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宇宙是无边无际的吗?我从物理书上看到了这样的描述:从空间尺度上来讲,宇宙是个闭合的三维空间.那么如何理解这个问题呢?

来源:学生作业帮 编辑:拍题作业网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/04/28 20:06:58
宇宙是无边无际的吗?
我从物理书上看到了这样的描述:从空间尺度上来讲,宇宙是个闭合的三维空间.那么如何理解这个问题呢?
先回答“如何理解闭合的三维空间”.闭合的三维空间也就是这样一个空间:其中的任何物体都无法以三维运动的方式离开这一空间,如果沿某一方向径直前进,则最终回到出发点.
首先,请考虑如下情况:在空间之中有一张平面.毫无疑问这个平面就是个二维空间.然后考虑将这个平面卷曲成为一个足够大的球面.假设在这个球面上的A点有一个观察者,在这种情况下,对于球面上的观测者而言,他所处的依然是一个平面,但是他朝任意方向移动相当于球面周长的距离之后最终都会回到A点.此时,对于观察者而言,他所处的就是一个“闭合的二维空间”.
然后对以上情况进行推广.为什么闭合的三维空间不好理解呢?因为从上面的例子可以看出来,二维空间闭合之后形成的球面已经不是二维图形了,只能在三维(或者更高维)的空间中才能精确的描述他;类似的我们可以知道,三维空间的闭合也不能在三维空间中精确表达,智能通过某种方式进行描述.回到二维的情况,既然观察者从A点出发最终又能回到A点,那么他的轨迹是怎么样的呢?是个圆,这也刚好是人们在二维空间中表达球面的方式(比如在几何学之中,用圆来表示球).类似的,闭合的三维空间之中,我们可以推导:一个闭合的管子,就可以让其中沿径向运动的物体最终回到出发点.进行推广,就可以知道:闭合的三维空间,可以被理解为“沿任意方向前进,都等于是走进了一个相应的管道之中,最终可以回到起点”.
再回答宇宙无边无际的问题.引用《环球科学》上的一句话:“根据主流的宇宙学理论,我们这个宇宙是原初真空中的一个微观区域经过一个被称为‘暴涨’的指数式膨胀过程而产生的.许多其他的宇宙也已经从同一片原初真空中诞生,并各自拥有一套不同的物理学定律.”从这一意义上来说,人们通常所说的“宇宙”(指的是我们所认知的一切物体与时空的总和),也就是无数平行宇宙的总和.他可以被看做是“无边无际”的.但是就某一个宇宙而言(至少对于我们所处的这个宇宙来说),他在空间上是一个三维空间的闭合.