Почему красное смещение далеких галактик считается следствием расширения пространства-времени?

Возможно, вам будет интересно просмотреть статью «Расширяющаяся путаница » Дэвиса и Лайнуивера, на которую я много раз ссылался на этом сайте. В частности, последнее предложение аннотации гласит:

Мы анализируем видимые величины сверхновых и с помощью наблюдений исключаем специальную релятивистскую доплеровскую интерпретацию космологических красных смещений на уровне достоверности 23.$\sigma$.

Основная идея состоит в том, чтобы посмотреть на расстояние светимости , используя сверхновые типа Ia («стандартные свечи» космологии). Результаты, которые вы могли бы предсказать по доплеровскому сдвигу, даже специальному релятивистскому, не согласуются с реальностью. Чтобы получить такие результаты, вам понадобились бы некоторые довольно специальные дополнения к вашей специальной релятивистской космологии. Раздел 4.2 документа посвящен этому.

Впрочем, неудивительно, что столько путаницы. Сами авторы запутались, и в более ранней версии раздела 4.1 говорилось, что вы можете различить доплеровские сдвиги и ОТО на основе синхронизации со стандартными часами, но на самом деле эти два эффекта неразличимы. Возможно, лучшей частью статьи является Приложение B, в котором приводится около 25 примеров вводящих в заблуждение или откровенно ошибочных утверждений по этой и смежным темам, сделанных известными физиками.

Я также должен добавить, что мы также наблюдаем реликтовое излучение, и оно обеспечивает уникальную локальную систему отсчета в состоянии покоя. То есть, если вы движетесь относительно реликтового излучения, вы будете знать, потому что оно будет казаться более горячим в прямом направлении и более холодным в противоположном направлении. Теперь у нас есть небольшая скорость относительно него, но ничего близкого к скорости света. Поэтому, если вы попытаетесь объяснить красное смещение только с помощью СИ и эффекта Доплера, вам придется объяснить, почему мы живем в одной из 100 или около того галактик, едва движущихся относительно реликтового излучения, и почему миллиардыиз других галактик, которые мы наблюдаем, все движутся довольно быстро по отношению к ней. В ОТО каждый может находиться локально «в покое» и видеть изотропное реликтовое излучение, при этом видя друг друга с красным смещением. Итак, у вас есть аргумент Коперника: описание СТО заставляет вас поверить, что вы находитесь в особом месте во Вселенной.

Если вы хотите интуитивно понять космологическое красное смещение, я без зазрения совести подключу свой чрезмерно многословный ответ на связанный с этим вопрос .

Если бы пространство не расширялось, красное смещение действительно можно было бы просто описать как (релятивистское) красное смещение, но...

... если бы пространство не расширялось, Вселенная была бы очень странным местом. Во-первых, общая теория относительности была бы опровергнута (поскольку ОТО предсказывает, что пространство должно расширяться или сжиматься), но ОТО проходит множество экспериментальных проверок, поэтому мы вполне уверены, что она верна. Вы также должны были бы объяснить, как существует Космический Микроволновый Фон, если бы не было Большого Взрыва. Наконец, конечно, вам придется объяснить, почему действует закон Хаббла.

Итак, причина, по которой мы говорим, что красное смещение связано с расширением пространства, заключается в том, что существует так много свидетельств того, что Вселенная расширяется, и это расширение естественным образом объясняет красные смещения.

Вопрос 3: Почему объекты, находящиеся дальше от центра Вселенной, удаляются от центра быстрее?

Мое мнение: после того, как ускоренное расширение (например, инфляция) ранней Вселенной почти закончилось, частицы начали иметь некоторую скорость.

Это распределение скоростей, естественно, имеет более высокую скорость, когда оно находится дальше от центра вселенной, и более низкую скорость, когда оно ближе к центру.

А . Моделирование большого взрыва во вселенной с нулевой энергией

[Видео для моделирования большого взрыва]

http://www.youtube.com/watch?v=SRUqQM2FfNU

Рис.1. Распределение галактик по скоростям в ранней Вселенной. Красными стрелками показан вектор скорости частиц. Известно, что модуль вектора скорости тем больше, чем дальше от центра.

Даже если скорость частиц равна нулю в ранней Вселенной, есть частицы с более высокой скоростью в более удаленных от центра областях, а частицы, близкие к центру, имеют относительно низкую скорость из-за инфляции (ускоряющегося расширения). Когда положительная масса гравитационно сжимается, образуя галактику, импульс должен сохраняться, поэтому более высокая начальная скорость продолжает существовать по мере удаления от центра вселенной.

Б . Естественное распределение скорости в трехмерном пространстве Если рассуждать иначе, трехмерное пространство можно разделить на 3 области (от центра) на дальнюю, среднюю и ближнюю области. Даже если скорость дальней области ниже средней, частицы средней области превышают частицы дальней области по прошествии времени, потому что скорость средних частиц выше. В результате распределение частиц по скоростям показывает, что скорость дальних областей самая высокая, средняя область занимает второе место, а ближняя становится третьей.

С . Распределение скоростей, когда существует какой-то антигравитационный источник Если существует какой-то антигравитационный источник в 3-х измерениях, M существует с четной плотностью, может существовать указанное выше распределение скоростей.

Если антигравитационный источник равномерно распределен во время ускорения расширения, как инфляция ранней Вселенной, большее ускорение a существует по мере увеличения r, а распределение скоростей имеет более высокую скорость по мере увеличения радиуса Вселенной. В результате более высокая скорость существует для частиц, удаленных от центра Вселенной, после окончания инфляции.

Три приведенных выше объяснения означают, что более высокая скорость для большего R (расстояние от центра Вселенной) после инфляции в ранней Вселенной не является специфическим явлением. Если скорость в небольшой области в ранней Вселенной распределяется от 0 до c и если проходит некоторое время, распределение скоростей будет таким же, как указано выше.

Расширение Вселенной и расширение пространства — не одно и то же понятие. Я согласен, что Вселенная расширяется. Но, расширение пространства следует пересмотреть.