Если Вселенная расширяется, можно понять, почему далёкие галактики удаляются от нас. Но почему не расширяются звёзды, планеты и атомы?
Одним из крупнейших научных сюрпризов XX века стало открытие расширения Вселенной. Удалённые галактики разбегаются от нас и друг от друга быстрее, чем ближе расположенные, будто бы растягивается сама ткань пространства. На крупнейших масштабах плотность материи и энергии Вселенной падали миллиарды лет, и продолжают это делать. А если мы заглянем достаточно далеко, мы увидим галактики, разлетающиеся так быстро, что ничто, что мы могли бы отправить к ним сегодня, не сможет их догнать – не хватит даже скорости света. Но нет ли в этом парадокса? Именно об этом спрашивает читатель:
Если вселенная расширяется быстрее скорости света, почему это не влияет на нашу солнечную систему и расстояния от Солнца до планет? И почему относительное расстояние между звёздами нашей галактики не увеличивается… или оно увеличивается?
Мысль читателя верна, и Солнечная система, расстояния между планетами и звёздами не увеличиваются при расширении Вселенной. Так что же расширяется в расширяющейся Вселенной? Давайте разбираться.
Первоначальное представление о пространстве, выдвинутое Ньютоном, как о фиксированном, абсолютном и неизменном. Это была сцена, на которой массы могли существовать и притягиваться
Когда Ньютон впервые задумался о Вселенной, он представлял себе пространство в виде сетки. Это была абсолютная, фиксированная сущность, наполненная массами, гравитационно притягивающимися друг к другу. Но когда появился Эйнштейн, он понял, что эта воображаемая сетка не фиксирована, не абсолютна, и не похожа на представление Ньютона. Эта сетка похожа на ткань, и эта ткань искривлена, искажена и меняется со временем из-за присутствия материи и энергии. Более того, материя и энергия определяют её искривление.
Искривление пространства-времени гравитационными массами согласно ОТО
Но если бы в вашем пространстве-времени был только набор различных масс, они неизбежно бы схлопнулись и сформировали чёрную дыру. Эйнштейну эта идея не нравилась, поэтому он добавил «поправку» в виде космологической константы. Если существует этот дополнительный член уравнения – дополнительная энергия, пронизывающая пустое пространство – она может отталкивать все эти массы и удерживать Вселенную в неподвижности. Она предотвратит гравитационный коллапс. Добавив её, Эйнштейн позволял Вселенной существовать в почти неподвижном состоянии вечно.
Но не всех привлекала идея статичной Вселенной. Одно из первых решений получил физик по имени Александр Фридман. Он показал, что если не добавлять эту космологическую константу, и заполнить Вселенную энергией – материей, излучением, пылью, жидкостями, и т.д. – то существует два класса решений: один для сжимающейся Вселенной, а другой для расширяющейся.
Модель расширения Вселенной в виде «хлеба с изюмом», где относительные расстояния увеличиваются при расширении пространства (теста)
Математика даёт вам возможные решения, но вам нужно посмотреть на физическую Вселенную, чтобы узнать, какое из них её описывает. Это произошло в 1920-х годах благодаря работам Эдвина Хаббла. Хаббл первым открыл, что можно измерить характеристики отдельных звёзд в других галактиках и определить расстояние до них. Скомбинировав эти измерения с работами Весто Слайфера, показавшего, что у этих объектов происходит сдвиг атомного спектра, он получил удивительный результат.
График видимой скорости расширения (ось y) в зависимости от расстояния (ось x) соответствует Вселенной, быстро расширявшейся в прошлом, но до сих пор расширяющейся и сегодня. Это современная версия работы Хаббла, расширенная на расстояния в тысячи раз большие первоначальных
Либо вся теория относительности неверна, мы находимся в центре Вселенной и всё симметрично убегает от нас, либо теория относительности верна, Фридман прав, и чем дальше от нас галактика, тем быстрее она в среднем удаляется от нас. Одним движением теория расширяющейся Вселенной перешла от простой идеи к лидирующему описанию Вселенной.
Расширение работает немного контринтуитивно. Выглядит всё так, будто ткань пространства со временем растягивается, и все объекты в этом пространстве растаскиваются друг от друга. Чем дальше объект отстоит от другого, тем больше между ними растяжения, тем быстрее они удаляются друг от друга. Если бы у нас была однородно заполненная материей Вселенная, то материя просто становилась бы менее плотной и каждый её участок со временем отдалялся бы от всех остальных.
Холодные флуктуации (синий) реликтового излучения по сути не холоднее, а просто представляют участки, в которых имеется большее гравитационное притяжение из-за большей плотности материи. Горячие участки (красный) горячее, потому что излучение в этих участках живёт в более мелком гравитационном колодце. Со временем более плотные участки превратятся в звёзды, галактики и скопления с большей вероятностью, а менее плотные – с меньшей.
Но Вселенная не является идеально равномерной. В ней есть участки повышенной плотности, типа планет, звёзд, галактик, скоплений галактик. В ней есть участки пониженной плотности, такие, как огромные космические войды, где практически не встретить массивных объектов. Тому причиной наличие других физических явлений, кроме расширения Вселенной. На мелких масштабах, размером с животных и меньше, преобладают электромагнетизм и ядерные силы. На крупных масштабах – планеты, солнечные системы и галактики – преобладает гравитационное воздействие. На крупнейших масштабах – размерах, сравнимых со Вселенной – главная борьба разворачивается между расширением Вселенной и гравитационным притяжением всей имеющейся в ней материи и энергии.
На крупнейших масштабах Вселенная расширяется, и галактики удаляются друг от друга. На маленьких масштабах гравитация пересиливает расширение, что приводит к формированию звёзд, галактик и их скоплений
На крупнейших масштабах расширение побеждает. Самые удалённые галактики удаляются так быстро, что никакие сигналы, которые мы могли бы отправить к ним, даже со скоростью света, никогда до них не дойдут. Сверхскопления Вселенной – длинные, нитевидные структуры, вдоль которых выстраиваются галактики, тянущиеся на миллиарды световых лет – растягиваются и раздвигаются из-за расширения Вселенной. В относительно короткие сроки они исчезнут. И даже ближайшее к Млечному Пути скопление галактик, скопление Девы, находящееся всего в 50 миллионах световых лет от нас, не притянет нас к себе. Несмотря на гравитационное притяжение, более чем в тысячу раз превышающее наше собственное, расширение Вселенной растащит нас в стороны.
Крупный набор из многих тысяч галактик составляет наше ближайшее окружение в пределах 100 000 000 световых лет. Скопление Девы останется гравитационно связанным, но Млечный Путь продолжит со временем отдаляться от него
Но есть и масштабы поменьше, где расширение было побеждено – по крайней мере, локально. Скопление Девы останется связанным гравитационно. Млечный Путь и вся местная группа галактик останется связанной, и в итоге сольётся под действием гравитации. Земля так и будет двигаться по орбите вокруг Солнца на том же расстоянии, Земля останется того же размера, и атомы, из которых состоит всё, расширяться не будут. Почему? Потому, что расширение Вселенной работает только там, где другие взаимодействия – гравитационное, электромагнитное, ядерное – его не преодолели. Если какая-то сила способна удерживать объект в целости, даже расширение Вселенной не сможет его изменить.
Орбиты планет в системе TRAPPIST-1 не меняются с расширением Вселенной благодаря связующей силе гравитации, преодолевающей все последствия расширения
Этому есть неочевидная причина, связанная с тем, что расширение – это не взаимодействие, а больше скорость. Пространство расширяется на всех масштабах, но расширение воздействует только на все объекты совокупно. Между двумя точками пространство будет расширяться с определённой скоростью, но если эта скорость меньше скорости убегания между двумя объектами – если между ними действует связующая их сила – тогда расстояние между ними увеличиваться не будет. Нет увеличения расстояния, нет эффекта от расширения. В любой момент расширение преодолевается с запасом, поэтому оно никогда не приобретёт суммарный эффект, наблюдаемый между несвязанными между собой объектами. В результате стабильные, связные объекты могут выжить без изменений в расширяющейся Вселенной вечно.
Размеры стабильных, удерживаемых вместе объектов, будь они связаны гравитацией, электромагнетизмом или другой силой, не изменятся с расширением Вселенной. Если вам удастся преодолеть космическое расширение, вы останетесь связным навечно.
Пока Вселенная обладает измеренными нами свойствами, так всё и будет продолжаться. Тёмная энергия может существовать и заставлять удалённые галактики двигаться от нас с ускорением, но действие расширения на фиксированном расстоянии меняться не будет. Только в варианте Большого Разрыва – на который не указывают свидетельства – это заключение может измениться.
Ткань пространства может расширяться повсюду, но это не оказывает измеряемого эффекта на объекты. Если какая-то сила удерживает вас в связном состоянии, расширяющаяся Вселенная не будет на вас влиять. Только на самых крупных масштабах, на которых все силы, связующие объекты, слишком слабы, чтобы победить скорость Хаббла, и происходит это расширение. Как однажды сказал физик Ричард Прайс: «Если ваша талия расширяется, вы не можете винить в этом расширение Вселенной».
Комментарии (98)
kahi4
06.11.2017 20:25Так а почему теория большого разрыва отвергается? Вроде как известно, что вселенная расширяется с ускорением, логично предположить, что рано или поздно скорость расширения будет достаточной чтобы сперва разорвать локальные группые, потом галактику, потом солнечную систему, ну и дальше. Где тут косяк в логике?
Sdima1357
06.11.2017 20:47Это как раз понятно.
Мы бы это заметили, так как локально это выглядело бы как изменение констант от времени, однако при наблюдениях далеких от нас в пространстве (соответственно во времени) объектов этого не выявилиkahi4
06.11.2017 21:19Лента не авторитет, но вот нашел:
Космологи получили значение, равное примерно 72 километрам в секунду на мегапарсек.
Что достаточно скажем так медленно. Однако этого достаточно, чтобы противостоять гравитации на очень больших расстояних. НО! Это число постоянно растет (и это вроде как доказали), соотстветсвенно, расстояние, начиная с которого гравитация перестанет с ним справляться, уменьшается. Через несколько лет (22 триллиона если быть примерно точным) скорость расширения вселенной должна достигнуть достаточной чтобы чтобы с ней не могла справляться даже гравитация, связывающая планетарные системы.
Это все в пределах логики этой статьи. Т.е. в пределах атомов это расширение спокойно компенсируется атомными силами (но оно пытается разорвать атомы), но когда-то скорость разлета будет достаточной, чтобы атомные силы с ним не справились. Собственно, это и называется теорией большого разрыва, так в чем косяк в логике с ней?
Sdima1357
06.11.2017 21:41Даже при постоянной «постоянной Хаббла» вселенная будет расширяться с ускорением.Но на атомы это тогда не повлияет. И на константы тоже.
kahi4
06.11.2017 23:10Если постоянная Хаббла отвечает за скорость расширения вселенной, как вселенная может ускоренно расширяться с постоянной скоростью расширения?
вики так себе источник, но доступный. Судя по статьям на вики — "постоянная Хаббла" постоянная (т.е. одинаковая) во всех частях вселенной, но не во времени и привязана к текущей эпохе.
Единственное, что можно предположить, что было бы справедливо для неизменяемой во времени постоянной Хаблла, что естественно через миллион лет между двумя галактиками расстояние увеличится за счет расшерения пространства. Ну и чем больше расстояние, тем больше скорость. Но, судя по этому абзацу опять же в вики:
В 1998 году, при наблюдениях сверхновых типа Ia, было обнаружено, что в удалённых галактиках, расстояние до которых было определено по закону Хаббла, сверхновые типа Ia имеют яркость ниже той, которая им полагается[1][2]. Иными словами, расстояние до этих галактик, вычисленное по методу «стандартных свеч» (сверхновых Ia), оказывается больше расстояния, вычисленного на основании ранее установленного значения параметра Хаббла. Был сделан вывод, что Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускорением.
Постоянная все же меняется и под ускорением подразумевается, что эта скорость возрастает.
P.S. Я не хочу сказать, что википедия — наилучший источник знания, мне правда хочется разобраться.
Sdima1357
06.11.2017 23:25Постоянная Хаббла это производная а не скорость
То есть если вселенная для примера размером 1 Мегапарсек то она расширяется со скоростью 70 км /сек а когда она расширится до 2 мегапарсеков то уже расширяется со скоростью 140 км/ с но каждый мегапарсек расширяется с прежней скоростьюkahi4
06.11.2017 23:34Если постоянная Хаббла равна нулю — вселенная не расширяется и не сужается, это верно? При отрицательных значениях вселенная сужается, а при любом положительном — расширяется.
Если это верно, тогда из самой сути этой постоянной следует, что чем дальше от нас отлетела галактика, то тем быстрее она будет это делать (при положительных значениях H). Собственно, за что тогда дали нобелевскую премию в 2011? Не за капитанство же?Sdima1357
06.11.2017 23:45смотрите ниже ссылка, там было объяснение в статье. Видимо все кто знает в чем дело от Итана уже попрятался
kahi4
07.11.2017 00:11Все, спасибо, я понял в чем была моя фундаментальная ошибка. Я почему-то считал, что постоянная Хабла показывает насколько увеличивается пространство каждую секунду, т.е. грубо говоря что 1 мегапарсек каждую секунду прибавляет по 70 км, хотя на самом деле он показывает как с расстоянием как раз и изменяется скорость разбегания галактик, поэтому вопрос и возник. Да, действительно, тогда ему совсем не обязательно увеличиваться и все такое, и, как следствие, большой разрыв совсем не обязательно наступ.
Sdima1357
06.11.2017 22:01НО! Это число постоянно растет (и это вроде как доказали),
Вроде не растет, вот здесь было:
geektimes.ru/post/283994
Victor_koly
07.11.2017 00:52Число не растет, но Вселенная ускоряется. С каждым пройденным световым годом скопление галактик немного меньше притягивается к остальной Вселенной. В результате ускорение растет со временем (там нужно точнее посчитать, какую аналогию дает постоянное давление энергии). Время в прошлое соответствует расстоянию от источника сигнала.
Sdima1357
07.11.2017 01:38Тогда видимая плотность вещества ( количество звёзд на кубический мегапарсек) должна увеличиваться с отдалением от нас, ведь раньше она была больше
Victor_koly
07.11.2017 11:49Боюсь, что на мегапарсеке мы редко видим буквально количество звезд. Сверхновые видим в Большом Магеллановом и видимо дальше.
Про наблюдение галактик ранней Вселенной читал вот такое:
old.elementy.ru/novosti_nauki/433081
позволило открыть 75 тысяч галактик, удаленных от нас более чем на 7 миллиардов световых лет.
Но, в чем-то Вы правы. На z = 3.717 нашли маленькую галактику:
ее эффективный радиус всего лишь 500 парсек
.
При этом в ней обнаружили звезды класса A, но не нашли B или O — видимо за время жизни такой маленькой галактики они все коллапсировали, а новые не из чего создать было:
там сейчас образуется не более четырех звезд в год
Sdima1357
07.11.2017 14:47Запуск телескопа Хаббла заставил напрячься группу поддержки симуляции нашей вселенной. Ждите новых локаций в следующей версии.
andy_p
06.11.2017 22:00Хмм… Даже маленькая скорость расширения должна давать измеряемые пертурбации в вековых движениях планет.
Loshadkin
08.11.2017 17:15Но масштабах планет скорость не маленькая а маааааленькая.
andy_p
09.11.2017 01:24Ну поправки к ньютоновской теории от общей теории относительности тоже маленькие-маленькие, а как на Меркурий влияет.
Victor_koly
09.11.2017 11:48Может Вы знаете это, но уточню. Движение перигелия Меркурия происходит от влияния других планет. ОТО дает только поправку к этому эффекту на уровне +8.16%.
Но, если у нас изначально скажем возникла система 2 нейтронных звезд (конечно не легче Солнца что бы хотя бы 1 была) с эксцентриситетом орбиты не менее 0.2 и перигелием не более 0.3 а.е., то у них эти самые 43 секунды будут набраны за менее, чем 100 лет.andy_p
09.11.2017 13:03Да, я имею ввиду, конечно, поправку.
Но если такая малая поправка заметна на больших промежутках времени, то и даже небольшое отклонение из-за расширения тоже должно быть заметно.Victor_koly
09.11.2017 14:10Нужно прикинуть. Есть плотность 3.74 ГэВ на кубометр. Характерное сечение Меркурия — 18700k кв. км. Сила давления выходит 11.2 кПа, но действует то оно со всех сторон одинаково.
Так что не бойтесь, влияния на Солнечную систему Вы не заметите, статистический эффект можете увидеть для звезд на расстоянии 3-3.25 Мпк (скажем линии поглощения в не очень горячем газе).andy_p
09.11.2017 14:21Э-э-э… А при чем здесь давление?
Если вселенная расширяется, то увеличивается расстояние от Солнца до планеты. Это означает добавление силы отталкивания к ньютоновскому закону притяжения, пропорциональной расстоянию, то есть h*r.Victor_koly
09.11.2017 15:45Хорошо, сила пробует обеспечить скорость
149.6e9*73.24 км/с/Мпк = 0.355 м/с.
Но я говорю, что Вселенная расширяется не сама по себе, а только там, где сила давления ТЭ превышает гравитацию соседних скоплений галактик.
BigBeaver
09.11.2017 17:07Хорошо, сила пробует обеспечить скорость
Это, простите, как вы связали силу со скоростью?Victor_koly
09.11.2017 17:22andy_p считает, что увеличивается расстояние от Солнца до Земли и по его логике уже в таком масштабе работает закон Хаббла.
Я же интерпретирую ситуацию так, что у нас действует сила давления (я в предпоследнем посте ошибся, то конечно не кПа, а кН).
И я утверждаю, что на масштабах меньших, чем указаны мною закон Хаббла можно использовать разве что для спектра условно стоящих объектов, вроде центральных ЧД галактик, а за пределами Местной группы уже будет хорошо работать. Но все равно скорее как усредненное значение по всему диску галактики.
Офтоп №1 — для утверждения о наличии у нас возле ЧД массой 4М спутника массой 1300 нужно найти оценку скорости вращения и того, общий ли у них аккреционный диск.
Офтоп №2 — у эллиптических галактик тоже должны звезды быстро двигаться — 200 км/с и выше при подобной массе в сфере радиусом R0?BigBeaver
09.11.2017 18:19Это все ладно. Но я так и не понял, через какой закон вы пытаетесь связать силу со скоростью.
Victor_koly
09.11.2017 21:29Если ещё непонятно. Силу можно считать через давление. Хотя я там считал из предположения, что ТЭ нет внутри самой Земли, что неправильно.
И для понимания всеми, краткий вывод экспоненциального расширения Вселенной… Хорошо, не будет Вам вывода, стащу с Вики: Уравнение движения
При нулевой плотности среды и нулевом давлении получаем экспоненциальный рост (ещё, Lambda>0 нужна). Величина a описывает именно величину, которая экспоненциально растет со временем.BigBeaver
09.11.2017 21:46Ну давление это удельная сила или поток силы через поверхность, это как раз не важно. Я клоню к тому, что сила связана с ускорением, а не скоростью. Или вы неявно подразумеваете центростремительное ускорение, которое связано с тангенсальной скоростью? Но тогда у вас очень криво сформулировано.
p.s. когда выдергиваете формулы из статей, есть смысл дать и ссылку на источник тоже.Victor_koly
09.11.2017 23:42С давлением проблема в том, что это же не газ какой-то. То, что я посчитал — это как бы сила давления на половинку Земли в проекции на ось этой полусферы. Но есть 2 замечания к моему результату:
1) давление на вторую половину полностью компенсирует эту силу;
2) все силы компенсирует то, что внутри Земли есть равна такая же плотность темной энергии.
Но конечно можно придумать ограничения на величину негравитационного взаимодействия темной энергии с обычной и темной материей, которое не дает этой энергиивлететь в такой плотный объект, как Земля, на оплную плотность.
P.S. ВикиBigBeaver
10.11.2017 00:19Ну… F=dp/dt
P=F/S = dp/Sdt
где Р — давление, а р — импульс
Таким образом давление есть удельный поток импульса через поверхность в единицу времени. Наличие газа или чего-то такого при этом не требуется. Так что я все еще не вижу проблемы с ним оперировать.
Другое дело, что я совершенно запутался в остальных ваших утверждениях/выводах… так что пойду посплю лучше.
realbtr
06.11.2017 22:38Вот никак не могу найти адекватное опровержение простой идеи. Что если ускоренного расширения нет? Просто все разлетается с относительно постоянными скоростями. И, разумеется, что дальше всего улетели более быстрые объекты. Чем дальше — тем они там быстрее улетают. У нас же нет длительной истории наблюдений. Мы наблюдаем в моменте. Тогда вопрос: какие именно доказательства опровергают эту тривиальную идею?
apiksDen
06.11.2017 23:43Как понимаю это все опровергают сверхновые, яркость которых нам известна и известен их жизненный цикл (мы знаем когда она становятся тусклее и насколько), я точно не помню всего расклада, но это легко загуглить
realbtr
07.11.2017 11:46Попробую загуглить, если бы еще поточнее ключевые слова
apiksDen
07.11.2017 11:59Смысл в том, что если бы это был именно взрыв (все разлетается с относительно постоянными скоростями), то все выглядит так, что мы в самом центре этого взрыва, что мало вероятно и считается что центра вообще нет. Вот как раз тут можно почитать geektimes.ru/post/294395
realbtr
07.11.2017 12:34Чуть ниже я уже ответил.
Допустим у нас есть пять галактик. Первая медленнее нашей на 50 км/с. Вторая медленнее на 25 км/с. Третья быстрее на 25 км/с. Четвертая быстрее на 50 км/с. Через миллиард секунд они будут находиться от нас на расстояниях соответственно 25 и 50 млрд. км. в разные стороны. Они все будут от нас удаляться со скоростью пропорциональной расстоянию до них.Punkero
08.11.2017 17:12Например тут в общих чертах
postnauka.ru/faq/63504
Если в двух словах:
Практически все знания в этих вопросах получаются с помощью компьютерных симуляций/моделирования, сделали модель, посчитали, сравнили результат с тем, что видим сейчас. А темная энергия, оказалась одним из ключевых механизмов, который делает симуляции невероятно правдоподобными. Без темной энергии пока не получилось воспроизвести современную структуру начиная с большого взрыва.
antness
07.11.2017 11:38дальше всего улетели более быстрые объекты
Дальше улетели откуда? От нас? Тогда нужно сделать смелое предположение, что мы очень удачно оказались в самом центре вселенной. Когда-то люди думали, что Земля — центр мира, а остальные тела вращаются вокруг нас )
Маловероятно, что мы в неком центре, но при этом мы наблюдаем одинаковые параметры ускорения в любом направлении. Это говорит об одновременном расширении пространства во всех точках сразу.
Мы наблюдаем в моменте
Мы наблюдаем не в моменте, мы видим прошлое. Чем дальше объект — тем дальше в прошлом его изображение.realbtr
07.11.2017 11:54Не важно, где мы находились относительно центра. Все, что движется быстрее — давно улетело вперед, все, что медленнее — осталось позади. Просто возьмите и нарисуйте себе простую картинку
>>>>> Медленные галактики >>>>>>>> Мы >>>>>>>>>> Быстрые галактики >>>>
Очевидно, что чем дальше от нас, тем больше разница в скорости. Не важно — более быстрые или более медленные.
А про момент — речь только про историю наблюдений. Достаточна ли она, чтобы с достаточной уверенностью обнаружить ускорение непосредственно, одних и тех же объектов, например 20 лет назад и сегодня? Есть такие измерения?Victor_koly
07.11.2017 17:19Для Вашей гипотезы из второго абзаца Вам необходимо обнаружить «фиолетовое смещение» галактик. Или я ошибся?
По поводу истории. Точность измерения постоянной сейчас на уровне 2.4%, так что про 20 лет речь не идет. Дистанцию 350 миллионов световых лет хорошо измерить выйдет и сказать, насколько быстро отдаляются от нас такие далекие галактики.realbtr
07.11.2017 18:26Как же фиолетовое :) Мы разбегаемся. С более близкими скорости ближе — поэтому медленнее. С более дальними скорости различаются сильнее — поэтому быстрее. Все то же красное смещение. Просто никакого ускорения. Летим себе на одних и тех же скоростях.
Дело не в дистанции, а в замерах скорости. Вот замерили ее сегодня. Потом замерили завтра. Какое изменение? Есть рост скорости? Насколько галактика должна от нас убежать, чтобы скорость выросла? Сколько времени должно пройти, чтобы исключить периодические изменения в проекциях на расстояния разнообразного орбитального движения? Вот такое доказательство увеличения скорости производилось?antness
07.11.2017 23:35Не нужно замерять скорость сегодня и завтра. У нас есть возможность моментально получить скорость миллион и сто миллионов лет назад и обнаружить, что скорости не подчиняются формулам линейного расширения.
Мы замеряем скорости относительно себя. Допустим скорости удаления постоянные, но разные для разных объектов (те, что дальше — успели «убежать»). Получается, что у всех объектов, находящихся на расстоянии миллион световых лет равная скорость убегания относительно нас. У всех объектов на расстоянии 100 млн. световых лет другая, но тоже у всех одинаковая скорость убегания относительно нас. Выходит, мы всё-таки в центре и все убегают именно от нас?
Кроме того, подобное расширение с разными скоростями привело бы к образованию неравномерной плотности размещения галактик, опять же за исключением идеального случая, нахождения планеты Земля в центре расширения Вселенной.Victor_koly
08.11.2017 00:30Посмотрите также комментарий kauri_39. Красное смещение — это не только скорость движения источника (обычный эффект Доплера), но и изменение энергии фотона в гравитационном потенциале. Играет роль не только то, какая была относительная скорость источника света, но и через пространство с каким метрическим тензором он пролетел.
Правда Вселенная у нас вроде как плоская, а считать общий вид метрического тензора для случая нулевой скалярной кривизны мне лень.
SergeyMax
08.11.2017 17:11Напротив, у нас есть история наблюдений длительностью в 13 млрд лет. Когда мы смотрим вдаль — мы видим вселенную такой, какой она была в далёком прошлом.
black_semargl
09.11.2017 11:48Неверно — у нас для каждой точки история наблюдений не более чем в сотню лет
Просто некоторые видимые нами события произошли 13 млрд лет назад.
Такой тоненький-тоненький конус в пространстве-времени.
velovich
08.11.2017 17:11это будет значить, что всё разлетается от нас и мы в центре вселенной, а это слишком эгоистично
black_semargl
09.11.2017 11:49Просто у вселенной эпицентр — в любой точке. Как у сферы.
velovich
10.11.2017 02:23разлёт из любой точки логичен только при расширяющемся пространстве. что и не вяжется с идеей realbtr
apiksDen
06.11.2017 23:05Т.е. получается что связанные объекты проделывают еще и работу что бы преодолеть расширение? это как-то учитывается в формулах гравитации?
Sdima1357
06.11.2017 23:27Вот меня тоже интересует этот вопрос, куда эта энергия девается в атоме например, электроны то не удаляются от ядра
Victor_koly
07.11.2017 01:09Если воздействие соответствует частоте определенного перехода (скажем какое-то возбуждение молекулы водорода), то есть вероятность перехода от этого воздействия, зависящего от времени.
Но постоянная то у нас огромная — 3.74 ГэВ на кубометр — этого хватило бы на ионизацию 274.8 миллионов атомов водорода. Для идеального одноатомного газа это было бы давление 0.4 нПа (весьма глубокий вакуум). То есть хватает энергии только на космологическом масштабе или на расталкивание 2 кусочков вещества массой по 3 ГэВ на каком-то расстоянии друг от друга и с каким-то размером.Sdima1357
07.11.2017 01:55Правильно, вы не можете сообщить электрону в атоме энергию меньше перехода с уровня на следующий уровень, Но это событие будет происходить с некоей вероятностью таким образом что суммарная сообщенная энергия для многих атомов, вызовет возбуждение только одного из них. В результате эта энергия превратится в фотон, когда электрон возбужденного атома вернётся на свой уровень или рекомбинирует. Я правильно понял?
Victor_koly
07.11.2017 12:05В принципе да. Чем больше атомов находятся в поле действия волны подходящей частоты, тем больше вероятность, что хотя бы 1 из них совершит переход. То есть если у каждого атома вероятность перейти 1/a, а не перейти — (1-1/a), то при большом числе атомов N (N*a>>1) вероятность того, что не перейдут все N атомов будет
(1-1/a)^N ~= exp{-N/a}
Что даст вероятность перехода за указанный период времени
1 — exp{-N/a}.
P.S. Если мы говорим о гипотетическом облаке атомарного водорода в состоянии 1s, то нужно суммировать воздействие нашей энергии по частотам перехода во все более высокие состояния.
black_semargl
07.11.2017 12:25Не совсем так.
Электрон действительно не может поглотить фотон с несовпадающей энергией — но нельзя сказать что он совсем с ним не взаимодействует. И результатом взаимодействия становится замедление скорости полёта фотона в веществе.
Возможно это можно рассматривать как «поглотил и почти сразу излучил»Sdima1357
07.11.2017 13:44Тут не стоял вопрос взаимодействия вещества с электромагнитной энергией.Вопрос был куда девается энергия расширения пространства в масштабах атома.Я предположил, что на спонтанное излучение
black_semargl
07.11.2017 14:34Ну я собственно это и имел в виду — атом непрерывно излучает сверхдлинные волны
Victor_koly
07.11.2017 17:24Колеблется заряд в электрическом поле волны и при отклонении от равновесия возникает возвращающая сила. Это совсем классическая теория, но как-то работает.
black_semargl
08.11.2017 12:43Это если мы его электрическим полем отклоняем.
А если каким-то иным, притом не динамически а навсегда?Victor_koly
08.11.2017 13:46Собственно не важно, каким полем отклоняем. Когда я говорил про «в поле действия волны подходящей частоты», то это не обязательно ЭМ поле. Если у нас холодное облако атомарного водорода с температурой 23 K, то мы можем считать любое возмущение от гамильтонинана атома (зависящее от времени), по формулам теории возмущений.
Температуру я взял в том смысле, что ионизация у нас будет сверхмалой.
Ещё для надежности берем разреженное облако, что бы водород не пробовал образовать молекулы (любые конфигурации, где вроде как 2 электрона на 1S уровне должны быть).
Смысл идеи с переходом электрона в другое состояние в том, что вроде как должно произойти «навсегда». Правда на практике не хотят электроны быть выше, чем минимальный свободный уровень. Ударишь электроном или фотоном, выбьешь 1S электрон не ниже оболочки 7D и пойдет сразу каскад переходов на освободившиеся уровни.black_semargl
08.11.2017 15:01Нет, тут вопрос в том, что уровни между стабильными не запрещённые — а просто пребывание на них электрона вызывает немедленное излучение излишка, на первом так сказать повороте траектории.
Т.е прилетел неправильный фотон — поглотился — и через 1/10..00 секунды излучился опять в том же направлении, никакой разницы кроме задержки с тем что он пролетел мимо.
А вот если у нас прилетел квант тёмной энергии а излучился фотон — то уже другое дело…Victor_koly
08.11.2017 16:06Уровни в таком смысле все нестабильны, так как система хочет минимизировать свою энергию © Вики.
Между уровнями (всеми возможными комбинациями главного числа, спина и орбитального момента) у нас нет других значений энергии. Правда если считать точнее по теории возмущений, то например 1s-электрон будет комбинацией как минимум с состояниями состояний 2s, 3s и т.д. (это если не выйдет добавить p-, d- или f-орбитали с такими коэффициентами, что собственное число оператора L станет 0).
А так, фотон может поглотиться наверное всем атомом в целом, как свободной частицей в разряженном газе.BigBeaver
08.11.2017 16:16Уровни действительно в каком-то смысле нестабильны, но принцип Паули не дает им схлопнуться.
black_semargl
09.11.2017 11:51Вообще говоря бывает что при переходе между уровнями электрон поглощает/испускает два фотона.
Как правило одинаковых… но возможно что прочие варианты слишком плохо детектируются.BigBeaver
09.11.2017 12:04Как правило одинаковых…
Это потому, что показано в опытах с лазерами. В других просто затруднительно получить необходимую плотность потока.
Umrug
07.11.2017 00:04Ну не знаю, не знаю, лично я еще как расширяюсь.
apiksDen
07.11.2017 11:24Последняя цитата как раз описывает ваш случай: «Если ваша талия расширяется, вы не можете винить в этом расширение Вселенной»
Silverado
07.11.2017 12:37Выход всегда есть: нужно набрать больше массы, чтобы гравитация остановила геометрическое расширение.
andrey_aksamentov
07.11.2017 06:18Что если раньше динозавры были не крупнее современного человека?, и планета была в несколько раз меньше. Расширялись, расширялись и в какой то момент что то пошло не так… Возможно растения расширилось быстрее динозавров и последние не могли проглотить столь крупную пищу…
inferrna
07.11.2017 10:47Если намотать на катушку очень длинную нить, конец нити закрепить в отдалённой галактике, а к оси катушки подцепить динамо, то можно получить халявный источник энергии, работающий на расширении вселенной.
Sdima1357
07.11.2017 11:14Используя эту энергию вы затормозите расширение вселенной, что приведёт к непредсказуемым последствиям. Берегите природу
kauri_39
07.11.2017 17:33-1У Итана: "Холодные флуктуации (синий) реликтового излучения по сути не холоднее, а просто представляют участки, в которых имеется большее гравитационное притяжение из-за большей плотности материи. Горячие участки (красный) горячее, потому что излучение в этих участках живёт в более мелком гравитационном колодце."
Однако есть прямо противоположное мнение о влиянии пустот и материи на температуру РИ. О нём — в статье Михаила Столповского на "Элементах" (30.10.2017): http://elementy.ru/novosti_nauki/433134/Kak_obyasnit_zagadochnoe_kholodnoe_pyatno_reliktovogo_izlucheniya
"Рассмотрим фотон реликтового излучения, проходящий через пустоту. Входя в пустое пространство из области с более высоким гравитационным потенциалом, фотон теряет энергию за счет гравитационного красного смещения. То есть фотону нужно затратить энергию, чтобы выбраться из ямы гравитационного потенциала. Выходя из пустоты, фотон снова набирает потерянную энергию. Однако, в случае расширяющейся Вселенной, к моменту выхода из пустоты гравитационный потенциал будет уже не таким глубоким, и фотон не получит полностью потерянную энергию. Таким образом, пустоты делают фотоны реликтового излучения более холодными. А скопления, наоборот, разогревают их. В среднем оба эффекта компенсируют друг друга. Однако если мы имеем большую пустоту недалеко от нас, то охлаждение фотонов реликтового излучения может оказаться заметным."
Как это понимать? Никто не отрицает гравитационного красного смещения у РИ, это хорошо. Но пустоты, по Столповскому, охлаждают РИ в большей степени, чем считает Итан.
Наверное, так и есть. Даже и по такому соображению: пустое пространство расширяется быстрее, чем равное по объёму пространство с материей. Именно это усилило первоначальные флуктуации в распределении материи до современной ячеистой структуры Вселенной. Это значит, что фотоны РИ, летящие к нам через более пустое пространство, будут преодолевать более сильное "встречное течение" от его расширения, и оно усилит их красное смещение (снижение температуры).
Расширение пространства происходит везде — в атомах, в галактиках, в войдах между кластерами. Но не везде оно сопровождается разлётом находящейся в нём материи. Например, межзвёздное пространство в галактике тоже расширяется, но при этом оно втекает в массивные тела, в центральную ЧД, поглощается их материей. Межгалактическое пространство — как среда (эфир/вакуум) — имеет большую плотность и поэтому расширяется быстрее. Но лишь "обслуживает" галактики, втекает в них, прижимая к их центрам быстро вращающиеся звёзды (без участия тёмной материи), а на расталкивание галактик антигравитационных сил у него уже не хватает. Поэтому скопления галактик (кластеры) стабильны и вращаются вокруг общего центра тяжести.
И только между кластерами пространство имеет достаточную протяжённость и плотность, чтобы его расширения (при неизменной плотности) хватало и на потребление материей кластеров и на их разлёт по закону Хаббла.
Откуда же взять столько пространства, спросят новички, не читавшие первой моей публикации. Хотите узнать — посмотрите на эволюцию материи. Она начинается из прошлого от элементарных частиц и уходит в будущее к планетным цивилизациям и их вселенским системам. Мельчайшее и самое крупное в эволюции — это не столько её начало и конец, сколько её переходные пункты между такими же эволюциями в смежных мирах — во вселенных предыдущего, меньшего масштаба пространства-времени и во вселенных следующего, большего масштаба. Все вселенные одного масштаба — их пространство и материя — образуются из вселенных предыдущего масштаба. Бесчисленные масштабы вселенных — вниз и верх относительно вселенных нашего масштаба — являются пятым измерением пространства.
Из него постоянно и повсеместно поступают в наше пространство новые элементы среды — микровселенные. Они и побуждают пространство к расширению, являются сущностью или природой тёмной энергии. Справиться с ними может лишь материя. Основой элементарных частиц являются фотоны — разумные микровселенные. Снижая давление среды на себя, они постоянно ликвидируют перед собой давящие на них элементы среды — безжизненные микровселенные, вызывают их ускоренный коллапс — переводят их содержимое обратно в 5 измерение. Так они создают элементарное гравполе, учитываемое в ОТО, а системы фотонов образуют уже все частицы с массой покоя.
В итоге материя может сделать так, как выше сказал Silverado: "набрать больше массы, чтобы гравитация остановила геометрическое расширение".
gro
08.11.2017 11:09Моя не понимать.
То есть расширяется вообще всё, даже атомы внутри меня, но при этом электростатика их обратно сжимает?
А почему просто ещё какую-нибудь силу не ввести, которая слабее гравитации вблизи, но ослабевает медленнее?Sdima1357
08.11.2017 11:20Это не сила. Это константная поправка к силе гравитации. Масса вселенной искривляет пространство, а эта фигня поправка на искривление и от массы не зависит
Sdima1357
Ничего не понял…
Есть три варианта:
1 Был начальный импульс (отрицается, понятно почему)
2 Расширяется само пространство вместе с содержимым(отрицается, непонятно почему)
3 Действует неизвестная распихивающая сила (на что действует, как ее считать, почему действует, почему мы ее померить не можем?)
Sdima1357
Подумал, видимо все таки второй вариант
Sdima1357
Еще раз подумал
Мысленный эксперимент.Подальше от всяких галактик поместим в один ряд 5 пробных тел пренебрежимо малой массы на большом (но не очень большом допустим это 10000 км) и одинаковом расстоянии между ними так чтобы гравитационное взаимодействие было исчезающе мало и они были неподвижны друг относительно друга. Через Х лет расстояния между ними:
1 Останутся теми же (отрицается )
2 Увеличатся одинаково (ага)
Судя по статье они разъедутся.То есть приобретут скорость друг относительно друга (изменение расстояния деленное на отрезок времени) то есть приобретут энергию.
Вечный двигатель какой-то.
r00tGER
Это и есть темная энергия. Она и придает ускорение расширению.
Sdima1357
Ура, халявная энергия, пошёл открывать стартап!
Victor_koly
Маловато будет, только и хватает, что бы миллиардами кубических световых лет расталкивать галактики.
Sdima1357
А мне галактики расталкивать не надо, только инвесторов
black_semargl
Если пространство расширяется непрерывно и равномерно — то их скорость в начальный момент равна скорости в конечный момент. И придётся выбирать, будут они вначале неподвижны относительно друг друга или относительно пространства.
Leozaur
>то их скорость в начальный момент равна скорости в конечный момент
Но нет же. Они же ускоряются. Так нам говорят, во всяком случае. Да, растягивается само пространство. С ускорением?
black_semargl
Да, растягивается — но оно всё время растягивается, и в момент начала эксперимента тоже.
Насчёт «растягивается с ускорением» — пока это лишь предположения по косвенным наблюдениям.
mistergrim
Это нормально, у меня от большинства заметок Итана такое впечатление.
Научпоп в худшем виде.
coturnix19
зато сколько комментариев генерирует…
mistergrim
Да по-моему, с комментариями тут уже давно всё вяленько, в основном комментируют факт появления новых картинок у Итана.
Ну это же действительно читать невозможно, я уж не знаю, кто виноват, Итан или переводчик. У того же Грина всё на порядок более доступно, а нормальный научпоп (не тот. который просто оставляет ощущение причастности к науке) на мой взгляд начинается всё-таки с Хокинга. Да, это не Итан, это не два абзаца прочитать и всё понять.
Iron_69
Вот здесь меня смущает вот какой момент, если так, то значит расширяется и… линейка с помощью которой мы определяем расширение!? Или как мы определяем что пространство расширяется если мы сами являемся частью пространства, т.е. не являемся внешним наблюдателем. Может кто разъяснит популярно?
SLY_G Автор
Пространство расширяется, а размер атомов, расстояние между ними, размер молекул, а также всё гравитационно связанное остаётся на месте, потому что электромагнетизм и гравитация на таких расстояниях сильнее тёмной энергии. Поэтому линейка остаётся постоянной, а расстояние между галактиками растёт.
mayorovp
Сравнивать темную энергию с электромагнитизмом в таком контексте неправильно. Потому что пространство способно расширяться и без темной энергии.
AbrikOS3
Я не понял, почему отрицается то, что мы оказались в центре Вселенной (т. е. вариант 1)? Согласен, маловероятно, но вроде возможно
SLY_G Автор
geektimes.ru/post/294395
geektimes.ru/post/278156