Откуда мы знаем, что метрика пространства расширяется, а объекты движутся друг относительно друга?

Мы наблюдаем, что галактики кажутся удаляющимися от нас изотропным образом со скоростью, пропорциональной их расстоянию от нас (закон Хаббла).

Хотя можно было бы утверждать, что мы находимся в (или около) центре очень равномерного расширения, нужно было бы объяснить, почему должен существовать закон Хаббла и почему Вселенная кажется нам изотропной, но не из другого положения во Вселенной. . Самое простое объяснение состоит в том, что применима Общая теория относительности (как мы наблюдаем в ряде других случаев) и мы живем в расширяющейся Вселенной - тогда это означает, что нам не нужно занимать какое-то привилегированное положение во Вселенной (ошибочное предположение, которое оказалось неверным). каждый второй раз это было сделано).

В такой вселенной красное смещение далеких галактик вызвано не относительным движением, а расширением пространства. При больших красных смещениях эти явления становятся различимыми тем, что соотношение между «скоростью» и красным смещением другое, например, допуская «больше света» (кажущиеся) скорости.

Таким образом, в настоящее время расширение соответствует фактам (намного) лучше и проще, чем любая из альтернатив.

Еще одно косвенное свидетельство получено из тщательного анализа физических условий газа на больших красных смещениях, освещенного фоновыми квазарами, и тонких изменений в спектре космического микроволнового фона (CMB), вызванных эффектом Сюняева-Зельдовича, в сторону галактики. скопления на малых красных смещениях. Оба этих метода дают температуру реликтового излучения в этих местах.

В модели расширяющейся Вселенной температура должна увеличиваться как$1+z$, где$z$это красное смещение. Если вместо этого иметь нерасширяющуюся Вселенную и объяснять реликтовое излучение из-за некоторой расширяющейся оболочки из материала, то средняя температура для далеких галактик не изменится, если только оболочечный газ не будет равномерно охлаждаться на величину, которая как раз совпадает с красным смещением этой галактики.

Августидис и др. (2015) рассматривают данные о температурной эволюции реликтового излучения и приходят к выводу, что они согласуются с адиабатическим расширением лучше, чем на 1%.

Однако прямые доказательства расширения не за горами. В расширяющейся Вселенной скорость, с которой галактики удаляются от нас, может медленно изменяться со временем (и с расстоянием) порядка 10 см/с в год, несмотря на то, что они не действуют на них силой. Это известно как дрейф красного смещения . Есть планы измерить этот крошечный эффект с помощью Европейского Чрезвычайно Большого Телескопа и массива квадратных километров в течение десятилетия.

Космологическая модель — это математическая модель, построенная на Общей теории относительности. Метрика общей теории относительности четырехмерна.

Наблюдение за «всем, удаляющимся от всего остального» не может быть логически уложено в трехмерном пространстве. Выглядит так, как будто взрыв происходит везде, в каждом (x, y, z). Зачем нужен взрыв? Чтобы объяснить, как появилась энергия. Так что это не может быть приспособлено к трехмерной космической гравитации с разумной моделью.

Вычислимую двумерную математическую модель всего, удаляющегося от всего остального, можно найти в аналогии с воздушным шаром. По мере расширения воздушного шара каждая точка на его поверхности удаляется от всех остальных точек. К сожалению, мы наблюдаем расширение галактики в трехмерном пространстве, и нам нужно четвертое измерение, чтобы иметь математический аналог. Что приводит к модели общей теории относительности, которая использует концепцию расширения пространства как простейшую математическую формулировку для объяснения того, почему все удаляется от всего остального. Имейте в виду, ОТО соответствует всем наблюдениям и экспериментальным данным до сих пор.

Как я уже упоминал в комментарии к самому вопросу, Дэвис (из пары Лайнуивера и Дэвиса, которые нанесли различные горизонты наблюдения на часто используемые диаграммы) ясно дал понять, что пространственное расширение не является «силой или сопротивлением», переносящим другой материал. и энергетические объекты вместе с ним. Тем не менее, пространство локально расширяется в результате изменений количества или траекторий содержащихся в нем массивных и/или энергетических объектов, которые взаимозаменяемы друг с другом в соответствии с эквивалентностью массы и энергии Общей теории относительности: изменения пространственного содержания от массы к энергии могут привести к его расширению. (Хотя бесконечная вселенная была бы по своей сути непроверяемой, она могла бы существовать с локально видимым «расширением», фактически составляющим «подразделение» ее пространства.)

Космологические модели, которые объясняют видимое локальное расширение пространства, используя только общую теорию относительности 1915 года, обычно полагаются на «темную энергию» или «отталкивающую гравитацию» для разделения астрономических объектов и, таким образом, объяснения красного смещения. Однако модель, которая максимально использует преимущества эйнштейновской теории относительности, — это «космология с кручением» Никодема Поплавского (описанная в многочисленных статьях, написанных между 2010 и 2021 годами, препринты которых можно найти по его имени на веб-сайте Корнельского университета «Arxiv»): использует теорию Эйнштейна-Картана (разработанную Эйнштейном и французским математиком Эли Картаном в 1929 году, через несколько лет после открытия вращения частиц), которая приписывает фермионам крошечную пространственную протяженность.

Его модель применяет эти соображения в контексте гравитационного коллапса больших звезд в черные дыры после того, как их ядерное топливо израсходовало их радиационное давление, недостаточное для предотвращения этого. (Поскольку большинство звезд образуют двойные пары, есть астрономические свидетельства того, что такие коллапсы происходили не менее 90 раз в пределах нашей наблюдаемой области, поскольку выжившая звезда каждой такой пары продолжает следовать по эллиптической орбите, ранее общей со своим партнером.)

В модели Поплавского траектории фермионов, вновь материализованных гравитационным полем (через их отделение от партнеров в виртуальных парах частица/античастица горизонтом событий коллапсирующей звезды, распространяющимся наружу), меняются на противоположные и значительно ускоряются за счет взаимодействия с гораздо более крупными телами. звездные фермионы и образуют новую «локальную вселенную», форму которой Поплавски сравнил с баскетбольным мячом.

Если бы вселенная, достаточно старая, была бы бесконечной (или даже просто «чрезвычайно большой») в пространственном отношении и примерно такой же однородной и изотропной повсюду, как кажется в той ее части, которую можно наблюдать с Земли, жизни в ее центральной области было бы меньше. вероятно без таких причинно-следственных разделений, которые разрешены «Генезисом черной дыры», предложенным Ли Смолиным и реализованным Поплавски, поскольку свет, в конечном итоге приходящий из ее периферийных областей, повысит температуру поверхности планеты выше точки кипения, что оставляет образование стабильных структур гораздо менее вероятно. Хорошее резюме BHG можно свободно увидеть в Интернете в видео «Before the Big Bang 10: Black Hole Genesis».

Добавление различных количеств отходов или другой массы, в некоторых случаях весьма небольшой, к крупным звездам, которые в противном случае были бы склонны к коллапсу в нейтронные звезды, возможно, было предпринято развитыми цивилизациями, чтобы заставить их вместо этого коллапсировать в черные дыры в ожидание того, что тот или иной из LU, прорастающих внутри них, будет напоминать собственный дом такой цивилизации в форме прерывистого и приблизительного самосохранения, невозможного из-за инфляции, основанной на скалярных полях: эта возможность могла сделать модель, основанную на ECT, более вероятной. .

«Генезис черной дыры» развивался как фактор в рамках более широкой концепции «Космологического естественного отбора» Смолина: Следовательно, мне приходит в голову, что, подобно тому как достаточно большая популяция любого биологического вида будет иметь тенденцию обеспечивать питательную среду для эволюции паразитов, способных уменьшить его, «искусственный космологический отбор», описанный в моем предыдущем абзаце, мог бы привести к уменьшению доли нейтронных звезд по отношению к ЧД, но увеличить их размер во время любых добавлений отходов или другой массы, которые могли бы произойти внутри космологически последнее время,учитывая возможность того, что можно разумно ожидать, что задействованные гипотетические цивилизации будут иметь более широкий спектр данных о том, какие именно условия и окружение могут повлиять на точку разрыва между двумя рассматриваемыми типами астрофизических объектов.

Другая космологическая модель прошлого и вечного будущего (которая, как и у Поплавского, датируется 2010 годом) была написана физиком-математиком Роджером Пенроузом, частым сотрудником Стивена Хокинга и лауреатом Нобелевской премии по физике 2020 года. В его «циклической конформной космологии», которая зависит от гравитационной энтропии, функционирующей обратно пропорционально термодинамической энтропии, тепловое равновесие каждой из бесконечной последовательности «эонов» становится «большим взрывом» следующего после гравитационной декогерентности всех предыдущих. массивные частицы эона в излучение. (Конформная геометрия, сохраняющая углы при значительном увеличении масштаба, позволяет схематически представить эту интересную модель, содержание которой, если оно состоит только из излучения, лишено физического времени,

Были убедительные доказательства в пользу модели Пенроуза при наблюдении «точек Хокинга» (аномальные пятна со значительно повышенной температурой на небе реликтового излучения, возникающие в результате высвобождения излучения Хокинга в результате «испарения» черных дыр), как обсуждалось в Документ за март 2020 г. на https://arxiv.org/abs/1808.01740 .