Vinnaren i pepparkakshustävlingen!
2015-02-05, 18:07
  #1
Medlem
Apathess avatar
Jag förstår mig inte på hur kosmologer kan vara så säkra på att universums geometri är plant. För er som inte är bekanta med hur man kommit fram till universum form: Tänk er att man ritar en triangel i rummet. Om geometrin av vårat universum är plant så kommer vinklarna sammanlagt vara 180 grader. I ett slutet universum så är det över 180 grader och vice versa med ett öppet universum.

Nu är det som sagt så att kosmolgerna idag verkar vara riktigt säkra på att universum är plant, efter ett antal observationer(mha WMAP-sonden). Vad jag dock inte begriper mig på är att om universum är oändligt stort, så kommer alltid våra observationer leda till en plan geometri eftersom att ett oändligt stort universum kommer alltid visa sig vara lokalt plant. Tänk är exempelvis jordklotet; om man ritar en tillräckligt stor triangel så kommer vinkelsumman överskrida 180 grader, men ritar man en liten så kan den givetvis vara lokalt plant. Men om jordklotet var oändligt stort så skulle vinkelsumman alltid vara 180 grader.

Så om nu universum är oändligt stor och har en öppen eller sluten geometri, så kan vi inte faktiskt veta dess geometri -- då det alltid kommer visa sig att universum har en plan geometri. Så varför är kosmologer så säkra på att universum har en plan geometri? Vad har jag missat?
__________________
Senast redigerad av Apathes 2015-02-05 kl. 18:21.
Citera
2015-02-05, 18:12
  #2
Medlem
Apathess avatar
Citat:
Ursprungligen postat av Qertym
Vad har du rökt för någonting?
Var i min text har jag varit otydlig? Vad förstår du inte? Tydligen är du inte tillräckligt kompetent inom fysik för att svara på min fråga -- om du måste svara med en sådan hånfull ton i din text.

Jag stör mig bara på när fysiker i dokumäntärer och texter konstant påstår att universums geometri är plant utan att poängtera denna osäkerhet.

ex: "We now know (as of 2013) that the universe is flat with only a 0.4% margin of error."
http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_shape.html
__________________
Senast redigerad av Apathes 2015-02-05 kl. 18:26.
Citera
2015-02-05, 19:01
  #3
Medlem
BaalZeBubs avatar
Citat:
Ursprungligen postat av Apathes
Jag förstår mig inte på hur kosmologer kan vara så säkra på att universums geometri är plant.... Vad jag dock inte begriper mig på är att om universum är oändligt stort, så kommer alltid våra observationer leda till en plan geometri eftersom att ett oändligt stort universum kommer alltid visa sig vara lokalt plant. ....Vad har jag missat?

Du har inte missat någonting, du har helt enkelt förstått inflationsteorin, som dominerat inom kosmologin sedan 1981. Läs gärna Alan Guths bok, den är mycket lättläst och medryckande.

Men vi behöver inte gå längre än till inledningen av wikipedias text om inflationsteori så hittar vi:

"The inflationary hypothesis was developed in the 1980s by physicists Alan Guth and Andrei Linde.[1] It explains the origin of the large-scale structure of the cosmos. Quantum fluctuations in the microscopic inflationary region, magnified to cosmic size, become the seeds for the growth of structure in the Universe (see galaxy formation and evolution and structure formation).[2] Many physicists also believe that inflation explains why the Universe appears to be the same in all directions (isotropic), why the cosmic microwave background radiation is distributed evenly, why the Universe is flat, and why no magnetic monopoles have been observed."

Du skriver att ett oändligt stort universum kan förefalla platt, i texten ovan står att en kraftig expansion kan göra att det förefaller platt.

Se även http://en.wikipedia.org/wiki/Flatness_problem#Inflation
Texten är svårare för oss som inte kan matematiken, men ett stycke som
"Thus if | \Omega^{-1} - 1 | initially takes any arbitrary value, a period of inflation can force it down towards 0 and leave it extremely small - around 10^{-62} as required above, for example. Subsequent evolution of the Universe will cause the value to grow, bringing it to the currently observed value of around 0.01. Thus the sensitive dependence on the initial value of Ω has been removed: a large and therefore 'unsurprising' starting value need not become massively amplified and lead to a very curved universe with no opportunity to form galaxies and other structures."
säger ungefär samma sak som du gör ovan. Förutom då att inflationen är enorm, och inte oändlig.
__________________
Senast redigerad av BaalZeBub 2015-02-05 kl. 19:04.
Citera
2015-02-05, 19:05
  #4
Medlem
Doctor-Watsons avatar
Du har rätt i att lokalt så kommer vinkelsumman alltid vara 180 grader för en triangel. Däremot på större skalor kommer det inte vara det om du är i ett icke-euklidiskt rum.

Så för att bestämma krökningen i det universum vi lever i måste vi hitta en "stor nog" triangel för att kunna se om vinkelsumman skiljer sig från 180 grader. Som tur är har vi hittat en perfekt "triangel", genom att studera just CMB med hjälp av WMAP och nyligen med Planck. Du har säkerligen sätt bilder på CMB (typ denna: http://upload.wikimedia.org/wikipedi...r_moll4096.png). Det man ser är temperaturskillnader som materian hade när det skickades ut för ungefär sådär 14 miljader år sedan. Det är med hjälp av dessa skillnader vi kan skapa en triangel och på så sätt bestämma krökningen. Här är finns en trevlig animation från NASA: http://wmap.gsfc.nasa.gov/media/030639/index.html
Citera
2015-02-05, 19:11
  #5
Medlem
Doctor-Watsons avatar
BaalZeBub: Inflation har isäg inget att göra med hur man mäter universums geometri. Det är däremot en model för att förklara varför universum är just väldigt nära plan (är även en förklaring till andra problem).
Citera
2015-02-05, 22:51
  #6
Medlem
PuffTheDragons avatar
Citat:
Ursprungligen postat av Doctor-Watson
Du har rätt i att lokalt så kommer vinkelsumman alltid vara 180 grader för en triangel. Däremot på större skalor kommer det inte vara det om du är i ett icke-euklidiskt rum.

Så för att bestämma krökningen i det universum vi lever i måste vi hitta en "stor nog" triangel för att kunna se om vinkelsumman skiljer sig från 180 grader. Som tur är har vi hittat en perfekt "triangel", genom att studera just CMB med hjälp av WMAP och nyligen med Planck. Du har säkerligen sätt bilder på CMB (typ denna: http://upload.wikimedia.org/wikipedi...r_moll4096.png). Det man ser är temperaturskillnader som materian hade när det skickades ut för ungefär sådär 14 miljader år sedan. Det är med hjälp av dessa skillnader vi kan skapa en triangel och på så sätt bestämma krökningen. Här är finns en trevlig animation från NASA: http://wmap.gsfc.nasa.gov/media/030639/index.html
Men här förhåller vi oss till vårt observerbara universum, som är platt eller näst intill. Jag tror TS tänker på hela universum. Vi skulle kunna leva i ett slutet universum, men att det lokalt ser platt ut. Då behöver hela universum vara många gånger större än det vi kan observera.

(FB) Har jag förstått teorin om ett platt universum rätt?
Citera
2015-02-05, 23:31
  #7
Medlem
Apathess avatar
Citat:
Ursprungligen postat av Doctor-Watson
Du har rätt i att lokalt så kommer vinkelsumman alltid vara 180 grader för en triangel. Däremot på större skalor kommer det inte vara det om du är i ett icke-euklidiskt rum.

Så för att bestämma krökningen i det universum vi lever i måste vi hitta en "stor nog" triangel för att kunna se om vinkelsumman skiljer sig från 180 grader.
Denna stora triangeln kommer aldrig vara tillräckligt stor om det man mäter är oändligt.
Citat:
Ursprungligen postat av PuffTheDragon
Men här förhåller vi oss till vårt observerbara universum, som är platt eller näst intill. Jag tror TS tänker på hela universum. Vi skulle kunna leva i ett slutet universum, men att det lokalt ser platt ut. Då behöver hela universum vara många gånger större än det vi kan observera.
Det här förklarar hela skiten. Ingen konsistens av ordet "universum" inom fysiken enligt mig. Inte heller förtydligar man detta när man pratar om enbart det observerbara universum eller hela universumet som sådant.

Lite samma sak som att säga att elektromagnetismen och gravitationen har oändlig räckvidd. Vilket är ett omöjligt påstående då dessa krafters utbytespartiklar "endast" färdas i ljusets hastighet; två punkters avstånd kan öka snabbare än ljusets hastighet förutsatt att avstånden mellan avståndet är tillräckligt högt nog. Trots detta säger man fortfarande att dessa fundamentala krafter har oändlig räckvidd. Stör mig på liknande saker i fysken som aldrig förtydligas och leder till missförstånd.
__________________
Senast redigerad av Apathes 2015-02-05 kl. 23:33.
Citera
2015-02-06, 01:12
  #8
Medlem
Doctor-Watsons avatar
Citat:
Ursprungligen postat av PuffTheDragon
Men här förhåller vi oss till vårt observerbara universum, som är platt eller näst intill. Jag tror TS tänker på hela universum. Vi skulle kunna leva i ett slutet universum, men att det lokalt ser platt ut. Då behöver hela universum vara många gånger större än det vi kan observera.

(FB) Har jag förstått teorin om ett platt universum rätt?

Hmm, nu var det ett tag sen man höll på med det här, men det borde väl inte spela någon roll :P. I FLRW-metriken så antar vi ju att universum är homogen och isotropisk. Så om vi mäter att vårat observerbara universum har negativ krökning så måste det även gälla över hela universum, givet att våra antaganden är rätt såklart.
Citera
2015-02-06, 01:54
  #9
Medlem
BaalZeBubs avatar
Citat:
Ursprungligen postat av Doctor-Watson
BaalZeBub: Inflation har isäg inget att göra med hur man mäter universums geometri. Det är däremot en model för att förklara varför universum är just väldigt nära plan (är även en förklaring till andra problem).

Ja, jag hoppas att det var det jag skrev. Om vi accepterar att det som TS kallar " lokalt plant" är det samma som "the currently observed value" med avseende på 'flat' och 'flatness'.

Alltså är 'the flatness problem' olöst, och vi vet inte om ifall universum är platt i godtyckligt stor skala.
Citera
2015-02-06, 07:41
  #10
Medlem
PuffTheDragons avatar
Citat:
Ursprungligen postat av Doctor-Watson
Hmm, nu var det ett tag sen man höll på med det här, men det borde väl inte spela någon roll :P. I FLRW-metriken så antar vi ju att universum är homogen och isotropisk. Så om vi mäter att vårat observerbara universum har negativ krökning så måste det även gälla över hela universum, givet att våra antaganden är rätt såklart.
Ja, precis. Men det var just det jag menade, vid antagandet att universum är homogent och isotropt.
Om det gäller stämmer så klart det du säger.
__________________
Senast redigerad av PuffTheDragon 2015-02-06 kl. 07:48.
Citera
2015-02-06, 13:03
  #11
Medlem
Fysik, matematik och teknologi --> Astronomi och rymdfart
/Moderator
Citera
2015-02-10, 12:01
  #12
Medlem
nerdnerds avatar
Hej! Alltså, ett problem med om universum bara är nästan plant är att det så fort börjar avvika från det åt något håll. Den lösningen (till Einsteins ekvationer) är lika instabil som en penna som balanserar på sin spets. Och det har den nu gjort i snart 14 miljarder år. För även om universum inte skulle vara helt plant just nu så är det ju iaf så pass nära att vi inte säkert kan observera en krökning.

Så om det avvek lite lite grann från början så har det iaf hållit sig på balanspunkten nästan ända tills nu, och först nu börjat avvika. Detta kan tyckas vara mycket märkligt, som om universums expansion vore extremt finjusterat från början. (Det finns fler såna exempel, men det är nog en diskussion för sig.). Iaf kallade kosmologi detta problem för "the flatness problem" och tyckte att det nog faktiskt krävde en förklaring. En sorts lösning på problemet är om universum verkligen är exakt plan (på stora skalor, lokalt kröks den ju av stjärnor o galaxer etc), för då kommer den förbli så för evigt. Fast då kanske man vill veta varför det är just exakt plant. En annan lösning är inflationsteorin som uppfanns bl a just för att lösa detta problem. Dvs även om det inte var plant från början då blev det väldigt nära plant när universums storlek blåstes upp med hundra storleksordningar eller så. Man kan också ge något sorts svar utifrån den s k antropiska principen. Om universum hade expanderat lite för långsamt i början (dvs varit positivt krökt) så hade universum kollapsat i en big crunch långt innan något intelligent liv hade kunnat bildas och undra över varför det var så. Och om expansionen var lite för snabb så hade det inte kunnat bildas galaxer och stjärnor och då hade ju inte heller någon undrat över varför det var så. Vi kan helt enkelt bara vara här för att förutsättningarna är rätt för att vi ska kunna finnas. Dock kan man ju ändå undra varför (eller kanske snarare hur)...

Sen kan det väl också vara värt att påpeka att universums ändlighet eller oändlighet inte har så mycket att göra med universums krökning utan med dess topologi. I just det plana fallet kan t ex universum ha en s k torustopologi som är ändlig. (Funkar i princip som en cirkel, fast i alla tre dimensionerna. Åk tillräckligt långt i vissa riktningar så kommer du tillbaka igen till samma punkt.) Nu kan man iofs tycka att detta är en konstig hypotes. Men vad är det som säger att universum måste ha den enklaste topologin? Om universum har en ändlig topologi så bör man kunna se ett repetitivt mönster i galaxfördelningen, vilket man faktiskt också har letat efter. Dock hittills utan några säkra resultat (även om man faktiskt har trott det ibland).
Citera

Stöd Flashback

Flashback finansieras genom donationer från våra medlemmar och besökare. Det är med hjälp av dig vi kan fortsätta erbjuda en fri samhällsdebatt. Tack för ditt stöd!

Stöd Flashback