Противится ли гравитация расширению Вселенной?

Расширение зависит от количества массы

Да, пространство больше расширяется в регионах с меньшим количеством материи — фактически это было предложено в качестве альтернативного объяснения темной энергии как причины наблюдаемого ускоренного расширения: если случайно мы окажемся вблизи центра «космической пустоты » , то близлежащее пространство расширяется быстрее, чем дальнее пространство, и, поскольку близлежащее пространство соответствует недавнему времени, это можно было бы интерпретировать как недавнее ускоренное расширение. Эта идея была популярна около десяти лет назад (например, Conley et al. 2007 ; Wiltshire 2008 ), но, насколько мне известно, она уже не так актуальна.

Точно так же в регионах с большим количеством материи пространство расширяется меньше. На самом деле, в таких малых масштабах, как галактики и даже группы галактик, пространство вообще не расширяется. Гравитация не дает галактикам расширяться и удерживает галактики рядом друг с другом от удаления. В еще меньших масштабах электромагнитные (и ядерные) силы удерживают такие объекты, как звезды, планеты и велосипеды, от расширения.

Расширение физическое

По этой причине пространство между двумя звездами не расширяется. Итак, чтобы ответить на ваш вопрос, давайте вместо этого рассмотрим две галактики , разделенные миллионами световых лет. Однако в принципе мы не можем поместить линейку между ними и наблюдать, как она расширяется. Электромагнитные силы попытаются удержать его вместе, но потерпят неудачу, и линейка сломается.

Почему это? Представьте себе жесткую линейку длиной в один мегапарсек (т.е. 3,26 миллиона световых лет). Поскольку постоянная Хаббла$H_0 \simeq 70\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}\,\mathrm{Mpc}^{-1}$, область на другом конце линейки отступает на$70\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}$. То есть пространство «тащит» два конца линейки друг от друга на$70\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}$. Если линейка не сломается, местный наблюдатель увидит, как конец линейки проносится на большой скорости.

Возможно, вы сможете сконструировать стержень, способный выдержать это напряжение. Если бы я был физиком твердого тела, я мог бы рассчитать максимально возможную длину стержня при заданном оптимальном материале, но это не так. Но дело в том, что какой бы материал вы ни придумали, сделать его сколь угодно длинным даже не практически невозможно, а «теоретически» невозможно. Существует фундаментальный предел длины физической линейки, а именно длина, соответствующая расстоянию, на которое две области пространства удаляются со скоростью света, т.е.$d = c/H_0 = 4400\,\mathrm{Mpc}$, или$14.4\,\mathrm{Glyr}$. Если бы линейка была длиннее этой и не сломалась, то местный наблюдатель увидел бы, что конец движется быстрее скорости света, что невозможно.

К счастью, есть и другие способы измерения расстояний, например, с помощью « стандартных свечей ». И да, если вы измерите физическое расстояние между двумя галактиками в два разных момента времени, оно тем временем физически увеличится.

(Можно также представить себе «замораживание» пространства по волшебству, раскладывая 1-метровые стержни. В таком случае во второй раз вам понадобится больше стержней.)