你是什么意思，宇宙是平的吗？ ——第一部分外文翻译资料

你是什么意思，宇宙是平的吗？

——第一部分

原文作者 Davide Castelvecchi 单位

摘要：作者在文中探讨了宇宙的多个维度，宇宙是平坦的还是弯曲的，宇宙是无限的还是有限的这三个问题。

关键词：现在维度； 平面； 曲面；无限； 有限

宇宙是三维的。宇宙是四维空间,一维时间。

宇宙中有9个,或者10或11个维度。

曲线时空问题。

宇宙是平坦的。

宇宙是无限的。

宇宙是840亿光年宽。

宇宙是一个泡沫,或一个洋葱。或一大厅的镜子,形状像足球。

或但丁的神曲形状。

这样的语句经常出现在受欢迎的杂志里，包括美国科学，这种现象他们似乎完全矛盾。但他们都是真实的,或者至少是可信的。那么到底发生了什么事?

微妙的是,“宇宙”这个词在不同的上下文中有不同的含义。在英语口语中,这个词通常的意思是指“一切存在”。直觉上来说，宇宙这概念似乎是一个不错的起点。如果我们遵循这个想法,我们注意到的第一件事是现在时态的动词“存在”隐性地假定我们是指“现在存在的一切。”

抛开“现在”是否有普遍意义这个问题和更微妙的什么有意义的全部空间的本体论的存在问题, ,目前,所有的内容和想象是一个连续的整体实体。

空间或时空？

如果我们走这条路线,我们可能首先注意到似乎我们的空间是三维的。因此,我们可以假设,我们使用三个笛卡儿坐标就可以找到宇宙中的任何一个位置:在这基准的时刻,我们称之为现在,每个对象在我们的三维空间中占据一定的x,y,z。

这是一个自然宇宙的概念:所有的三维空间处于现在。称之为现在维度。

但是所有这些其他维度呢?

现在有很多奇特的理论构造,如弦理论假设,事实上,空间比我们所看到的跟多,但现在这些理论没有实验证据支持他们。暂时,我们不妨就关注我们熟悉的三个维度。

在这个时空的示意图中,顶部的磁盘代表目前空间;下面的代表在早些时候的时空。

时间,另一方面,确实是一个额外的维度,和空间在一起形成一个更大的四维实体称为时空。人们很自然地认为现在维度的3 d片在这4 d空间,就像平面二维切片在我们的3 d世界。因为大多数人(包括我)很难想象4 d对象。针对时空的一个常见的思维方式是假装空间只有两个维度。时空,将有一个比三维更易于管理的概念。以这种方式看待事物,现在维度是许多平行飞行的飞机之一,每一个都代表了宇宙在特定时间的历史。

因此,表面上不一致的“宇宙是三维的。宇宙是三四维空间加上一维时间。宇宙中有9个,或者10或11个维度。”这一段话只是语言上的澄清。我们都知道,空间是三维,时空是4 维;但如果弦理论是正确的,然后原来空间是9 维,时空10 维。

顺便说一下,当宇宙学家谈论宇宙的扩张时,他们意味着空间不断扩大,而不是时空。

平坦或弯曲吗?

一架飞机和一个球体的表面是平的然而内部空间是弯曲的。

在过去十年可能无数次读到这条新闻——时间宇宙学家发现了有关于他们所说的宇宙(即三维空间)是平的,或者至少是非常接近持平的令人信服的证据。

平的确切含义,与弯曲相对,这在本系列的第二部分（将更新于7月31日:你是什么意思,宇宙是平坦的吗?第二部分）中我们将会回答这个问题。目前,只是想象飞机是平的方便我们理解平面物体的原型,和地球表面的曲面原型。两者都是二维的,但是我将在下一篇文章中描述,平面和曲面可以存在于任意数量的维度。

这里我想谈的是什么,应该是平的。

当宇宙学家说宇宙是平坦的，他们指的是领域- - - - - 现在维度及其并行的过去时间的兄弟姐妹。时空不是平面的。爱因斯坦的广义相对论说,物质和能量扭曲了时空,在你身边就有足够的物质和能量为此提供了曲率。此外,如果时空持平，我就不会坐在这里了,因为不会有重力让我坐在椅子上。再进一步说，即使空间可以是平面的，但时空不可以。

此外,当宇宙学家谈论空间的平面度是指大尺度上的宇宙。当你把局部放大,看看小规模宇宙,如太阳能系统,空间，不只是时空，绝对不是平的。现在有了引人注目的新的证据，这一事实最近得到NASA历史上持续时间最长的实验——重力探测器B证实 ,它直接测量了地球周围空间的曲率。

在宇宙范围内,无数的星星, 黑洞,尘埃云,星系等等在空间中创建的曲面，其构成只是一群空间小疙瘩,总而言之,平得无趣。

因此,看似矛盾的时空是曲面，宇宙是平面的问题也很容易解释:时空是弯曲的,因此空间也是;但大规模上空间总体是平的。

有限或无限?

如果一切现在维度里的位置都可以用x,y,z,表示，我们就自然地假设可以用这些坐标表示一切，无论有多么大。一艘宇宙飞船“沿着x轴”就可以永远地飞下去下去。毕竟,有什么能阻止它呢?空间需要某种边界;虽然大多数宇宙学家认为它没有。

事实上,你可以永远持续下去但是并不意味着空间是无限的。想想二维球体,比如我们生活的地球表面。如果驾驶一架飞机飞越赤道,你可以保持飞行状态，永远不会达到“地球的终点”。但一段时间后(假设你有足够的燃料)你会回到同一个地方。原则上,类似的事情可以发生在我们的宇宙中:一艘宇宙飞船,在一个方向上飞行,很长一段时间后,出现在相反的方向上。

或许它不会发生。宇宙学家们似乎认为,宇宙就没有边界，空间无限扩展。但当被追问后,大多数宇宙学家也会承认,事实上,他们没有线索证明宇宙是有限或无限的。

原则上，宇宙可能是既有限又没有边界的，就像地球的表面一样，但区别是有三个维度。事实上，当爱因斯坦制定了他的宇宙视野，基于他的引力理论，他认为宇宙是有限的。爱因斯坦的世界观是植根于他的深而近乎神秘的美感：最对称，美观的完美的三维形状是一个三维球体。（一些人认为但丁在他的的神曲中描述的宇宙也是一个三维球体；我想，这必须由未来的科学家来验证。）

在最近一段时间，宇宙学家把这种可能性看得相当严重，并试图检查空间是否可能是一个三维球体，或者本质上是一个球形包裹本身的更复杂的三维空间[看看“空间是有限的吗？”由Glenn D. Starkman, Jean-Pierre Luminet and Jeffrey R. Weeks所著; 发表于Scientific American, April 1999].。在一个有这些形状的宇宙空间里可以观察到迷幻的hall-0f-mirror型的影响。

我们无法判断宇宙是否有限的原因在于我们无法超越有限的地平线来观察整个宇宙。宇宙是13.7百万岁，因为没有什么能超过光速，我们没有对发生超出一定距离的事件的任何信息。（原因只是进入里面太复杂，我们能观察到的最大距离其实不是13.7百万光年。）

所观察到的宇宙

所以我们知道一件事是我们所不知道的：宇宙中我们可以观察具有有限的扩展。宇宙学家常常把它作为观测宇宙。

能观察到的宇宙有多大？这是一个很困难的的问题，这也将是未来另一篇文章的主题。

现在，让我们注意到来自最遥远的星系的光。我们会发现，这是大约13200000000年前发出的光。因为宇宙（指空间）自扩大以来，这些星系现在是在一个距离我们更遥远的地方，有些甚至在约26000000000光年以外。甚至在最远的星系以外，我们现在已经观察到的最遥远的物体，是约13700000000年前，一个微不足道的400年大爆炸后存在的等离子体（看到一个血红的天空下的）。来自它的光花了13700000000光年才能到达我们所在的地方。我们“看”等离子体时也已经走远，重要的是离现在估计有42000000000光年。这就是宇宙学家谈的时候说他们观察到有一个半径为42000000000的光年的宇宙。（当然，答案只能是42。）这对观察到的宇宙来说是一个相当怪异的事实，然而，这不是有关于现在维度的部分。因为光从遥远的星系花了数以百万计的年份才能到达我们，我们看到的是它们过去，不是现在，而是来自更久远岁月的光，更遥远距离的光。所以如果观测宇宙不是存在于现在维度的部分，我们能怎么想象它？我们应该把它放在怎样的时空中？

外文文献出处：hellip;hellip;

Scientific American July 25, 2011

附外文文献原文

What Do You Mean, The Universe Is

Flat?, Part 1

By Davide Castelvecchi | July 25, 2011

The universe is three-dimensional. The universe is four-dimensional—three for space, one for time.

The universe has nine, or ten or eleven dimensions.

Matter curves spacetime. The universe is flat.

The universe is infinite.

The universe is 84 billion light-years wide.

The universe is a bubble, or an onion. Or a hall of mirrors, shaped like soccer ball.

Or a shape out of Dantersquo;s Divine Comedy.

Statements like these appear quite frequently in popular science magazines–including Scientific American–and they seem to be in utter contradiction with one another. But all of them are true, or at least plausible. What gives?

The subtlety is that the word “universe” has different meanings in different contexts. In colloquial English, the word is often taken to mean “everything that exists.” So this intuitive notion of universe seems like a good place to start. If we follow this line of thought, the first thing we notice is that the present tense of the verb “to exist” implicitly assumes that we are referring to “everything that exists now.”

Leaving aside the issue of whether “now” can have a universal meaning–and the even subtler ontological question of what it means to exist–it makes sense to think of the totality of space and all of its contents at the present time, and to imagine this totality as a contiguous entity.

Space or spacetime?

If we take this route, we may first notice that space appears to us to be three-dimensional. Thus, we could make the assumption that we can locate anything in the universe using three Cartesian coordinates: at this frozen moment in time that we call the present, every object occupies a certain x, y and z in our three-dimensional continuum.

So here is one natural notion of the universe: all of three-dimensional space at the present time. Call it the nowverse.

But what about all those other dimensions?

Fanciful theoretical constructs such as string theory postulate that, in fact, t

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