우주는 평평한 것으로 간주됩니까?

나는 다양한 기사 (같은 책을 읽은 이 하나 우리가 우주의 구조에 대한 특정하지 않은 것을 주장)을하지만, 우리가 찾아 도움이 될에 진행 또는 계획된 실험이 있었다.

최근에 나는 우주 론자 로렌스 크라우스 (Lawrence Krauss) 의 강의를 보았는데 , 그는 우주가 BOOMERanG 실험에 의해 평평하다고 입증되었다고 주장하는 것처럼 보인다 . 대화의 관련 부분은 다음과 같습니다 .

나는 주위를 검토 한 결과 우리는 여전히 같은,이 질문에 대한 답을 모르는한다는 기사 거기에 여전히 이 하나 .

그래서 내 질문은 두 가지입니다.

1. 나는 개념을 혼합하고 다른 것들에 대해 이야기하고 있습니까?
2. 그렇지 않다면이 증거가 어떤 이유로 널리 받아 들여지지 않습니까? 그 이유는 무엇입니까?

충돌하는 출처로 고통받는 이유는 오래된 정보와 오래된 정보를 혼합하고 있기 때문입니다. 우선, 인용 한 책은 2001 년에 15 년 전에 출판되었으며 인용 한 다른 기사는 1999 년에 17 년 전에 출판되었습니다. 지난 15 년 동안 우주의 정확한 내용, 모양, 크기 등을 실제로 없애기 위해 종종 "정밀 우주론"이라는 용어 로 많은 작업이있었습니다. 2000 년대 초 우리는 모든 것의 과학 (암흑 물질, 암흑 에너지, 빅뱅에 대한 잘 발달 된 이론 등을 알고 있음)을 거의 알고 있었지만 우리가 가지고 있지 않은 것은 훌륭하고 견고하며 믿을만한 수치였습니다. 우주의 편평함이 왜 당신의 근원에서 여전히 논쟁이 되었는가를 설명하면서이 이론들에 넣습니다.

나는 "좋은 숫자"를 갖는 우리의 목표를 달성하는 데 가장 중요한 두 개의 매우 중요한 관측소로 안내 할 것입니다. 첫 번째는 2001 년에 시작된 Wilkinson Microwave Anistropy Probe (WMAP) 이고, 두 번째는 2009 년에 시작된 Planck 위성 입니다. 두 임무는 모두 CMB (Cosmic Microwave Background) 방사선을 열심히 쳐다 보고 수집 할 수있는 정보의보고. 이 맥락에서, 당신은 또한 COB (Cosmic Background Explorer)를 보게 될 것입니다이 위성은 다른 두 위성과 비슷한 목적을 가졌지 만 2000 년대 초까지 우리에게 좋은 수와 결정적인 진술을 제공하는 것만 큼 후자의 두 임무만큼 정확하지는 않았습니다. 이런 이유로 나는 WMAP과 플랑크가 우리에게 말한 것에 주로 초점을 맞출 것이다.

WMAP는 9 년 동안 CMB를 쳐다보고 그날의 가장 상세하고 포괄적 인지도를 만든 대단한 임무였습니다. 9 년간의 데이터를 통해 과학자들은 우주의 평탄도를 포함한 다양한 우주적 양에 대한 관측 오차를 실제로 줄일 수있었습니다. 최종 우주 매개 변수 표를 여기서 볼 수 있습니다 . 편평도의 경우 원하는 것은 (baryonic 물질 밀도), Ω d (암흑 물질 밀도) 및 Ω Λ ( 암흑 물질 밀도)를 합산하는 것 입니다. 이것은 전체 밀도 매개 변수 , Ω $\Omega_b$$\Omega_d$$\Omega_\Lambda$$\Omega_0$우주의 편평함을 알려줍니다. 소스에서 알 수 있듯이 이면 쌍곡선 유니버스가 있고 Ω 0 = 1 이면 유니버스가 평평하고 Ω 0 > 1 은 구형 유니버스를 의미합니다. WMAP의 결과에서 우리는 1에 매우 가까운 Ω 0 = 1.000 ± 0.049 (누군가 내 수학을 확인할 수 있음)를 보이며 평평한 우주를 나타냅니다. 내가 아는 한, WMAP는 Ω 0을 정확하게 측정하는 최초의 기기였습니다$\Omega_0 < 1$$\Omega_0 = 1$$\Omega_0 > 1$$\Omega_0 = 1.000 \pm 0.049$$\Omega_0$우리 우주가 평평 해 보인다고 확실히 말할 수 있습니다. 당신이 말했듯이, BOOMERanG 실험은 이것에 대한 좋은 증거를 제공했지만 결과가 WMAP만큼 강력하다고 생각하지 않습니다.

다른 중요한 위성은 플랑크입니다. 2009 년에 시작된이 위성은 현재까지 CMB의 최고 정밀 측정을 제공했습니다. 결과를 논문으로 파헤 치도록하겠습니다 . 그러나 펀치 라인은 우주의 평탄도가 (이 결과표 에서 계산 됨 )로 다시 거의 1에 가깝게 측정된다는 것입니다.$\Omega_0 = 0.9986 \pm 0.0314$

결론적으로, 최근 15 년 동안의 결과는 우리의 우주가 평평 해 보인다는 것을 확실하게 진술 할 수있게한다. 현재로서는 아무도 불확실하다고 생각하거나 경쟁한다고 생각하지 않습니다. 일반적으로 과학과 함께 진행되므로 하나의 질문에 대답하면 더 많은 질문이 발생합니다. 이제 우리는 알고 , 우리는 하나의 이유 물어 봐야? 현재의 이론은 그렇게해서는 안된다는 것을 암시합니다. 그것은 엄청나게 작거나 엄청나게 커야한다는 것입니다. 이를 평탄도 문제라고 합니다. 그것은 차례로 시도 된 답변으로 Anthropic Principle 을 탐구 하지만, 나는이 질문의 범위를 벗어납니다.$\Omega_0 \simeq 1$

우주론 원리 의 기본 가정은 공간이 일정한 스칼라 곡률 만 가질 수 있음을 의미합니다. 이것은 양수, 음수 또는 0 일 수 있으며 편평한 우주는 곡률이 0 인 우주입니다.

공간의 곡률은 측정 할 수있는 것이며 현재 값 은 BOOMERanG 뿐만 아니라 후속 관찰 에서 0에 가까운 것으로 알려져 있습니다 . 바닐라 FLRW 우주론은 이것을 설명하기가 어렵고 평탄도 문제 로 알려져있다 . 그러나 기존의 관점은 우주 인플레이션 이이 문제를 해결하는 데 매우 깔끔한 역할을 한다는 것 입니다.

그러나 진정으로 평평한 우주는 대규모로 공간 곡률이 정확히 0이어야하므로 우주가 평평한 지 여부를 진정으로 결정하려면 수많은 합리적인 가정을 사용하더라도 정확한 측정이 필요합니다. 불가능합니다. 따라서 관측으로 우주가 매우 작은 양 또는 음의 곡률을 가질 가능성을 배제 할 수는 없습니다.

또한 가장 엄격한 해석에서 우주론 원리를 약간 완화하면 스칼라 곡률은 우주의 토폴로지를 완전히 결정하지 않으므로 소위 이국적인 토폴로지의 문이 열립니다. 예를 들어 평평한 유니버스는 환상 형 토폴로지를 가질 수 있고 (공간 공간이 작음) 소형 일 수 있습니다.

"개념을 섞어서 다른 것들에 대해 이야기하고 있습니까?" 나는 당신이 있는지 아닌지를 알 수있는 방법이 없지만 게시물의 제목과 첫 번째 문장이 다소 상충됩니다. 당신의 질문은 "우주가 편평하다고 생각합니까?" "우리는 우주의 기하학에 대해 확신하지 못하지만, 우리가 알아내는 데 도움이 될 실험이 진행 중이거나 계획되었다"는 진술이 무언가에 대해 말할 수있는 반면 곡률 자체는 기하학을 완전히 결정하지 않습니다. 더 일반적인.

첫 번째 링크는 Jeffrey Weeks의 The Shape of Space 로 연결되며, 이는 공간 토폴로지에 많은 관심을 집중시킵니다. 186 페이지의 표 19.1에는 양의 곡선, 평면 및 음의 곡선 공간의 경우 가능한 토폴로지가 나와 있습니다. 같은 페이지에는 "이 책의 첫 번째 판이 1985 년에 나왔을 때 많은 우주 론자들이 평평하거나 쌍곡 형인 닫힌 매니 폴드를 완전히 알지 못했다"는 놀라운 진술이 포함되어있다. 이것이 공정한 특성인지 궁금합니다.

이 책의 앞 페이지 (185 페이지)에는 평면 형상에 대한 증거가 간략하게 요약되어 있습니다. 특히, 새로운 데이터 (원거리 초신성과 우주 마이크로파 배경 방사선에 대한 연구에서 나온)는 가시적 우주가 쌍곡선이 아니라 편평하다는 강력한 사례를 제시한다. 같은 페이지에는 "우주가 닫혀 있거나 열려 있습니까? 다시 말해서 공간이 유한하거나 무한합니까?"라는 질문이 있습니다. 대답은 "간단히 말하면 알 수 없습니다." 이 책의 마지막 두 장에서는 우주의 위상에 대한 두 가지 관측 된 접근 방식 인 "우주의 결정학"과 "하늘의 원"에 대해 설명합니다.

분명히 우주의 토폴로지에서 작업이 계속 활성화됩니다. Scholarpedia에 최근 리뷰 가 포함되어 있습니다 .

예, 관측 할 수있는 가장 큰 규모에서는 공간적으로 평탄한 것으로 간주되지만 과학적인 측정에는 불확실성이 있으며 모델은 더 나은 것으로 대체 될 수 있음을 기억해야합니다. 현재 우리는 우주가 공간적으로 평평한 정도까지 정확도가 높다고하는 관측이 있지만, 배제 할 수없는 약간 휘어진 공간이 여전히 남아 있습니다. 또한, 우리는 우리가 볼 수있는 우주의 일부만을 관찰 할 수 있으며, 나머지 우주는 우리의 일부와 동일한 곡률을 가지고 있다는 것을 알 수 없습니다. 우리는 우주가 평평한 곳에 가까워지지 않고 평평한 곳에 가기가 매우 어려울 것이라는 이론적 이해를 가지고 있습니다. 그러나 이론은 대체 될 수 있으며 대개는정확히 평평합니다.

그러나 결론은 우리가 모두 아주 좋은 관찰을 가지고 있고, 좋은 이론 (인플레이션 이론, 평탄도 일반 상대성에서 나이가 불안정 사실) 우리가 관찰 할 수있는 가장 큰 규모의 우주를 동의 즉,이다 매우 가까운 공간적으로 평면. 따라서 평평한 모델을 만들고 해당 모델을 성공적으로 사용할 수 있습니다. 이것이 과학에 관한 모든 것입니다.

@zephyr의 대답에 덧붙여서 LISA는 공간의 평탄도를 측정하기 위해 3 개의 레이저를 공간에 발사하여 삼각형을 형성했습니다. 180도에서의 편차는 공간이 얼마나 많이 구부러졌으며 곡률의 방향을 나타냅니다. 그러나 공간의 크기가 너무 작 으면 각도가 정확히 180도에 이릅니다. 이것은 지구 표면을보고 실제로 둥글 때 평평하게 보인다고 생각하는 것과 같습니다. LISA는 정확히 180도를 측정 했으므로 공간이 실제로 평평하거나 오차 막대로 공간의 곡률을 더 큰 스케일로 제한 할 수 있습니다.

편집 : 레이저 실험을 한 것은 WMAP이 아니라 LISA였습니다. 정정을 위해 @zephyr에게 감사드립니다.