Красное смещение света в расширяющейся Вселенной

Очевидно и хорошо известно, что свет, путешествующий по расширяющейся вселенной FLRW, смещается в красную сторону по уравнению:

λ а р р я в я н г λ е м я т т е д "=" а н о ж а т час е н
Где а - космологический масштабный коэффициент, когда свет излучается и наблюдается (обозначается тогда и сейчас соответственно).

Допустим, свет шел по волноводу на такое же расстояние. Расчеты не должны производиться, и красное смещение будет подчиняться тому же уравнению.

Если теперь мы возьмем тот же самый волновод и сделаем из него большой круг такой же общей длины, повлияет ли это на уравнение красного смещения? Я не понимаю, как, но, может быть, кто-то здесь знает лучше.

Если свет по-прежнему имеет такое же красное смещение, кажется, мы можем произвольно уменьшить размер волновода до небольшой локальной системы. Происходит ли космологическое красное смещение локально? Я нашел аргументы в пользу того, что энергия не теряется в связанных системах.

волновод, достаточно большой, чтобы космологическое красное смещение стало актуальным внутри него, также был бы достаточно большим, чтобы существенно повлиять на метрику вокруг него, вызывая всевозможные искажения и плохие вещи. Как бы вы его не построили.

Ответы (2)

Космологическое расширение можно увидеть только с очень большими структурами . Его эффективная «сила» настолько слаба, что даже галактики не затронуты, гравитация удерживает их связанными и неизменными.

Таким образом, галактика Андромеды, связанная с галактикой Млечный Путь, фактически падает на нас, а не расширяется. В пределах Местной группы гравитационные взаимодействия изменили инерционные модели объектов таким образом, что не происходит космологическое расширение. Как только кто-то выходит за пределы Местной группы, инерционное расширение поддается измерению, хотя систематические гравитационные эффекты подразумевают, что все большие и большие части пространства в конечном итоге выпадут из «потока Хаббла» и закончатся как связанные, не расширяющиеся объекты до масштабов сверхскоплений галактик.

Структуры, связанные более сильными взаимодействиями, такими как электромагнитное и сильное, конечно, не затрагиваются. Понять это помогает аналог хлеба с изюмом:

изюм

Анимация расширяющейся модели хлеба с изюмом. Поскольку ширина хлеба (глубина и длина) удваивается, расстояние между изюмами также удваивается.

тесто расширяется, но изюм остается стабильным по размеру, потому что дрожжи в тесте не влияют на электромагнитные связи.

Волновод, который вы себе представляете, связан электромагнитной силой, и любые взаимодействия с электромагнитными волнами будут в пределах «изюма».

Вы говорите, что свет не будет смещаться в красную сторону в волноводе, соединяющемся здесь с далекой звездой? Есть ли более расчетный способ показать это? Представление о том, что вы не можете написать уравнение сохранения массы в нестационарном пространстве-времени, как я думал, указывает на локальную потерю энергии связанными системами. Все равно учусь (:
Если это так, то расстояние между далекой звездой и нами должно было бы оставаться постоянным (при условии, что мы изначально находились в покое по отношению друг к другу) в течение времени прохождения света. Я понимаю, что связанные системы не будут расширяться, но разве они не будут терять энергию? Если мы используем пружины, чтобы соединить далекие звезды, расширение будет эффективно работать, где нарисована линия, масштабируется ли она полностью вниз?
Прочтите ссылку, связанные состояния даже с гравитацией на коротких расстояниях не затронуты расширением. Четыре силы на расстояниях, меньших, чем галактические скопления, определяют стабильное пространство-время, потому что расширение очень слабое.
электромагнитные волны, волновод и т. д. находятся в пределах этого кадра.
Я понимаю, что расширение не будет происходить локально, но с энергетической точки зрения будет иметь место уменьшение энергии? Я написал еще один вопрос, который, возможно, более понятен: physics.stackexchange.com/questions/273383/…
Энергия сохраняется в инерциальной системе отсчета. В инерциальной системе отсчета волновода и электромагнитных волн внутри него не наблюдалось бы изменения энергии фотонов. т.е. никаких признаков общего космического расширения. Система «экранирована».
@annav: в расширяющейся вселенной нет расширенных инерциальных систем отсчета
@Christoph Я считаю, что до систем галактического размера можно аппроксимировать ньютоновскую инерциальную рамку. Волновод намного меньше этого, а связывающие силы делают любое расширение неуместным по сравнению с прочностью.
@annav: но это не решает концептуальной проблемы, просто (справедливо) утверждает, что нам обычно не нужно об этом беспокоиться; мысленный эксперимент, который я бы предложил, таков: возьмите метровую палку и прикрепите к ее концам два зеркала; задержать фотон между собой на пару миллионов лет; какой цвет у него будет?
@anna v Когда вы говорите, что сила связывания намного больше, не означает ли это, что сила связывания работает против расширения, тем самым уменьшая его энергию?
@R.Rankin локально, я вижу в этом аналог изюма. Его притягивает тесто, но его силы сцепления намного сильнее, чем притяжение, и он остается неповрежденным. Работа выполняется расширением, а не связанной системой в ее центре масс. Расширение должно поставлять энергию.
@anna v Хорошо, я думаю, я понял, вы говорите, что «изюм» соответствует области пространства, которая обладает времениподобным вектором Киллинга? Честно говоря, я ищу более математическую формулировку, чем тесто и изюм.
@anna v Даже при таком приближении мне трудно понять, где проходит граница между ними. Если комета, скажем, находится на гиперболической орбите вокруг нашего Солнца, она испытает расширение пространства, но если комета находится на эллиптической или параболической орбите, этого не произойдет? т.е. связанные и несвязанные состояния. Когда-то можно было также задать тот же вопрос о свободном электроне рядом с ионизированным атомом водорода по сравнению с заблокированным на орбите.
Эллиптические и параболические орбиты также «связаны», реагируя на гравитационный потенциал. Утверждение состоит в том, что «взаимодействие» расширения имеет порядок расстояний галактических скоплений в накоплении массы/энергии. Он слишком слаб, чтобы его можно было увидеть в обычном взаимодействии четырех сил. Если подумать о расширении в диаграммах Фейнмана, то это бесконечно малая добавка ко всем измеримым взаимодействиям.
@anna v Другой способ спросить об этом вместо волновода или зеркал - это гравитационно-отклоненный свет. Можно представить, что свет в большом масштабе отклоняется большими массами, так что в конечном итоге он пересекает круг. Крайним концом этого места будет фотосфера черной дыры. Размер такого круга в конечном счете не должен иметь значения, а только продолжительность времени, в течение которого свет пересекал его, и последующее расширение в промежутке?
Космическое фоновое излучение показывает, что свет в свободном пространстве смещается в красную сторону, когда он отделяется от электромагнитного взаимодействия примерно через 250 000 лет после Большого взрыва. Это также красное смещение из-за гравитационных взаимодействий, см. en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_redshift . Расширение пространства — это отдельная история
@anna v Я понимаю гравитационное красное смещение, я просто пытался показать, что для этого вопроса можно использовать гравитационный волновод. В этом смысле свет, пересекающий полный круг, НЕ может быть смещен в красную сторону местным гравитационным источником.

Давайте упростим: вместо использования (возможно, диэлектрического) волновода (картинка, которую ваше описание вызвало у меня в голове, было кольцом из оптического волокна), просто заставьте фотон отражаться между зеркалами в вакууме.

На первый взгляд, вы действительно должны получить тот же эффект, если несколько раз отразите фотон между зеркалами, находящимися далеко друг от друга, и несколько раз отразите фотон между зеркалами, расположенными близко друг к другу: в космологии Фридмана полное красное смещение, которое фотон «накапливает» во время своего путешествия через искривленное пространство-время будет зависеть только от времени испускания и поглощения.

Но вы также должны принять во внимание то, что происходит в зеркалах, и спросить себя, будет ли иметь значение, будут ли зеркала, скажем, оба двигаться вместе с потоком Хаббла (например, установлены в разных галактиках) или если они будут оставаться на одном уровне. постоянное правильное расстояние и, таким образом, уменьшение сопутствующего расстояния (например, за счет использования жесткой рамы).

При выводе космологического красного смещения вашей отправной точкой являются сопутствующие источник и наблюдатель. Относительно этой ситуации зеркало на фиксированном правильном расстоянии будет двигаться к наблюдателю, и фотон должен получить некоторую энергию при своем отскоке. Я подозреваю, что это может компенсировать красное смещение, хотя мне еще предстоит проверить это расчетом (или, что еще лучше, убедительным аргументом).

Спасибо за это. Суть того, к чему я пытаюсь прийти, заключается в том, что некоторая локально связанная система, чтобы сохранить тот же размер, должна эффективно выполнять работу против расширения, теряя при этом энергию. В качестве альтернативы тот факт, что масса в расширяющейся Вселенной не может быть записана как сохраняющаяся величина, по-видимому, указывает на то, что такие системы теряют энергию. Это должно быть вычислимо, хотя я не уверен, как
@Christoff Можно сформулировать этот вопрос по-другому, согласно моим комментариям Анне выше.
Красное смещение света в расширяющейся Вселенной
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v