Изменяется ли когда-нибудь масса наблюдаемой Вселенной?

Да, масса наблюдаемой Вселенной всегда увеличивается.

Иметь значение

Даже если вы имеете в виду только «обычную» материю (такую ​​как звезды, газ и велосипеды) и темную материю , масса наблюдаемой Вселенной действительно увеличивается не потому, что масса создается, а потому, что размер наблюдаемой Вселенной увеличивается. Через миллиард лет мы сможем увидеть то, что сегодня находится слишком далеко, чтобы свет мог достичь нас, поэтому его радиус увеличился. Поскольку масса$M$равна плотности$\rho_\mathrm{M}$умноженный на объем$V$,$M$увеличивается.

Как упоминает call2voyage, у нас есть несколько способов измерения плотности, и мы знаем, что она близка к$\rho_\mathrm{M}\simeq 2.7\times10^{-30}\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$( Сотрудничество Планка и др., 2020 г. ). Радиус$R = 4.4\times10^{28}\,\mathrm{cm}$, поэтому масса

$$M = \rho_\mathrm{M} \times V = \rho_\mathrm{M} \times \frac{4\pi}{3}R^3 \simeq 10^{57}\,\mathrm{g},$$ или же$5\times10^{23}M_\odot$(Солнечные массы).

Увеличение массы материи

Каждую секунду радиус наблюдаемой Вселенной увеличивается на$dR = c\,dt = 300\,000\,\mathrm{km}$, в дополнение к расширению. Здесь,$c$это скорость света, а$dt$это временной интервал, который я выбираю равным 1 секунде. Это означает, что его масса (в настоящее время) увеличивается на

$$\begin{array}{rcl} dM & = & A \times dR \times \rho_\mathrm{M}\\ & = & 4\pi R^2 \times c\,dt \times \rho_\mathrm{M}\\ & \sim & 10^6\,M_\odot\,\text{per second,} \end{array}$$ куда$A=4\pi R^2$- площадь поверхности Вселенной.

Темная энергия

Однако увеличению массы способствует другой фактор, а именно так называемая темная энергия , которая представляет собой форму энергии, приписываемую пустому пространству. А поскольку по мере расширения Вселенной создается новое пространство, темная энергия создается все время. В настоящее время плотность энергии темной энергии, выраженная как плотность массы через$E=mc^2$, более чем в два раза больше материи ($\rho_\Lambda \simeq 6\times10^{-30}\,\mathrm{g}\,\mathrm{cm}^{-3}$).

Скорость, с которой наблюдаемая Вселенная растет из-за расширения, можно рассчитать по закону Хаббла , который гласит, что объекты на расстоянии$d$от нас удаляется со скоростью

$$v = H_0 \, d,$$ куда$H_0\simeq 70\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}\,\mathrm{Mpc}^{-1}$– постоянная Хаббла. Таким образом, расширение заставляет край наблюдаемой Вселенной удаляться на$v=H_0 R = 3.2c$(да, более чем в три раза быстрее скорости света), кроме фактора$1c$это происходит от большего количества света, достигающего нас (как указано выше).

Массовое увеличение темной энергии

Следовательно, каждую секунду «общий» радиус наблюдаемой Вселенной (т. е. расширение + больше света) увеличивается на$dR = (3.2c + 1c)\times dt$, так что увеличение массы/энергии за счет темной энергии равно

$$\begin{array}{rcl} dM & = & A \times dR \times \rho_\Lambda\\ & = & 4\pi R^2 \times (3.2c + 1c)dt \times \rho_\Lambda\\ & \sim & 10^7\,M_\odot\,\text{per second,} \end{array}$$ на порядок больше, чем у обычной/темной материи.

Масса наблюдаемой Вселенной может быть получена из ее плотности.

По словам доктора Джагадхипа Д. Пандиана:

Плотность материи во Вселенной можно измерить различными способами, слишком техническими, чтобы вдаваться в них на данном этапе: люди измеряют плотность, изучая флуктуации космического микроволнового фона, сверхскопления, нуклеосинтез Большого взрыва и т. д.

Используя плотность и размер наблюдаемой Вселенной, можно получить массу 3 x 10 ⁵⁵ г. Эта цифра включает как темную материю, так и традиционную материю.

Я предполагаю, что историческое отклонение в массе могло бы быть обнаружено, если бы оно было значительным, но я не могу представить, что могло бы вызвать отклонение, которое можно было бы обнаружить в масштабе, о котором мы говорим.

Источник:

• Какова масса Вселенной? (средний уровень) - Корнельский университет, Спросите астронома

Кажущаяся плотность Вселенной не соответствует имеющимся наблюдениям. Из-за относительно низкой скорости света наблюдения не отражают фактического распределения.

Галактики теперь наблюдаются в положениях и размерах миллиарды лет назад. В то время как наш собственный Млечный Путь имеет временную дисперсию вычислений в миллионы лет.

Добавьте к этому тот факт, что наблюдаемые галактики удаляются друг от друга со скоростью, превышающей скорость света, а это означает, что есть галактики, удаляющиеся от нас со скоростью, превышающей скорость света, и, вероятно, они не обнаруживаются из-за их слабодисперсной сигнатуры.

Наблюдаемая Вселенная, вероятно, искажена из-за достаточной изменчивости достоверных данных, что делает измерение универсальной плотности непрактичным и ненадежным.

Остается вопрос семантики, а именно того, что подразумевается под «наблюдаемой вселенной». Дело в том, что разные люди подразумевают под этой фразой разные вещи. Действительно, Вики о «наблюдаемой вселенной» противоречит самой себе в самом первом абзаце, заявляя, что «наблюдаемая Вселенная — это сферическая область Вселенной, включающая всю материю, которую можно наблюдать с Земли в настоящее время, потому что свет и другие сигналы от этих объектов успели достичь Земли с начала космологического расширения», но через четыре предложения оно меняет свое значение, говоря: «Каждое место во Вселенной имеет свою собственную наблюдаемую Вселенную, которая может или не может пересекаться с один с центром на Земле». Таким образом, они, кажется, выбирают конкретный универсальный возраст для своего значения, но не обязательно конкретную точку зрения. Но заметьте, что в этом значении нет возможности ответить, как оно меняется со временем, так как существует только в одно время.

Это значение дает нам различные варианты того, как расширить «наблюдаемую вселенную» вперед и назад во времени. Например, мы могли бы взять с Земли все, что есть в сегодняшней «наблюдаемой вселенной», и спросить, где оно будет в будущем и где оно было в прошлом. Затем мы можем использовать формулировку типа «когда наблюдаемая Вселенная была размером с грейпфрут» и т. д., но обратите внимание на двусмысленность: применительно к будущему, например, «какой будет наблюдаемая Вселенная в такое-то время, «Мы неизменно представляем себе обновление того, что могли видеть существа дня, но применительно к прошлому мы обычно не воображаем, что вообще существуют какие-либо существа, поэтому мы не обновляем то, какой была бы их наблюдаемая вселенная, мы взять наше собственное и просто уменьшить его.

Так что, откровенно говоря, этот термин действительно беспорядок, и поэтому, чтобы ответить на ваш вопрос, нам нужно уточнить, какое значение вы имеете в виду. Предположим, вы имеете в виду «наблюдаемую вселенную», которая постоянно обновляет то, что могли бы наблюдать гипотетические существа, если бы они существовали на Земле в то время, тогда у нас действительно есть масса, зависящая от времени. По мере старения Земли у света будет больше времени для того, чтобы дойти до нас, поэтому наблюдаемая Вселенная будет увеличиваться в размерах, но не обязательно будет увеличиваться в массе. Если предположить, что ускорение продолжается, как ожидалось, наблюдаемая масса Вселенной увеличится примерно в 2 раза, достигнет максимума, а затем начнет уменьшаться. Его размер со временем всегда будет увеличиваться, но при этом его масса будет уменьшаться.