題:
宇宙有固定的質心嗎?
Tapi
2019-04-21 12:09:44 UTC
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宇宙是否有固定的質心? 如果確實如此,這是否不一定意味著我們的每項行動都必須通過宇宙中某處的反作用來平衡,以便抵消質量的不平衡?

相關:https://physics.stackexchange.com/q/25591/2451及其鏈接。
四 答案:
John Rennie
2019-04-21 13:29:48 UTC
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據我們所知,宇宙沒有質心,因為它沒有質心。在描述宇宙時,我們使用的基本假設之一是,平均而言,每個地方都是相同的。這就是 宇宙學原理。儘管這只是一個假設,但我們從觀察宇宙中獲得的證據表明它是真實的。

如果您認為大爆炸發生在某個點並且大爆炸從該點向外爆炸,這似乎有點奇怪。但是大爆炸並沒有發生。它同時發生在宇宙中的每個地方。有關更多信息,請參見大爆炸是否發生在某個時刻?

我們的每一個行動都必須以反行動來平衡,因為這只是牛頓的第三定律。如果我對您施加力,那麼您就對我施加相等且相反的力,因此,如果我們在太空中漂浮,我們的重心將不會改變。因此,儘管詢問宇宙的質心沒有任何意義,但我們可以詢問發生在較小規模上的事情,並且我們發現,除非施加某些外力,否則係統的質心就無法改變。 >

我對該主題的知識有限。大爆炸並沒有在某一時刻發生,閱讀完您對這個問題的答案後,我所能理解的是,宇宙就像泡泡糖一樣具有特定的體積,並不斷膨脹,因此密度降低。因此,即使在大爆炸期間,任何給定對象之間的間距為零,也可以認為它無處不在,因為那(具有零間距)就是使它無限(即沒有任何邊緣)的全部條件。如我錯了請糾正我。
@LenaDas是的,基本上是正確的。
宇宙正在膨脹,這意味著宇宙中物體之間的間距正在增加,因此它將一直增加直到達到無限距離?(它永遠不會達到,因為如果它在特定點停止擴展,則達到無限的概念將被打破)(我不是在考慮“大緊縮”)如果是這樣,那麼就不會有太陽的光會需要數百萬年才能到達地球?(考慮地球的現狀)
@LenaDas,您的回答是正確的,宇宙正在擴展,這意味著對象之間的距離正在增加。但是,宇宙僅在“平均”增長。宇宙的某些部分正在縮小,例如,坍塌的塵埃雲形成了恆星,而有些則既沒有收縮也沒有擴展,例如太陽系。只有當我們對所有擴展位,所有收縮位和所有靜態位取平均後,我們才能得出整體平均擴展。
無論如何,太陽係是宇宙的靜態組成部分,因此宇宙的膨脹並不意味著地球太陽距離在增加。
@LenaDas約翰所說的;但是,會有可觀察到的影響-在將來的某個(很遠的)點上,將不再可能觀察不受重力約束的星系。這可能意味著也將無法觀察到宇宙的膨脹。此外,我們不知道宇宙是否無限,我們也不知道宇宙是否超出了“我們的”大爆炸之謎-我們所知道的是,大約150億年前,我們所擁有的證據是很小的體積。
我們如何觀察宇宙的膨脹?您說過,將不再有可能觀察不受重力約束的星系。這意味著我們將無法看到我們現在可以看到的一些東西。那不是觀察嗎?一個物體從我們視線中消失了嗎?這是否意味著我們正在觀察事物的距離太遠,以至於無法再看到它們了?(衝突不是這裡的原因)我們當然不知道是否有因為大爆炸而在宇宙之外看到的東西,但是它是否有限,我們難道直到現在都沒有找到測量它的方法嗎?
這不只是一個假設...如果發現事實不正確,大多數關於物理學的集體知識就會崩潰...宇宙的對稱性很重要。
_“據我們所知,宇宙沒有質心,因為它沒有質心。” _我不太明白這是為什麼。
我傾向於同意@JiK ...任意對象的“中心”是什麼?重心是定義明確的,但除非您碰巧擁有一個球體,否則即使是體積中心也沒有真正意義。
“除非施加一些外力,否則係統的質心就無法改變。”質心的“速度”不變。*位置*可以。
@JiK在現代物理宇宙學中,宇宙學原理的概念是,在足夠大的範圍內觀察時,宇宙中物質的空間分佈是均質且各向同性的,因為預計力會在整個宇宙中均勻地作用。(在密度均勻的剛體的情況下,CM位於質心。在經典力學中,CM框架是慣性框架,系統的CM相對於坐標系的原點處於靜止狀態)在不斷擴展的宇宙中,沒有質心,並且GR開始起作用。
anna v
2019-04-21 13:28:53 UTC
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宇宙不是服從經典的牛頓物理學,只有局部的牛頓定律成立。在標準 Big Bang模型中看到的宇宙遵循廣義相對論。

bb

這是時間維度和一個空間維度的縮減。在當前宇宙的直線上,所有點都在宇宙的開始,可觀測的宇宙沒有質心。

可視化一個氣球,該氣球從空間的(0,0,0)點開始膨脹。在時間t,表面是一個球體,球體上的所有點都在起點(0,0,0)。表面有質心嗎?所有點都在質量中心,因為它們與所有其他點保持平衡。

氣球是宇宙三維空間的類似物。與氣球相反,該理論不需要以更高的維度嵌入宇宙以從四維空間點開始。我們三個維度上的所有點都在大爆炸的開始。

宇宙是3維的,氣球也是。我們沒有任何證據可以證明某個更高維度的曲率。但是我們確實知道氣球有一個中心。
-1
@annav所附圖像中的“可見的最早時間”是什麼意思?這是否意味著我們已經能夠看到38萬年前的光?到達我們花了38萬年的光,除此之外沒有任何光到達過我們嗎?
Lena,X軸上的時間(例如380,000)是從原點之後的時間,而不是從現在開始倒退的時間。大約是131/2億年前。
-1
@LenaDas一切都與聯軸器有關。電磁散射發生在非常密集的區域,一旦發生擴展,電磁相互作用就不再可能發生,光子可以逃脫並生存到我們作為宇宙微波背景的時代。因為中微子去耦發生的時間要早得多https://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino_decoupling(弱相互作用散佈),但是很難獲得光子的作用,因為檢測低能中微子要困難得多.https://zh.wikipedia.org/wiki/Neutrino_decoupling
也許我們會對重力解耦http://www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/~iss2017/ISS2017_files/DaniFIGUEROA_GW_Lecture1.pdf感到更幸運,並且能夠探究最開始的問題
Qmechanic
2019-04-22 20:16:02 UTC
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通常採用 FLRW度量標準對宇宙進行建模,並假設空間具有同質性和各向同性。如果為簡單起見,假設沒有曲率 $ k = 0 $ span>,即使我們為空間選擇一個全局坐標系(這將人為地區分原點,請記住:宇宙沒有中心),那麼質心表示為

$$ {\ bf R} _ {\ rm COM}〜=〜\ frac {\ int _ {\ mathbb {R} ^ 3} \!d ^ 3 {\bf r}〜{\ bf r}} {\ int _ {\ mathbb {R} ^ 3} \!d ^ 3 {\ bf r}〜1},$$ span>

在數學上定義不正確。(在曲率 $ k = \ pm 1 $ span>的情況下,得出類似的否定結論。)

Ritam Dutta
2019-04-21 13:03:17 UTC
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假設經典力學(當然不適用於我們的宇宙),那麼我們的宇宙當然具有固定的質心。

我不知道您處於哪個級別,但是如果您具有廣義相對論的知識(質心這個概念看起來很愚蠢),您可以通過其他答案來解決。但是,如果您也對古典物理學的觀點感興趣,歡迎閱讀此答案。

可以看到,質心主要來自統計概念,後來又變得具有更大的意義,因為彼此相互作用的所有物體的質心都沒有加速。

等等,我是否說過所有彼此互動的機構?是的,確實如此。

這個想法是,我們採取的任何行動都涉及多個機構。當然,您知道質心仍然沒有加速。

現在,由於所有可能的質心都未加速,因此這些質心也將保持固定,從而使宇宙具有固定的CM。

現在有人可能會問,請問我正在從地面上撿起一個盒子到我的頭上。誰在搬箱子?這裡的質量平衡中心如何?

答案是(順序),當您撿起那個盒子時,您必須在盒子上施加一定的力才能提供向上的加速度。包裝盒中的反應使您的體重增加。地球比以往更多地感受到了腳部的力量。這導致地球僅移動一個盒子而已。地球真的很大。因此,質心的轉移並不是那麼微不足道。這平衡了您的質心,地球和盒子的運動。 這樣一來,C。M.就能保持不變,並且您的問題得到答复。

謝謝

[宇宙沒有中心](https://physics.stackexchange.com/questions/25591/does-the-universe-have-a-center?rq=1),您當然不能應用經典概念(即您需要廣義相對論)。
我不認為添加“假設經典力學”可以解決問題。以目標OP的背景為藉口,談論不適用的物理學毫無意義。
您認為您的經典物理學答案將適用於無限宇宙嗎?
其中一些似乎是在解決OP的問題,但是關於具有質心的宇宙的一切都需要一些嚴肅的假設,這似乎與我們的經驗和觀察相矛盾。問題是您試圖將對有限對像有效的數學應用於實際上並非如此的對象。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 4.0許可。
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