Увеличивается ли расширение Вселенной с расстоянием?

Я не уверен, почему вы говорите, что « расширение одинаково », когда вы также говорите, что « расширение увеличивается с расстоянием », но я бы сказал не «расширение увеличивается», а скорее, что «увеличивается скорость отступления».

Скорость рецессии$v$галактик увеличивается линейно с расстоянием$d$. Константа пропорциональности называется постоянной Хаббла$H_0$. Таким образом, закон Хаббла гласит, что

На самом деле, мы вообще не видим скорости. Мы измеряем красное смещение галактики$z$, и$z$также увеличивается с расстоянием, но не линейно. Это потому, что это зависит от того, насколько Вселенная расширилась с момента испускания света, а скорость расширения меняется со временем. Но для достаточно малых расстояний, т. е. для галактик, которые не видны так далеко в прошлом, зависимость близка к линейной, так что$v = cz$, где$c$это скорость света.

Это действительно приблизительно соответствует действительности до нескольких сотен Мпк. Для больших расстояний линейное соотношение становится неточным, и вместо этого необходимо применять космологическую модель истории расширения Вселенной, которая нетривиально зависит от плотностей ее различных составляющих.

Ускорение Вселенной

Термин «ускоренная скорость расширения» относится не к значению$H$, а к скорости, с которой масштабный коэффициент$a$— «размер» Вселенной — увеличивается (Вселенная может быть, а может и не быть бесконечно большой;$a$нормируется таким образом, что сегодня$a=1$).

Для заданного значения$H$, мы знаем скорость удаления любых двух точек, разделенных некоторым расстоянием в данный момент времени . В более позднее время эти две точки увеличат свое расстояние, и, следовательно, — по закону Хаббла — увеличится скорость их удаления.

Что было выше в прошлом, так это параметр Хаббла$H(t)$. Это число в будущем будет асимптотически уменьшаться в сторону немного меньшего значения

На рисунке ниже показана эволюция$a(t)$до$t\sim130\,\mathrm{Gyr}$. Слева увеличенное изображение первого$20\,\mathrm{Gyr}$где можно увидеть, как Вселенная замедлила первый$\sim10\,\mathrm{Gyr}$, пока темная энергия не начала брать верх над динамикой.

На данный момент ускорение на самом деле довольно скромное, но в будущем оно будет безгранично увеличиваться; например, через 50 млрд лет,$a\sim10$, т.е. галактики будут$10\times$дальше друг от друга, но в 100 млрд лет имеем$a\sim150$.

Проще говоря, представьте себе надутый воздушный шар с множеством точек, разбросанных по его поверхности. Воздушный шар представляет вселенную, а точки — галактики. Надуйте воздушный шар дальше, и вы увидите, что муравей, помещенный на одну из точек, будет видеть себя покоящимся, а все остальные точки удаляются, причем самые дальние точки удаляются быстрее всех. Муравей, конечно же, представляет вас, а расширение воздушного шара представляет собой расширение вселенной. Муравей, помещенный на любую другую точку, также будет видеть себя покоящимся, а ваша точка будет удаляться от него со скоростью, пропорциональной расстоянию до нее. Вселенная отклоняется от этой аналогии, поскольку галактики, очень близкие к нам, например Андромеда,