」的空間,就是球面,比如地球儀上的表面。有人可能會問,我從球面離開,不就碰到界面了嗎?其實並不是這樣的。

這裡的空間是一個二維的空間,只是這個空間並不是平直的,而是彎曲的。這個空間如果一直有彎曲,那就有可能「自我封閉」。自我封閉這個詞看起來很神秘,但從球面理解,就很容易了,球面就是一個二維的自我封閉的空間。

這個彎曲的程度,數學上用「度規」表示,比如我們熟悉的平直空間,用的就是歐幾里得度規;而球面上的彎曲空間,使用的就是球面度歸。

有限而無邊,就可以類比球面來想象。

質疑

然而,這個理論仍然面對很多質疑。特別是最近有的巡天觀測中,觀測到的宇宙是高度均勻的(在歐式空間假設下)。這就意味著,宇宙很有可能在大尺度上就是處於平直空間中的。那麼,問題就來了,在這個空間中,要麼有限有界,要麼無限無界。


章彥博


史蒂芬霍金是宇宙大爆炸理論的支持者。

先簡單說一下宇宙的概念。咱們提到宇宙的時候,是通常意義上的可觀測宇宙,就是所有時間,空間和這個空間中一切物質的集合。換個說法,就是我們人類能夠感受,觀測到的可見範圍。

也就是說,超過四維的空間我們是無法理解,無法到達,無法觀測的,對很多人來說甚至無法想象,就暫時不包含在這個概念裡面。

然後簡單說一下大爆炸理論。大爆炸,也就是Big Bang,是宇宙起源和演化的一種模型假說。應該是目前最流行,被最多科學家認可的宇宙起源論。 這個模型的觀點是說:宇宙是在大約137.99 ± 0.21億年之前,由一個密度極其大並且溫度極其高的太初狀態演變而來的。這個太初狀態叫做 奇點。 應該很多人都聽過這個概念。

大爆炸之後,宇宙開始膨脹,在膨脹的過程中,物質相互碰撞,演化,最終演變成了我們現在可觀測到的宇宙。所大爆炸理論的宇宙模型,大概是下面這個樣子:

前面我們提到了,霍金是大爆炸理論的支持者,他提出的宇宙有界,就是說宇宙是有界限的。就算再大,宇宙膨脹到現在也是一個有界限的宇宙。無邊的意思是,在奇點產生之前,以及現在的宇宙所存在的空間之外的那部分我們無法想象的,是無限的。


司空見白


《時間簡史》裡提到過兩種宇宙模型,一種是愛因斯坦提出的有限無邊模型,一種是霍金自己提出的無邊界宇宙模型。

有限無邊宇宙模型是愛因斯坦基於空間彎曲提出的,在提出廣義相對論以後,他認為由於空間被宇宙中的各種物質能量彎曲,最終會閉合成一個三維的超球面,這是在二維球面基礎上增加一維得到的。在很長時間裡這是人們公認最有可能的一個宇宙模型。

無邊界宇宙模型是霍金在有限無邊宇宙模型基礎上提出的,當時大爆炸理論認為宇宙在一百多億年前源自一個奇點,這奇點是時間和空間的起始點,霍金本人是大爆炸理論的主要研究者,甚至奇點都是由他與另一科學家共同證明的。但作為無神論者的霍金不滿意時間有一個開始,他通過加入虛時間,使時間也沒有邊界,但虛時間這個概念相當燒腦,一般人很難看明白,我想很多說時間簡史難懂的人都是因為這個,反正我看時間簡史的時候就是這部分沒看懂Ծ ̮ Ծ

事實上後來霍金也承認,其實當初寫時間簡史時他自己也還沒完全想明白。。。我...%*”@~#......


星宇飄零2099


宇宙的確是個球,但不是三維空間的球!用三維空間去解釋地球很好理解,但要用三維空間去解釋宇宙必然陷入死衚衕!必須要用更高維度,就是時間。沒錯,地球是三維空間裡的球,宇宙是四維空間裡的球。


亂七4


最簡單的理解就是宇宙不可以理解。最複雜的理解卻是愛因斯坦的那句話:“最不可理解地是宇宙是可以被理解的”。邊,界,面,線的都是物形,是形之中的。而形而上的,也就“點”到為止了。而對於宇宙而言,它是個容納人一切理的世界。


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