Насколько сильно гравитационное растяжение, которое мы испытываем от края Вселенной?

Какой гравитационный эффект мы испытываем (например, может быть -0,00001 Гс или меньше) с края видимой Вселенной? Под границей видимой Вселенной я имею в виду область космического микроволнового фона и за ее пределами. В прошлом Вселенная была очень горячей и плотной, и мы видим свет этого периода времени как Космический Микроволновый Фон. Чтобы этот свет достиг нас, потребовалось немногим меньше возраста Вселенной, и с расширением пространства он сильно сместился в красную сторону. Поскольку гравитация, по-видимому, движется со скоростью света, мы также должны испытывать гравитационный эффект этой оболочки вокруг нас. Насколько я понимаю, тогда Вселенная была чрезвычайно плотной и окружала нас во всех направлениях, что сильно усиливало гравитацию. Однако это очень далеко, что сильно ослабило бы гравитацию. Я не знаю, повлияет ли красное смещение на гравитацию, поскольку оно имеет свет от космического микроволнового фона, но если да, то это также сильно ослабит эффект. Имея все это в виду, мне любопытно, как повлияет на нас гравитация с края Вселенной?

Примечание. Я ожидаю, что это будет очень небольшой внешний эффект во всех направлениях, что-то вроде -0,00000001 г или что-то в этом роде, но не 0.

Я думаю, что ответить на этот вопрос будет сложно, потому что вы, кажется, объединяете как фон гравитационных волн, так и окружающее гравитационное поле в одну идею. Эти две вещи должны быть поняты как отдельные поля, прежде чем объяснять ответ.
Просто из любопытства, вы имеете в виду все вместе, что может быть близко к нулю из-за однородности, или если теоретически вы можете удалить 1/2 наблюдаемой Вселенной и просто почувствовать притяжение от другой половины.
@userLTK Я действительно хотел бы знать, какая сила будет исходить только от половины вселенной, как вы описываете. Это, безусловно, было бы полезно. Сначала я спрашивал, какое растяжение мы испытаем от почти однородного распределения материи. Возможно, я должен задать как отдельный вопрос.

Ответы (1)

В прошлом Вселенная была очень горячей и плотной, и мы видим свет того периода времени как Космический Микроволновый Фон.

Это утверждение (частично) верно.
Однако....

Поскольку гравитация, по-видимому, движется со скоростью света, мы также должны испытывать гравитационный эффект этой оболочки вокруг нас. Насколько я понимаю, тогда Вселенная была чрезвычайно плотной и окружала нас во всех направлениях, что сильно усиливало гравитацию.

Это утверждение, возможно, указывает на то, что существуют некоторые неправильные представления о нынешнем состоянии Вселенной, а также о том, что на самом деле представляет собой Космическое Микроволновое Фоновое Излучение (выделение добавлено для выявления проблемных областей). Таким образом, для того, чтобы дать разумный ответ на заданный вопрос, потребовалось бы также устранить эти заблуждения.

Модель Большого взрыва предполагает, что все, что мы видим в нашей наблюдаемой Вселенной, когда-то было сконцентрировано в бесконечно малом, горячем и плотном участке пространства. Однако повсюду произошел Большой Взрыв , за которым последовало сверхсветовое расширение пространства в результате процесса, называемого Инфляцией . Вселенная оставалась слишком горячей, чтобы фотоны могли свободно перемещаться по ней. Только в течение следующих 380 000 лет он продолжал расширяться и, в конце концов, достаточно охладился, чтобы образовались первые атомы водорода. Это когда свет впервые стал видимым. Остаток этого света — это то, что мы теперь называем Космическим Микроволновым Фоновым Излучением .

Опять же, важно отметить, что пространство непрерывно расширялось во всех возможных направлениях, когда повсюду излучался первый свет. Другими словами, «плотная» область, из которой началось пространство-время, теперь в целом стала сравнительно гораздо менее плотной. Все эти годы это расширение не прекращалось, и каждая область, где впервые излучался свет, теперь отступила на большие расстояния (46 миллиардов световых лет в любом направлении) . Все регионы остыли еще больше, чтобы эволюционировать в звезды и планеты, галактики, скопления и любые другие мыслимые небесные объекты.

Итак, отвечая на заданные вопросы (для простоты мы будем придерживаться реликтового излучения как «края»)....

  • Нет пространства вне нашей Наблюдаемой Вселенной, которая окружает нас как бетонная оболочка . Если быть точным, это всего лишь ограничение того, насколько далеко в прошлое и насколько глубоко мы можем заглянуть в космос с помощью наших нынешних технологий. Кроме того, это не имеет ничего общего с нынешним состоянием тамошней вселенной. Вселенная однородна и изотропна — это означает, что вы можете отправиться в любое другое место во Вселенной, и она все равно будет казаться такой же, как отсюда — повсюду звезды и галактики. Ваша точка обзора будет определять, какая галактика будет казаться вам удаленным пятном, а какая область пространства будет казаться вам просто реликтовым излучением.

  • Области, которые мы сейчас видим как реликтовое излучение, на расстоянии 46 миллиардов световых лет, действительно являются одним из самых дальних уголков космоса , откуда что-либо, включая гравитацию, могло бы оказать на нас какое-либо влияние. К настоящему времени все, что мы видим как реликтовое излучение, должно было слиться в небесные объекты. Но есть одна загвоздка... Помните, если бы Солнце исчезло из Солнечной системы сейчас, Земле потребовалось бы примерно 8 минут, чтобы освободиться от своей орбиты. Это означает, что состояние Солнца 8 минут назад определяет, какую гравитацию мы чувствуем из-за него сейчас .

  • Таким образом, чтобы вычислить гравитационное притяжение реликтового излучения (на расстоянии 46 миллиардов световых лет), нам нужно посмотреть на состояние материи за период 13,8 миллиарда лет назад минус 380 000 лет (когда было испущено реликтовое излучение). Мы можем грубо предположить, что тогда это были просто атомы водорода. Общая масса всех этих объединенных атомов была бы эквивалентна массе наблюдаемой Вселенной , т.е. 10 53 к грамм .

  • Но опять же, реликтовое излучение было испущено повсюду , а изотропная природа реликтового излучения говорит нам, что отклонения от однородности составляют всего до семи частей на миллион ! Это означает, что когда реликтовое излучение было испущено 13,8 миллиарда лет минус 380 000 лет назад, масса наблюдаемой Вселенной была распределена почти идеально равномерно во всех возможных направлениях. С расстояния в 46 миллиардов световых лет это означает почти равное гравитационное притяжение отовсюду, куда с тех пор до нас дошел свет (и гравитация). Следовательно, гравитационные эффекты веществато есть (т.е. было) равномерно распределено в радиусе 46 миллиардов световых лет от нас, было бы эквивалентно тому, что человек почувствовал бы, если бы каким-то образом достиг центра Земли — т. е. испытал бы почти идеальное равновесие с результирующей силой нуля.

PS: Если будут какие-либо несоответствия выше, я искренне приветствую предложения по исправлению или улучшению ответа.

Очень хороший подробный ответ! Я считаю, что, как вы упомянули, гравитация была бы в равновесии, потому что она была бы во всех направлениях. Однако я считаю, что должен быть «эффект растяжения», возможно, объяснение темной энергии! Насколько сильной будет эта растяжка? В случае нахождения в камере в центре Земли, если бы в этой камере была пыль, я полагаю, что она медленно притягивалась бы к краям этой камеры, медленно удаляясь наружу, как это делают галактики в нашей Вселенной.
Спасибо! Я просто не думаю, что Темную Энергию можно рассматривать как нечто, являющееся следствием присутствия материи (или чего-то за пределами Наблюдаемой Вселенной), оказывающей притяжение на видимые нам объекты. Скорее, его часто описывают как свойство самого пространства, эффекты которого начинают проявляться на космологических масштабах, то есть между скоплениями галактик. Следующие вопросы и ответы могут представлять интерес: 1 , 2 и 3
@Jonathan В ньютоновской физике гравитационное поле внутри полой однородной сферы равно нулю. Это не только в центре сферы, это ноль везде внутри сферы. См . теорему Шелла . В ОТО вывод тот же: пространство-время внутри полой однородной сферы плоское, согласно теореме Биркгофа .
@Jonathan Эффект гравитации прямо противоположен эффекту темной энергии. Он действует, замедляя расширение, и в конечном итоге, если бы материи было достаточно (а ее нет), пространство снова сжалось бы. Вы не можете (правильно) рассматривать эволюцию Вселенной в ньютоновских рамках, вам нужны ОТО и метрика Робертсона-Уокера.
@Rob Jeffries Учитывая то, что находится рядом с нами, вы правы, гравитация действительно замедляет расширение Вселенной. Однако что могла бы сделать гравитация чрезвычайно плотной части Вселенной на космическом микроволновом фоне и за ее пределами? Фактически это будет чрезвычайно плотная, но далекая сферическая оболочка, которая окружает все. Мне казалось бы, что должна гравитационно вытягиваться Вселенная.
@Jonathan Бесспорно, гравитирующая материя замедляет расширение повсюду во Вселенной и всегда. Вы пытаетесь представить ньютоновскую структуру, похожую на оболочку, но она просто не работает.
@PM 2Ring Теорема об оболочке была проверена экспериментально? Я ожидаю, что что-то рядом с внутренним краем сферы будет притягиваться к ближайшему краю, особенно если он будет очень близко. Я понимаю, что «оболочка вселенной» будет одинаково удалена от объектов внутри их системы отсчета.
@Jonathan Извиняюсь, если я немного повторяюсь. Откровенно говоря, ошибочно думать, что за нашим горизонтом есть какая-то плотная оболочка. Однородность и изотропность Вселенной гарантирует, что все имеет почти одинаковую плотность повсюду. Если в какой-то момент времени Вселенная была такой же плотной, как железо, то так было везде. А так как кажется 10 − 30 раз менее плотная, чем вода сейчас, она должна быть одинаковой и везде — от центра до края (если бы центр/край вообще мог существовать!). Потому что расстояния такие огромные...
... и поскольку свет может пройти только конечное расстояние за секунду, взгляд на более крупные масштабы становится эквивалентен взгляду назад во времени. Таким образом, реликтовое излучение является просто пережитком (и доказательством) того плотного прошлого, из областей, которые тогда были довольно близки к нам , но сейчас отдалились слишком далеко из-за расширения. Физическая форма Вселенной пока не подтверждена. «Сфера» — это просто пределы того, что мы можем наблюдать (и, следовательно, влиять), откуда мы находимся. Таким образом, «край» — это граница расстояния, откуда что-либо может воздействовать на нас в ответ.
@Jonathan Джонатан, я сомневаюсь, что была проведена прямая эмпирическая проверка теоремы оболочки. Думаю, было бы забавно вывести на орбиту большую однородную сферическую оболочку и провести гравитационные испытания внутри нее, но с современными технологиями это было бы довольно дорого. ;) OTOH, есть много косвенных доказательств. Наиболее важным следствием теоремы об оболочке является то, что она предсказывает, что гравитационное поле над однородной сферой не зависит от радиуса, т. е. сфера действует гравитационно так, как если бы вся ее масса была сосредоточена в ее центре, и у нас есть много свидетельств того, что это не так. истинный.
@Jonathan Кроме того, если вы измеряете гравитацию на дне шахты, теорема об оболочке говорит, что вы можете игнорировать оболочку над вами. Итак, Земля, конечно, не однородная сфера, это вращающийся неоднородный сплюснутый сфероид, который намного плотнее возле ядра, чем где-либо еще, но если вы примете это во внимание, гравиметрические измерения на дне шахтных стволов согласуются с теоремой оболочки. OTOH, может быть, теорема об оболочке неверна, и наши теории о внутреннем строении Земли - фальшивка. :)
@Jonathan Вы сказали: «что-то рядом с внутренним краем сферы будет притягиваться к ближайшему краю». Нет, этого не происходит с идеально однородной сферической оболочкой. Конечно, в реальном мире вещество состоит из атомов, поэтому, если вы подойдете достаточно близко к внутренней поверхности оболочки, она начнет выглядеть немного бугристой, но на таком расстоянии вы достаточно близко, чтобы электромагнитные силы между атомами оболочка и атомы в вашей пробной частице важнее гравитации. См. физику.stackexchange.com/questions/158757/…
@PM 2Ring Очень интересно! Сначала у меня были трудности с теоремой о оболочках, но теперь я в этом убедился!
Насколько сильно гравитационное растяжение, которое мы испытываем от края Вселенной?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v