Если Вселенная расширяется, упадет ли гравитационное притяжение до нуля?

Я описываю, как рассчитать параметр Хаббла, в статье « Как параметр Хаббла меняется с возрастом Вселенной?». . Вы должны быстро прочитать это, так как это имеет отношение к остальной части вашего вопроса.

Мы знаем, что Вселенная расширяется. Мы описываем его размер параметром, называемым масштабным коэффициентом,$a$. Скорость расширения – это скорость изменения$a$со временем, которое мы запишем как$\dot{a}$.

Наш повседневный опыт гравитации заключается в том, что она ускоряет вещи, то есть ускоряет их или замедляет. Если вы бросаете мяч, гравитация ускоряет его движение вниз, а если вы бросаете мяч вверх, гравитация замедляет его. В контексте расширяющейся Вселенной соответствующей величиной является скорость изменения$\dot{a}$со временем, которое мы запишем как$\ddot{a}$. Если$\ddot{a} \lt 0$это означает, что скорость расширения замедляется, а если$\ddot{a} \gt 0$это означает, что скорость расширения ускоряется. Поэтому, когда вы спрашиваете, будет ли гравитация когда-нибудь равна нулю, я понимаю, что это означает, что$\ddot{a} = 0$т.е. расширение Вселенной не замедляется и не ускоряется.

Уравнение для$\ddot{a}$получается из уравнений Фридмана . Для плоской Вселенной, подобной нашей, и при условии, что давление равно нулю,$\ddot{a}$дан кем-то:

где$\rho$плотность вещества во Вселенной и$\Lambda$– космологическая постоянная, т.е. темная энергия. Обратите внимание, что плотность$\rho$уменьшается со временем по мере расширения Вселенной, потому что одно и то же количество материи занимает больший объем пространства. Однако космологическая постоянная$\Lambda$не меняется со временем.

Так есть ли время, когда$\ddot{a} = 0$? Если взять уравнение (1) и положить$\ddot{a} = 0$мы получаем:

или перестановка дает нам:

и это значение$\rho$произошло около 5 миллиардов лет назад, когда скорость расширения изменилась с замедления на ускорение. Это точка перегиба на графике$a$против времени:

Итак, около 5 миллиардов лет назад был момент, когда чистая гравитация во Вселенной была фактически равна нулю. Этот момент больше никогда не наступит, потому что сейчас темная энергия ускоряет расширение.

Однако, если это так, то технически все будет тянуть все подряд, верно?

Нет. Гравитационное поле — это место, где пространство «ни однородно, ни изотропно» . Вы можете увидеть, как Эйнштейн говорит об этом здесь . А метрика FLRW «начинается с предположения об однородности и изотропности пространства» . Я уверен, что это правильно, потому что Вселенная не сжималась, когда была маленькой и плотной. Если бы это было так, нас бы здесь не было. Таким образом, гравитационное поле — это место, где пространство неоднородно, но в крупномасштабной вселенной пространство однородно, поэтому в крупномасштабной вселенной нет общего гравитационного поля. Так что на все остальное все не тянет. Вместо этого концентрации энергии в облике материи тянут на себя другиеконцентрации энергии в облике материи, и это еще не все.

Но если вселенная постоянно расширяется, но масса не может быть создана или уничтожена, если только она не из энергии или не из энергии, тогда все притягивает друг друга, но с течением времени это будет все слабее и слабее. Итак, мой вопрос: может ли когда-нибудь достичь момента, когда гравитация достигнет нуля?

Не разбирает! Гравитация была нулевой, когда Вселенная была маленькой и плотной, и сейчас она равна нулю. Гравитационное поле — это место, где пространство неоднородно, и в результате этого движение света и материи падает. Но это не то место, где «пространство падает». Вселенная не сжимается из-за гравитации и никогда не сжималась. Расширение Вселенной во многом связано с общей теорией относительности, но не с гравитацией. Почему бы вам не задать еще один вопрос о расширении Вселенной?

Или, если масса может быть создана из расширения Вселенной, то значит ли это, что поскольку она расширяется, гравитация не меняется?

Да. В большом масштабе пространство однородно, а гравитационное поле есть место, где пространство неоднородно. Так что в большом масштабе, когда дело доходит до Вселенной, общего гравитационного поля не существует. От нуля изменений нет.