Изучение самых далёких галактик может показать нам объекты, расположенные в миллиардах световых лет от нас, но даже с идеальной технологией пространственный промежуток между самой далёкой галактикой и Большим взрывом будет оставаться огромным
Вглядываясь во Вселенную, мы видим свет везде, на всех расстояниях, на которые только способны заглянуть наши телескопы. Но в какой-то момент мы наткнёмся на ограничения. Одно из них накладывается космической структурой, формирующейся во Вселенной: мы можем видеть только звёзды, галактики и прочее, только если они излучают свет. Без этого наши телескопы ничего не способны разглядеть. Другое ограничение, при использовании видов астрономии, не ограничивающихся светом — это ограничение того, какая часть Вселенной доступна для нас с момента Большого взрыва. Две эти величины могут не быть связанными друг с другом, и именно по этой теме нам задаёт вопрос наш читатель:
Почему красное смещение реликтового излучения находится в пределах 1000, хотя самое большое красное смещение любой галактики из тех, что мы видели, равно 11?
Сначала мы должны разобраться с тем, что происходит в нашей Вселенной с момента Большого взрыва.
Наблюдаемая Вселенная может простираться на 46 млрд световых лет во всех направлениях с нашей точки зрения, но наверняка есть и другие её участки, ненаблюдаемые нами, и, возможно, они даже бесконечны
Весь набор того, что мы знаем, видим, наблюдаем и с чем взаимодействуем, называют «наблюдаемой Вселенной». За пределами него, скорее всего, находится ещё больше участков Вселенной, и со временем у нас будет возможность видеть всё больше и больше этих участков, когда свет от удалённых объектов, наконец, достигнет нас после космического путешествия в миллиарды лет. Мы можем видеть то, что видим (и больше, а не меньше), благодаря комбинации из трёх факторов:
- Со времени Большого взрыва прошло конечное количество времени, 13,8 млрд лет.
- Скорость света, максимальная скорость для любого сигнала или частицы, передвигающегося по Вселенной, конечна и постоянна.
- Сама ткань пространства растягивается и расширяется с момента Большого взрыва.
Временная шкала истории наблюдаемой Вселенной
То, что нам видно сегодня, является результатом работы трёх этих факторов, совместно с изначальным распределением материи и энергии, работающих по законам физики на протяжении всей истории Вселенной. Если мы хотим узнать, какой была Вселенная в любой ранний момент времени, нам надо всего лишь пронаблюдать, какой она стала сегодня, измерить все связанные с этим параметры, и подсчитать, какой она была в прошлом. Для этого нам потребуется много наблюдений и измерений, но уравнения Эйнштейна, пусть и такие трудные, по крайней мере, недвусмысленны. Выводимые результаты выливаются в два уравнения, известные, как уравнения Фридмана, и с задачей их решения каждый студент, изучающий космологию, сталкивается напрямую. Но мы, честно говоря, сумели провести несколько удивительных измерений параметров Вселенной.
Глядя в направлении северного полюса Галактики Млечный Путь, мы можем заглядывать в глубины космоса. На этом изображении размечены сотни тысяч галактик, и каждый его пиксель — это отдельная галактика
Мы знаем, с какой скоростью она расширяется сегодня. Мы знаем, какова плотность материи в любом направлении, в котором мы смотрим. Мы знаем, сколько структур формируется на всех масштабах, от шаровых скоплений до карликовых галактик, от крупных галактик до их групп, скоплений и крупномасштабных нитевидных структур. Мы знаем, сколько во Вселенной нормальной материи, тёмной материи, тёмной энергии, а также более мелких составляющих, таких, как нейтрино, излучение, и даже чёрные дыры. И только исходя из этой информации, экстраполируя назад во времени, мы можем вычислить как размер Вселенной, так и скорость её расширения в любой момент её космической истории.
Логарифмический график зависимости размера наблюдаемой Вселенной от возраста [перевод мой / прим. перев.]
Сегодня наша обозримая Вселенная простирается на примерно 46,1 млрд световых лет во всех направлениях с нашей точки зрения. На таком расстоянии находится точка старта воображаемой частицы, которая отправилась в путь в момент Большого взрыва, и, путешествуя со скоростью света, прибыла бы к нам сегодня, спустя 13,8 млрд лет. В принципе, на этом расстоянии были порождены все гравитационные волны, оставшиеся от космической инфляции — состояния, предшествовавшего Большому взрыву, настроившего Вселенную и обеспечившего все начальные условия.
Гравитационные волны, созданные космической инфляцией — это самый старый сигнал из всех, которые человечество в принципе могло бы засечь. Они родились в конце космической инфляции и в самом начале горячего Большого взрыва
Но во Вселенной остались и другие сигналы. Когда ей было 380 000 лет, остаточное излучение от Большого взрыва прекратило рассеиваться со свободных заряженных частиц, поскольку те образовали нейтральные атомы. И эти фотоны, после образования атомов, продолжают испытывать красное смещение вместе с расширением Вселенной, и их можно увидеть сегодня при помощи микроволновой или радиоантенны/телескопа. Но из-за большой скорости расширения Вселенной на ранних этапах, «поверхность», которая «светится» для нас этим остаточным светом — космический микроволновой фон — находится всего в 45,2 млрд световых лет от нас. Расстояние от начала Вселенной до того места, где Вселенная находилась через 380 000 лет, получается равным 900 млн световых лет!
Холодные флуктуации (синие) в реликтовом излучении не холоднее сами по себе, а просто представляют участки с усиленным гравитационным притяжением из-за увеличенной плотности материи. Горячие (красные) участки горячее, потому что излучение в этих регионах живёт в менее глубоком гравитационном колодце. Со временем более плотные регионы с большей вероятностью вырастут в звёзды, галактики и скопления, а менее плотные сделают это с меньшей вероятностью.
Пройдёт ещё немало времени, прежде чем мы найдём самую удалённую из всех открытых нами галактик Вселенной. Хотя симуляции и расчёты показывают, что самые первые звёзды могли сформироваться через 50-100 млн лет с начала Вселенной, а первые галактики — через 200 млн лет, так далеко назад мы ещё не заглядывали (хотя, есть надежда, что после запуска в следующем году космического телескопа им. Джеймса Уэбба мы сможем это сделать!). На сегодня космическим рекордом владеет галактика, показанная ниже, существовавшая, когда Вселенной было 400 млн лет — это всего 3% от текущего возраста. Однако эта галактика, GN-z11, расположена всего в 32 млрд световых лет от нас: это порядка 14 млрд световых лет от «края» наблюдаемой Вселенной.
Самая удалённая из всех обнаруженных галактик: GN-z11, фото с наблюдения GOODS-N, проведённого телескопом Хаббл.
Причина этого состоит в том, что вначале скорость расширения со временем очень быстро падала. Ко времени, когда галактика Gz-11 существовала в наблюдаемом нами виде, Вселенная расширялась в 20 раз быстрее, чем сегодня. Когда было испущено реликтовое излучение, Вселенная расширялась в 20 000 раз быстрее, чем сегодня. На момент Большого взрыва, насколько мы знаем, Вселенная расширялась в 1036 раз быстрее, или в 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз быстрее, чем сегодня. Со временем скорость расширения Вселенной сильно уменьшилась.
И для нас это очень хорошо! Баланс между первичной скоростью расширения и общим количеством энергии во Вселенной во всех её формах идеально соблюдается, вплоть до погрешности наших наблюдений. Если бы во Вселенной было хоть немного больше материи или излучения на ранних этапах, она бы схлопнулась обратно миллиарды лет назад, и нас бы не было. Если бы во Вселенной было слишком мало материи или излучения на ранних этапах, она бы расширилась так быстро, что частицы не смогли бы встретиться друг с другом, чтобы даже сформировать атомы, не говоря уже о более сложных структурах типа галактик, звёзд, планет и людей. Космическая история, которую рассказывает нам Вселенная, это история чрезвычайной сбалансированности, благодаря которой мы и существуем.
Замысловатый баланс между скоростью расширения и общей плотностью Вселенной настолько хрупок, что даже отклонение в 0,00000000001% в любую сторону сделало бы Вселенную совершенно необитаемой для любой жизни, звёзд или даже планет в любой момент времени
Если верны лучшие из наших современных теорий, то первые настоящие галактики должны были сформироваться в возрасте от 120 до 210 млн лет. Это соответствует расстоянию от нас до них в 35-37 млрд световых лет, и расстоянию от самой дальней галактики до края наблюдаемой Вселенной в 9-11 млрд световых лет на сегодня. Это чрезвычайно далеко, и говорит об одном удивительном факте: Вселенная чрезвычайно быстро расширялась на ранних этапах, а сегодня расширяется гораздо медленнее. 1% возраста Вселенной отвечает за 20% её общего расширения!
История Вселенной полна фантастических событий, но с тех пор, как закончилась инфляция и произошёл Большой взрыв, скорость расширения стремительно падала, и замедляется, пока плотность продолжает уменьшаться
Расширение Вселенной растягивает длину волны света (и отвечает за видимое нами красное смещение), и за большое расстояние между микроволновым фоном и самой далёкой галактикой отвечает большая скорость этого расширения. Но размер Вселенной сегодня свидетельствует ещё кое о чём удивительном: об невероятных эффектах, происходивших с течением времени. Со временем Вселенная продолжит расширяться всё больше и больше, и к тому времени, когда её возраст будет в десять раз превышать сегодняшний, расстояния увеличатся так сильно, что нам уже не будут видны никакие галактики за исключением членов нашей местной группы, даже с телескопом, эквивалентным Хабблу. Наслаждайтесь всем тем, что видно сегодня, великим разнообразием того, что присутствует на всех космических масштабах. Оно не будет существовать вечно!
Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].
Комментарии (67)
ShabanovYT
13.12.2017 17:19-1Если мысленно убрать одно из измерений, то наша Вселенная будет представлять собой вырожденный тороид — в разрезе похож на символ бесконечности. С одного полюса — происходит «рождение» вселенной, пройдя экватор она начинает сжиматься и… В этой модели нет сингулярностей в начале и в конце жизни Вселенной, можно объяснить неравномерность распределения галактик и изменение скорости расширения.
izobr
13.12.2017 17:50А можно улететь от земли так, чтобы потом было не вернуться назад? Т.е. если я сейчас полечу куда-нибудь со скоростью близкой к скорости света, то будет такой момент, что если я развернусь, и полечу обратно со скоростью близкой к скорости света, то не смогу догнать землю, которую от меня будет оттаскивать расширением вселенной?
vassabi
13.12.2017 18:04А можно улететь от земли так, чтобы потом было не вернуться назад?
самое близкое такое место — в окрестностях черных дыр (например, можете полететь в центр галактики), правда там не расширение вселенной…
Tyusha
13.12.2017 18:44Да.
izobr
13.12.2017 19:38А на сколько надо улететь?
gerahmurov
13.12.2017 20:02+1Из статьи http://globalscience.ru/article/read/19252/
Вселенная расширяется со скоростью в 73.8 километров в секунду на каждые 3.26 миллионов световых лет. Расширение пространства означает, что галактики удаляются от нас. Чем дальше они уходят, тем быстрей двигаются. Согласно этому уравнению, галактика, которая находится на расстоянии в 3.26 миллионов световых лет от нас — или на расстоянии в один мегапарсек — удаляется со скоростью в 73.8 километров в секунду. Галактика, на расстоянии в два мегапарсека, удаляется в два раза быстрее и так далее.
Улететь надо туда, где скорость расширения вселенной сравняется со скоростью света.
Я только до конца не понял про ускорение расширения вселенной. Учитывается ли оно в этой скорости (т.е. края видимой вселенной улетают быстрее, чем близкие объекты), или эта скорость ещё и со временем меняется. Если со временем меняется, то можно улететь на меньшее расстояние, чтобы пока начнёте возвращаться, от времени скорость увеличилась.
Victor_koly
13.12.2017 21:56Ускоренное расширение Вселенной в тот момент, когда глобальная плотность темной энергии станет много больше плотности обычной материи и давления всех прочих сил:
Уравнение Фридмана.
Величина a растет экспоненциально, производная берется по особой координате eta, у которой dt = a * d eta.
hydropony
13.12.2017 21:26Важная картинка для этой статьи:
Пояснения к иллюстрации:
https://people.smp.uq.edu.au/TamaraDavis/scienceimages/Spacetime_diagrams.pdf
И лекция Попова на эту тему (тайминг на пояснения к картинке), рекомендую всю лекцию:
https://www.youtube.com/watch?v=HoyfXXJ6x_A&feature=youtu.be&t=50m50s
ReakTiVe-007
14.12.2017 09:57Было бы интересно посмотреть на небо с земли после истечения срока годности вселенной(140 млрд лет).
anonim007
15.12.2017 17:52На момент Большого взрыва, насколько мы знаем, Вселенная расширялась в 1036 раз быстрее, или в 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз быстрее, чем сегодня.
а нет ли тут превышения скорости света, в абсолютном значении?
SLY_G Автор
15.12.2017 17:53Да, расстояние до некоторых галактик от нас может увеличиваться быстрее скорости света. Но ОТО этого не запрещает, важно только локальное соблюдение верхнего предела скорости. Это не галактики так быстро летят, это новое пространство появляется между нами и ними.
alfalcon
15.12.2017 17:53Непонятно только как может быть Вселенная бесконечной, имея конечный возраст? Если не приписывать бесконечность гипотетической мультивселенной с множеством больших взрывов. Ведь даже учитывая фазу инфляции — скорость расширения была конечной.
И еще...(вопросы к Итану, а не переводчику)
1)… и со временем у нас будет возможность видеть всё больше и больше этих участков, когда свет от удалённых объектов, наконец, достигнет нас после космического путешествия в миллиарды лет. Мы можем видеть то, что видим (и больше, а не меньше)…
vs
… Со временем Вселенная продолжит расширяться всё больше и больше, и к тому времени, когда её возраст будет в десять раз превышать сегодняшний, расстояния увеличатся так сильно, что нам уже не будут видны никакие галактики за исключением членов нашей местной группы…
2)… но с тех пор, как закончилась инфляция и произошёл Большой взрыв, скорость расширения стремительно падала, и замедляется, пока плотность продолжает уменьшаться…
vs
Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс получили премию Шоу по астрономии за 2006 год, Нобелевскую премию по физике за 2011 год и Премию по фундаментальной физике Юрия Мильнера в 2015 году). Был сделан вывод, что Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускорением.https://ru.wikipedia.org/wiki/Расширение_Вселенной#Ускорение_расширения_Вселенной
Vadim90
15.12.2017 17:53И опять невероятное «везение»: если было бы больше вещества — вселенная бы схлопнулась, меньше — разлетелась, в нашей вселенной удивительный баланс. Однако все это больше смахивает на подгон результатов: к примеру в Общей эфиродинамике мне встретилось интересное обоснование «красного смещения», заслуживающие изучения:
"… Подстановка выражения закона Планка в закон Хабла "красного смещения" спектров далеких галактик позволяет установить закон потери энергии фотона… Естественный экспоненциальный закон убывания энергии фотона можно считать не результатом "разбегания Вселенной" как это принято сейчас, а результатом вязкости пространства"
Выходит что вселенная статична, никуда некогда и не разбегалась, фотоны просто теряет энергию, а от самых дальних объектов свет до нас не долетает вовсе!
Victor_koly
15.12.2017 19:28Обычный антропный принцип — наша Вселенная такая, потому что совсем другой быть не может.
kauri_39
17.12.2017 08:57Если пространство проявляет такую вязкость в отношении движения фотона, то как в нём будут двигаться и будут ли — массивные тела? Скорей всего — никак, поэтому вязкость, упругость и высокая плотность среды… очень даже могут быть. Но чтобы это утверждать, нужно решить, каким образом в плотной среде выживают фотоны, частицы материи, и не является ли их световое и субсветовое перемещение в среде следствием их выживания. У меня об этом здесь достаточно написано.
Victor_koly
17.12.2017 13:21Подсказка — если Вы рассматриваете фотон как частицу без массы (инертной), то его любая сила пинает на скорости света. Если свойство вязкости у Вас нельзя выразить через силу, то это что-то другое. И как будет влиять на фермионы и часть бозонов — думайте сами.
JhonCar
15.12.2017 17:54Вселенная расширяется, например, я представляю это, как когда надувают воздушный шарик. Ок. У меня сложилось впечатление, после прочтения статьи, как будто вселенная начала расширяться именно от нашей планеты (Галактики). Но это же не так! Или я что-то путаю? Где центр Большого взрыва?
gerahmurov
15.12.2017 18:31Если вы представляете это как поверхность воздушного шарика, то скажите тогда, где на этой поверхности центр расширения? Его нет, относительно любой выбранной точки все остальные точки будут удаляться.
Ernest88
15.12.2017 17:54Объясните дилетанту… Получается в начале вселенная расширялась с превышением световой скорости в разы? Как измеряется время на ранних этапах? Если скорость света константа, а она превышена, значит ход времени изменился и про него уже нельзя сказать «когда ей было 380000 лет»?
SLY_G Автор
15.12.2017 17:55Скорость света нельзя превышать локально. Появляться новому пространству разрешено с любой скоростью.
Victor_koly
15.12.2017 19:33Ход времени действительно изменился по сравнению с моментом «380 тысяч лет от БВ». А какой был радиус Вселенной на момент конца инфляции и сколько в ней материи — это уже другой вопрос (от этого зависит оценка того, что все частицы Вселенной как будто покидали окрестности ЧД, а про это есть немало фантастики с замедлением времени).
viktorchibisov_ST4P
15.12.2017 17:55Хотелось бы спросить автора, — А чем Вас не устраивает статическое пространство? Вопрос ускоренного разбегания галактик очень хорошо объясняется S_моделью наличия небольшого некомпенсированного отрицательного заряда у частиц Темной материи, образующих гало галактик. При этом внутри галактик все объекты движутся по Ньютоновской физике, а вот галактики испытывают между собой отталкивающие силы, это приводит к их ускоренному разбеганию и интерпретируется, как наличие и действие Темной энергии. При этом правда возникает вопрос, — А куда и от куда разбегаются галактики? На эту тему года 2-3 назад помнится было одно исследование (не помню авторов, надо порыться в своем архиве), в котором было проанализировано направление закрутки спиральных галактик по всем направлениям космической сферы. Оно оказалось однородным — равномерно распределенным. Из этого авторы сделали вывод, что наша галактика находится в центральной области нашей Вселенной, и что все другие галактики (с поправкой на скопления галактик) разбегаются от нас в разные стороны, о чем свидетельствует и однородность распределения красного смещения. Кстати направленности у Вселенной только что подтвердили ученые из Университетского колледжа Лондона на основе анализа паттерны в космическом микроволновом излучении. Если бы мы находились не «в центре нашей Вселенной», то применительно к закрутке спиральных галактик, они распределялись бы неравномерно, — с одной стороны (по направлению движения нашей галактики) преимущественно в одном направлении, с другой стороны преимущественно в другом направлении. Из всего выше сказанного можно сделать еще один вывод, что Вселенная конечна, а вот пространство м.б. бесконечным. Более подробно с S_моделью образования Темной материи с некомпенсированным отрицательным зарядом можно ознакомиться в нашей S_теории по ссылке:
https://cloud.mail.ru/public/8ygL/CPMSztdEW — ST.4P_v2.1.docx (Russian
AlikResh
15.12.2017 17:55Итак вселенной 14 млрд лет, но благодаря уравнениям ОТО умудрились объяснить, что мы видим объекты, фотоны от которых летят к нам уже 38 млрд лет. Более того, на расстоянии рукой подать — в центре Млечного Пути существует Черная Дыра, где понятие времени вообще теряет материалистический смысл и переходит уже в абстрактно-математическую плоскость мела на доске и деления на ноль. Безусловно я не уподобляюсь средневековым догматикам, высмеивающим гелиоцентрическую модель вселенной ввиду явного противоречия «здравому смыслу», но должны-же быть какие-то рамки…
gerahmurov
15.12.2017 18:46Непонятно, откуда вы взяли фотоны, летящие к нам 38 млрд лет.
А понятие времени — это в принципе абстракция. Ещё до чёрной дыры в центре галактики, мы уже на орбите Земли сталкиваемся с неодновременным течением событий, описанным Эйнштейном, что и используем для точности систем позиционирования.
Правда иногда удивительнее всякого вымысла.
Victor_koly
15.12.2017 19:48Это соответствует расстоянию от нас до них в 35-37 млрд световых лет, и расстоянию от самой дальней галактики до края наблюдаемой Вселенной в 9-11 млрд световых лет на сегодня.
Нигде не сказано, за сколько времени (по какой-то сопутствующей системе часов) эти фотоны долетели до нас от источника.
vassabi
да… самая грусть — когда понимаешь, что существование галактик было открыто в прошлом столетии, и то — благодаря очень хорошим телескопам. Но, со временем, когда появится какая-то цивилизация, то для них вселенная съежится до местного скопления (а все остальное — будет настолько тусклым, что утонет в шумах). В общем — нам достаточно сильно повезло: у нас как раз момент, что звезды светят не слишком ярко и не слишком тускло ....
apiksDen
Я все же не очень понимаю как расширение вселенной изменяет длину волны света. Значит ли это, что раньше свет двигался быстрее?
vassabi
хмм. нет, скорость света — это если взять точку например на "верху" волны (или "низу"), и смотреть — с какой скоростью оно движется. А длина волны — это расстояние между двумя такими точками (т.е. две "вершины" или "впадины").
Представьте себе резиновую ленту и цепочку муравьев: они все идут по ленте с одной и той же скоростью. Но, пока они себе идут — мы эту ленту растягиваем. Индивидуальная скорость муравьев — не поменялась, так что они все идут вместе с одной и той же скоростью.
но (допустим — за время путешествия муравья мы ее растягиваем в 3 раза)
1) теперь расстояние между двумя соседними муравьями в 3 раза длиннее.
2) тот муравей, который сейчас выходит на ленту — будет должен идти в 3 раза дольше, чем тот, который сходит с ленты
3) если не прекращать растягивать — то пункты 1и2 будут выполняться для всех муравьев ( даже тех, которые сейчас стоят и ждут своей очереди, и даже для тех, которые идут в обратную сторону).
apiksDen
Смотрите, материя расширилась, только между галактиками(?) Тогда почему когда свет приходит в нашу галактику, он не испытывает обратного смещения?
vassabi
обратного — это если бы сжималось. Смещение он испытывает по мере полета между галактиками, а когда он достигает галактики — то просто сохраняет свои характеристики.
apiksDen
Но разве материя в нашей галактике по сути не является сжатой по сравнению с материей между галактиками?
vassabi
она не сжатая, и не расжатая — она просто есть.
Если вернуться к резиновой ленте, прикрепленная к столу — муравьи, когда сходят с ленты, то просто продолжают идти дальше по столу с той же скоростью и установившимися интервалами.
apiksDen
Извините за такое количество вопросов.
Но ведь на столе интервалы же будут те, которые были до того как ленту растянули? Муравей сошедший на стол не должен будет пройти расстояние в 3 раза больше, чем тот что остался на ленте
gerahmurov
Гравитация держит галактики вместе. Пока мы не начнём растягивать стол с усилием, достаточным для преодоления его крепости, он останется таким, какой есть.
Piter_Y
Предположим, что муравьи идут по столу на расстоянии 3см и интервалом 3 сек. После того как они проходят растягивающуюся резинку на другом столе они будут идти на расстоянии 30см друг от друга и интервалом 30сек.
Victor_koly
Гравитационый потенциал галактики обеспечивает определенный результат. Но это изменит красное смещение приблизительно на величину порядка 1/2000000.
если точнее:
— на эту величину нужно умножить те z=10-20;
— это я брал условную оценку красного смещения между бесконечностью и гравитационным потенциалом Галактики в окрестностиях Солнца.
serge_levin
Даже если предположить, что материя расширялась только между галактиками, свет и не должен был бы испытывать обратного смещения.
Продолжим аналогию с муравьями. Пусть у нас есть бесконечная цепочка муравьёв, идущих по столу (одна «нерастяжимая галактика») со скростью 1 см/с с дистанцией 1 см между собой в направлении резиновой ленты («растяжимое межгалактическое пространство»). Второй конец этой ленты привязан к тележке, движущейся как в примере выше. Тогда по выходу с ленты на тележку вся цепочка муравьёв приобрела красное смещение (дистанция между муравьями увеличилась с 1 на столе до 3 см на тележке и обратно уменьшиться ей не с чего).
TheShock
Простите, то есть растягивалось не только пространство, но и волны света, которые летели в растягиваемом пространстве? Ведь если параллельно с волной света от той галактики к нам кинули бы камень со скоростью света — он бы не растянулся?
Ваши муравьи — они дискретны. Но не волна.
Какая сила заставляет растягиватся волну?
Растягиваются ли волны, которые летят от Солнца к Земли (я понимаю, что значение растяжения будет очень маленьким, но все-равно)? Ведь их не удерживает сгрупированными гравитация.
Victor_koly
Движение любой материальной точки моэно описать уравненеим геодезической. Если у нас точечный камень (пренебрегаем взаимодействием с другими атомами) при релятивистской скорости, то его траектория не слишком отличатся от траектории фотона. По крайней меер — пока гравитация «камня» не влияет на соседние галактики ощутимо).
Про волны от Солнца. Самое простое приближение — фотон теряет энергию, преодолевая гравитационный потенциал:
h*(nu2-nu1) = m*(phy2-phy1), где масса фотона mc^2 = h*nu.
Характерное изменение на этом пути — порядка 0.0001^2 от частоты. Вполне реальная для измерения величина, если Вы будеет светить эталонным лазером на Солнце.
vassabi
Даже когда от Земли улетают — немного растягиваются.
И даже делали эксперимент, в котором измеряли еще более тонкий эффект: «закрутку» гравитационного поля изза вращения Земли.
Victor_koly
Можете пробовать измерить вот это:
Гравитомагнетизм
В приближении малой скорости движения пробного тела и источника гравитационного можно использовать предложенную систему уравнений (аналог уравнений Максвелла).
Если тут упоминали гравитационные волны, то в области малых искривлений метрического тензора (относительно тензора Минковского) их можно описать такой системой уравнений.
serge_levin
Ответ на первый вопрос — я так понимаю, что да.
Волна же существует не сама по себе, она существует в пространстве. И длина волны (расстояние между, например, пиками) увеличивается вместе с растяжением пространства. Отдельные муравьи в данном примере играют роль пиков, а волной выступает вся цепочка муравьёв.
Ответы на остальные вопросы ещё надо подумать
Defersa
Мне вот что интересно. Получается пространство расширяется, так? Но все физические объекты тоже расширяются? Так?
SLY_G Автор
Похоже, придётся во все статьи Итана вставлять примечание о том, что пространство расширяется, а физические объекты — нет.
Реально после каждой статьи такие вопросы.
geektimes.ru/post/295131
Defersa
Получается что каждый атом в состоянии покоя на самом деле не находится в состоянии покоя? Пространство расширяется, увеличивается расстояние между составными частями атома, но с помощью слабого и сильного взаимодействия они утрясаются на своих орбиталях? Я очень смутно представляю данную механику, можете ли вы дать ссылку на статью с подобными разобранными вопросами?
apiksDen
Я тоже себе это представляю, просто принял как данность. По сути получается что мы все-время сжимаемся по отношению к материи и тут сразу много вопросов.
1. Как считается грубо говоря длинна солнечной системы по отношении к расширенной материи?
2. Правильно ли я понимаю что она все время становится меньше?
3. Можем ли мы (солнечная система) теоретически стать меньше планковской длинны для нее, если предположить, что вселенная будет расширяться вечно?
amarao
Орбиталь — это не рельсы для тележки, это область максимальной вероятности обнаружить частицу. Так как частица тоже волна, то точное её местоположение просто не определить, не обеспечив частице безумный момент (скорость).
Defersa
Хорошо, это вероятностное пространство. Но при расширении физического пространства пространство вероятностей тоже меняется, не так ли? Тогда ваш комментарий из разряда «о, смотрите, я тоже знаю как двигаются электроны внутри своей орбитали». Это конечно замечательно, но сути вопроса совершенно не меняет.
amarao
Возможное отклонение «орбитали» от предыдущего положения:
а) невозможно измерить (потому что все линейки тоже удлинняются, включая свет, включая рецепторы длины волны и т.д.)
б) Настолько незначителен, что попытка его обнаружить даст слишком большой момент частице.
Defersa
а) ну так помоему раньше уже писалось что как раз свет никак не реагирует на изменения пространства, просто ему приходится проходить большие расстояния.
б) Да у меня такое впечатление что никто нигде никогда не изучал данный вопрос. На каждом углу кричат о расширении физического пространства, все галактики разлетятся и вселенная умрет тепловой смертью, а на микромире как это работает не рассказали.
vassabi
Victor_koly
Для удержания на месте хватает гравитации любого массивного тела или скажем химической связи в молекуле/кристалле.
Уточню, что определенные источники сомневаются в гравитационной стабильности любой структуры, большей Местной группы (в радиусе 1.5 Мпк от Солнечной системы).
Но это кроме гипотезы, в которой плотность темной энергии растет по гиперболе.
Кратко, моё мнение о «расширении пространства». расширение пространства — явление противоположное обычной гравитации. Если у Вас Земля крутится по замкнутой орбите, то текущая плотность ТЭ не обеспечивает никакого расширения в радиусе около 1 а.е. от центра масс Солнца.
kauri_39
Согласен с вашим мнением о том, что "расширение пространства — явление противоположное обычной гравитации."
Тогда как в него вписывается понятие космологической постоянной — неизменной плотности энергии вакуума? Наверное, как постоянное пополнение пространства/вакуума новыми квантами энергии. Они постоянно вызывают расширение этой среды, что приводит её энергетическую плотность к неизменному во времени значению.
Тогда гравитация, как обратный расширению процесс, является поглощением квантов энергии из пространства/вакуума внутри частиц материи, верно? Поэтому пространство вокруг массивных тел испытывает не космологическое, а более быстрое гравитационное расширение — расширяется в сторону массивных тел, материя которых его поглощает. И если при космологическом расширении плотность энергии остаётся постоянной, то при гравитационном она падает, что вызывает снижение в нём частоты фотонов (замедление времени) и искривление метрики.
Откуда берутся новые кванты энергии в энергетически плотном вакууме пространства при его расширении, и куда деваются поглощаемые материей кванты — совершенно другой вопрос, связанный больше с образованием самого пространства Вселенной 14 млрд лет назад. Его нужно рассматривать отдельно.
Вот что ещё интересно. Могут ли фотоны реликтового излучения снижать свою энергию/частоту, пребывая с момента своего излучения в среде с неизменной плотностью энергии (космологической постоянной)? Если считать, что они снизили энергию/частоту из-за расширения этой "ткани пространства", то и другие свободные частицы должны её снижать, а не только фотоны. Но, по-моему, для такого остывания им нужно передавать свою энергию в соударениях с менее энергичными частицами, а не просто пребывая в среде с неизменной плотностью.
Рисуя растяжение волны реликтового фотона при расширении пространства, художник забывает, что фотон прежде всего элементарная частица, квант, которому присущи волновые свойства. На размеры фотона (электрона, протона) расширение Вселенной влияния не оказывает. А поскольку частицам присущи свои волны, зависящие от их энергии, то и на вызываемые ими волны в пространстве расширение этого пространства тоже не должно влиять.
Как же тогда объяснить переход частоты реликтовых фотонов за инфракрасный уровень — в микроволновый диапазон? Может быть так же, как мы объясняем красное смещение в спектрах галактик, уносимых от нас космологическим расширением пространства? Ведь сферу последнего рассеяния, излучивших реликтовые фотоны, от нас тоже уносит расширяющееся пространство? Только она дальше от нас, чем самые далёкие галактики, и поэтому удаляется быстрее. Значит, смещение частоты её света вполне могло уйти в микроволновый диапазон. Или я в чём-то заблуждаюсь?
Victor_koly
Чем объясняется наличие космологической постоянной — это я не знаю. У т. н. «темной энергии» есть конкретное уравнение состояния (как и у темной материи). По какой причине в каждой новой ячейке расширившегося пространства возникает энергия (и конкретно такого порядка значение) — это физика пока объяснить не может.
kauri_39
Да, физика этого пока объяснить не может и прочитать об этом негде. Но прежде чем искать объяснение, нужно точно представлять процесс космологического расширения пространства, идущий с сохранением его энергетической плотности. В первую очередь, нужно понимать, где в нём причина, а где следствие.
Полагаю, что не расширение пространства создаёт в нём "новые ячейки" для возникновения в них новых квантов энергии — новых квантов энергетически плотной среды. Не уплотнение среды догоняет её расширение, а наоборот, уплотнение служит причиной её расширения. И пока Вселенной есть куда расширяться, плотность среды (пространства) не растёт, а остаётся в среднем постоянной.
Представить это можно, используя кошерную аналогию пространства в виде "ткани", которая расширяется при космологическом расширении или колеблется в гравитационных волнах. Тогда за счёт чего "ткань" будет расширяться при условии сохранения неизменной в среднем её плотности? Только за счёт того, что в "ткань" пространства постоянно и повсеместно "вплетаются" её новые "волокна". Они и служат причиной её расширения.
Массивные тела, наоборот, делают в "ткани" пространства локальные "затяжки" — крутятся и втягивают в себя её "волокна", снижают плотность ткани, искажают метрику.
Образ "ткани" пространства отлично ассоциируется с понятием плотной среды, а не пустоты. Но повторю, что неизвестный физикам вопрос — откуда в "ткани" появляются новые "волокна" и куда деваются поглощаемые материей "волокна" — это вопрос другого плана, ответ на него нужно искать в наиболее реальном варианте мультиверса.
Не понятно, как должна меняться и должна ли — энергия/частота фотонов и других частиц от длительного пребывания в вакууме с неизменной плотностью энергии. Может, она не меняется, то есть фотоны и частицы не остывают, а уменьшается частота волн света, состоящего из потока фотонов? Снижается концентрация фотонов в их потоках, идущих от дальних галактик и сферы последнего рассеяния? Размеры фотонов, как и других частиц, точно не меняются.
Выше вы написали: "Если у Вас Земля крутится по замкнутой орбите, то текущая плотность ТЭ не обеспечивает никакого расширения в радиусе около 1 а.е. от центра масс Солнца."
Это так и есть, если под текущей плотностью ТЕ понимать её именно в этих координатах — вблизи Солнца, которое снижает её плотность. Если же там будет её средняя по Вселенной плотность, вызывающая расширение по закону Хаббла, то Земля ежегодно уходила бы от Солнца примерно на 100 м в год (по формуле h*r). Но этого не наблюдается, значит, в локальных системах космологическое расширение среды, идущее с постоянной её плотностью, преобразуется в гравитационное расширение — в сторону массивных тел, которое сопровождается снижением плотности среды.
Victor_koly
Последний абзац говорит, что Вы из моего позапрошлого поста ничего не поняли.
В локальных системах энергия обычных тел превышает плотность ТЭ, по этому кусок пространства не расширяется.
Здесь скорее нужно говорить не про «не расширящийся» кусок пространства, а про ту его часть, куда смогут долететь тела с весьма ограниченной скоростью. Сила расширения конечно действует на весь объем, но направлена практически в одну сторону. По этому разница векторов этих сил например в координатах Земли и Солнца будет иметь порядок такой малый, что обеспечивала бы расширение пустого пространства с разницей векторов скорости 72*tan(1") мм/с.
И ещё добавлю. Расширение Вселенной вызвано наверное все же давлением, а вот притяжение выражается в виде другой компоненты т. энергии-импульса. И только для частных случаев (темная энергия, газ релятивистских частиц и фотонов) эти величины имеют практически линейную зависимость друг от друга.
denis64
Не согласен с вашим мнением о том что расширение пространства — это явление противоположное обычной гравитации.
Попробуёте взглянуть на это так что это одно и то же явление. Т.е. сами тела и излучают пространство. Даже более конкретно — планета земля излучает каждую секунду 9,78 метра пространства на уровне моря у экватора.
Victor_koly
Вы можете построить другую теорию гравитации, в которой не будет использоваться уравнение Эйнштейна с прибавкой Lambda к тензору энергии-импульса. Извлечь из системы уравнений Фридмана член, зависящий от давления. Или придумать совсем другое уравнения состояния для того, что я называю темной энергией.