Что мы подразумеваем под расширяющимся пространством?

Я знаю, что этот вопрос часто задавали на Physics.SE, а также на этом сайте, но я их не понимаю. Что мы имеем в виду, когда говорим, что пространство расширяется? Я имею в виду, что пространство не является физическим объектом, который может расширяться. Пространство — это просто (по-видимому) «ничто». Пожалуйста, разрешите мою путаницу.

Что-то вроде этого помогает объяснить это для вас? astronomy.stackexchange.com/questions/305/… Кроме того, попробуйте думать об этом как о расширении пространства или создании большего пространства между вещами.

Ответы (3)

Действительно, пространство не является физическим объектом (насколько нам известно). Сказать, что пространство расширяется, — это еще один способ сказать, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной их расстоянию.

Картина «расширяющееся пространство», к сожалению, является источником бесконечной путаницы и заблуждений, как это видно на странице этого самого вопроса: mpv упомянул, что « реальное расширение пространства будет проявляться следующим образом: у вас есть 2 ракеты в пустое пространство, неподвижное по отношению друг к другу. Ни один из них не запускает свои двигатели, но тем не менее они начинают удаляться друг от друга » .

Это совершенно неверно, «расширение пространства» — это не какая-то магическая сила, оттягивающая объекты друг от друга. Если вы имеете в виду пустое пространство без темной энергии, без темной материи и без видимой материи, то две ракеты будут двигаться навстречу друг другу из-за их взаимного гравитационного притяжения (если пренебречь их массой, то они вообще не будут двигаться). В общем случае то, что будет определять движение ракет, — это их гравитационное притяжение, близлежащая материя (видимая и темная) и темная энергия (какой бы она ни была), комбинация которых может притягивать их ближе или дальше друг от друга. Расширение пространства не является дополнительной силой. Галактики не удаляются друг от друга, потому что между ними создается какое-то необнаруженное вещество,

Joan.bdm сказал: « Как я уже сказал, в большом масштабе все объекты удаляются от нас, если бы не расширение пространства, это означало бы, что мы находимся в центре Вселенной » .

Вторая часть приведенного выше предложения также неверна. Поскольку все галактики удаляются из одной точки со скоростью, пропорциональной их расстоянию, из ЛЮБОЙ точки будет видно, что все галактики удаляются со скоростью, пропорциональной их расстоянию. Это легко увидеть на небольшом рисунке (каждая * соответствует галактике):

До

введите описание изображения здесь

После

введите описание изображения здесь

Если видно, что все галактики удаляются со скоростью, пропорциональной их расстоянию с точки зрения галактики в центре, то из любой галактики будет видно, что все другие галактики также удаляются со скоростью, пропорциональной их расстоянию.

Я не думаю, что у нас есть удовлетворительное объяснение того, почему галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной их расстоянию. «Расширение пространства» — это не объяснение, это аналогия. Связанное и интересное чтение: Расширение пространства: корень всех зол?

Но если этого недостаточно, то почему так много физиков соглашаются с этим и почему это также является частью модели Lambda CDM?
@Lee Если у вас есть какие-то возражения против моего ответа, добавьте их в качестве комментария к моему ответу, чтобы обсуждение было структурированным. Мое объяснение заключается не в том, что к темной энергии добавляется какая-то новая сила, а в том, что это на самом деле проявление темной энергии (лямбда-член в уравнениях Эйнштейна). Мы оба говорим об одном и том же.
@mpv Я бы добавил это как комментарий, но я не могу комментировать ваш ответ, пока у меня не будет «50 репутации». К сожалению, из-за того, как вы сформулировали свой ответ, кто-то, кто не знает лучше, придет к выводу, что создание или растяжение пространства заставляет ракеты удаляться. Можно так называемое расширение пространства без темной энергии (постоянное или замедленное расширение), в этом случае ракеты не удалялись бы друг от друга. В вашем примере с ракетами пространство не совсем пустое, так как вы сохраняете темную энергию. Также темная энергия не обязательно однородна в малых масштабах.
@Yashbhatt Многие (надеюсь, большинство) физики не согласны с идеей о том, что пространство - это физическая сущность или вещество, которое фактически создается или растягивается между галактиками. Расширение пространства — это математическая модель, описание того факта, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной их расстоянию, в рамках общей теории относительности. Это математическое описание является частью модели ΛCDM, но идея о том, что какая-то физическая сущность между галактиками растягивается или создается, таковой не является.
@lee Тогда что такое расширение пространства?
@lee Вы правы, я мог бы сформулировать это лучше. Из моего ответа не совсем понятно несколько вещей, я подумаю над его улучшением.
@Yashbhatt Если пространство не является физическим объектом, то расширение пространства не является физическим расширением. Сказать, что пространство расширяется, — это еще один способ сказать, что в больших масштабах галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними (закон Хаббла). См . en.wikipedia.org/wiki/Metric_expansion_of_space . С таким же успехом можно описать, как устроена Вселенная, не говоря о расширении пространства, которое является лишь инструментом, не вносящим никакой дополнительной объяснительной силы (а вносит много заблуждений).
@lee Я нахожу объяснение mpv (см. комментарии к его ответу), связанное с Большим взрывом, вполне удовлетворительным. Видеть это.

Расширение пространства означает, что объекты на космологических расстояниях удаляются друг от друга.

Вы спросите: это то же самое, как если бы в пустом пространстве стояли 2 ракеты (неподвижные друг относительно друга), а потом одна из них запускает двигатели и разгоняется?

Ответ - нет. Вышеописанный случай не является расширением пространства. Это простое движение относительно инерциальной системы отсчета. Обратите внимание, что ускоряющаяся ракета сможет обнаружить свое движение с помощью акселерометра.

Реальное расширение пространства будет проявляться следующим образом: у вас есть 2 ракеты в пустом пространстве, неподвижные по отношению друг к другу. Ни один из них не запускает свои двигатели, но тем не менее они начинают удаляться друг от друга. Словно тащится какой-то невидимой силой, но не чувствует никакого ускорения (акселерометры показывали бы ноль).

Это очень похоже на случай неоднородного гравитационного поля. Приливные силы также увеличили бы расстояние между двумя ракетами без каких-либо показаний на акселерометрах. Однако в случае неоднородного гравитационного поля обычно рядом находится гравитирующее тело, и 2 ракеты будут находиться в свободном падении на тело. Но в расширяющемся пространстве нет такого тела, к которому тяготели бы предметы. Пространство расширяется, потому что меняется метрика пространства-времени.

Все это означает, что в расширяющейся Вселенной нельзя найти одну глобальную инерциальную систему отсчета. Удаленные объекты, изначально находившиеся в покое, сразу же начнут удаляться друг от друга. Это не то, как ведет себя инерциальная система отсчета.

"Настоящее расширение пространства будет проявляться следующим образом: у вас есть 2 ракеты в пустом пространстве, неподвижные по отношению друг к другу. Ни одна из них не запускает свои двигатели, но тем не менее, они начинают удаляться друг от друга. какой-то невидимой силой, но не чувствуя никакого ускорения (акселерометры показывали бы ноль)». Мы когда-нибудь пробовали это?
Вы не можете попробовать это в настоящее время: закон Хаббла доминирует в масштабах Мпк
@Yashbhatt Мы не можем провести для этого прямой эксперимент из-за огромных расстояний. Мы заключаем, что из наблюдений, а также это то, что мы получаем из некоторых решений уравнений Эйнштейна для гравитации. Мы не знаем наверняка: это просто правдоподобное объяснение, которое до сих пор согласуется с наблюдениями и имеет смысл в текущей теоретической структуре.
@mpv Но разве расширение пространства не похоже на специальную гипотезу, предотвращающую достижение чем-либо скорости света? Какие у нас есть доказательства того, что движутся не галактики, а расширяется пространство?
@Yashbhatt Красное смещение далеких сверхновых (тип Ia) было бы другим, если бы красное смещение было просто доплеровским. См. это: publish.csiro.au/?act=view_file&file_id=AS03040.pdf Также гипотеза отсутствия расширения означает, что мы находимся в центре Вселенной, поскольку мы наблюдаем лишь небольшую дипольную картину реликтового излучения, указывающую, что мы движемся на 370 км/ч . по отношению к CMB. Это очень медленно, так как огромное количество далеких галактик движется относительно нас быстрее света. См. физику.stackexchange.com/questions/38779/…
Посмотрите на ответ Ли. Он говорит, что нет необходимости в расширении пространства. Мы все еще не могли бы быть центром Вселенной, если бы галактики действительно удалялись.
@Yashbhatt Если мы не рассматриваем CMB, нам не нужно быть в центре. Но как только мы измеряем реликтовое излучение, становится ясно, что мы почти стационарны в системе отсчета, где реликтовое излучение изотропно. Но далекие галактики удаляются от нас с сумасшедшей скоростью (многие из них со сверхсветовой скоростью). Все эти миллиарды галактик должны были бы наблюдать огромную дипольную анизотропию реликтового излучения. Почему мы наблюдаем такую ​​маленькую дипольную анистотропию, в то время как большинство галактик так быстро удаляются от нас? Мы в центре Вселенной? Или фотоны реликтового излучения увлекаются этими галактиками и они тоже видят маленькую анизотропию?
@mpv Я не знаю, что такое дипольная анизотропия, но теперь расширение пространства имеет смысл. Большое спасибо за то, что развеяли мои большие сомнения.
@mpv У вас есть ссылки на какую-либо статью, в которой подробно объясняется то, что вы упомянули?
@Yashbhatt Да, ссылки были предоставлены в одном из моих предыдущих комментариев. physics.stackexchange.com/questions/38779/… а также publish.csiro.au/?act=view_file&file_id=AS03040.pdf

Все, что мы знаем, это:

Далекие объекты удаляются от нас со скоростью, пропорциональной их удалению от нас.

Все версии «пространство расширяется» являются философскими вариантами этого.

На самом деле все удаляется от всего, нет центральной точки.
Я знаю это, но космос — не настоящая вещь. Итак, если я стою, а от меня убегает кошка, что мне говорить? Что кошка неподвижна, а земля расширяется? Как мы можем точно сказать, что пространство расширяется, если мы не можем различить удаляющиеся объекты и расширяющееся пространство?
Как я уже сказал, в большом масштабе все объекты удаляются от нас, если бы не расширение пространства, это означало бы, что мы находимся в центре Вселенной.
@Joan.bdm Тогда что не так с примером о двух галактиках, о которых я упоминал?
Конечно, все это зависит от точки зрения, но наиболее реалистичной теорией является расширение. Если вы видите, что галактика удаляется от вас, вы также можете представить, что обе галактики статичны, но ваша становится меньше (это также вызовет те же эффекты, но это невозможно). Имеет смысл думать, что Вселенная расширяется, поскольку это единственное, что существует, и ничто другое не может ее остановить. Странно то, что он ускоряет скорость своего расширения.
Что мы подразумеваем под расширяющимся пространством?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v