Расширение Вселенной: создается ли новое пространство (время?) или оно просто растягивается?

Создается ли новое пространство (время?) по мере расширения Вселенной, или существующее пространство-время просто растягивается?

Если он просто растягивается, то почему галактики движутся вместе с расширением, а не просто размазываются (как рисунок на надувном воздушном шаре)?

Ваш второй вопрос является дубликатом вопроса « Почему расширение пространства не расширяет материю?»
Ах да, только вторая часть. На первую часть ответа там не было
Кажется, что локальная вселенная осталась прежней, все законы физики остались прежними. Если бы дело затянулось, то можно было бы ожидать, что атомные переходы будут менять свои частоты, потому что пространственные координаты входят в уравнения второго порядка, а временные координаты входят в первый порядок. Можно привести более сложные рассуждения такого рода, но измерения, насколько мне известно, не согласуются с изменениями в местной физике.
Интересная статья здесь, посвященная математическим параллелям между ОТО и механикой твердого тела, arxiv.org/pdf/1603.07655.pdf

Ответы (4)

Поскольку вторая часть вашего вопроса является дубликатом, я обращусь только к первой части. однако я подозреваю, что вы будете разочарованы, потому что мой ответ заключается в том, что на ваш вопрос нет ответа.

Проблема в том, что пространство-время не является объектом и не растягивается. Мы все привыкли видеть пространство-время в виде резинового листа , но, хотя эта аналогия может быть полезной для начинающих, она может ввести в заблуждение, если вы слишком растянете ее. В общей теории относительности пространство-время — это математическая структура, а не физический объект. Это комбинация многообразия и метрики . Рискуя упростить, многообразие определяет размерность и топологию, а метрика позволяет вычислять расстояния.

Обычно мы аппроксимируем нашу вселенную метрикой FLRW , и одна из особенностей этой метрики заключается в том, что она зависит от времени. В частности, если мы используем метрику для расчета расстояния между двумя сопутствующими точками, мы обнаружим, что вычисляемое нами расстояние увеличивается со временем. Вот почему мы говорим, что Вселенная расширяется. Однако ничего не растягивается и не создается в обычном значении этих слов.

«В общей теории относительности пространство-время — это математическая структура, а не физический объект». Так вы говорите, что математика заставляет вещи двигаться?
@brightmagus: нет. Я говорю, что математика описывает , как вещи движутся.
Так почему же вещи движутся так, как в ОТО, если это не связано с искривлением пространства?
@brightmagus: я не знаю. Я могу рассказать вам, как рассчитать их траекторию с помощью геодезического уравнения, но чтобы узнать, почему они движутся, вам нужно спросить философа.
"... чтобы узнать, почему они двигаются, вам нужно спросить философа." Вы хотите сказать, что гравитация, являющаяся причиной движения массивных тел, больше не является частью физики? Или вы просто играете в игры, надеясь, что я не смогу перефразировать вопрос: « Что заставляет вещи двигаться так, как в ОТО, если это не связано с искривлением пространства-времени?» Или же, возможно, основная физика вернулась к ньютоновскому действию на расстоянии?
Я потерял нить разговора. Я думал, что мы говорим об объективной реальности ОТО, моя точка зрения заключается в том, что это математическая модель, и я не могу комментировать, как она связана с объективной реальностью (что бы это ни было). Отсюда моя точка зрения, что пространство-время — это математическая структура. Но ваш последний комментарий, похоже, спрашивает, как рассчитать траекторию, и в этом случае вы просто используете уравнение геодезии .
Мой последний комментарий сводится к последнему предложению в этом комментарии. Судя по тому, что вы сказали, кажется, что основная физика вернулась к действию Ньютона на расстоянии. И, видимо, ваш комментарий выше лишний раз это подтверждает. Хорошо знать ...
Подождите, значит, пространство и время в ОТО не являются физическими сущностями?
@SuperCiocia: я думаю, это зависит от того, что вы подразумеваете под физическим лицом , но я считаю, что нет. Но я должен подчеркнуть, что это чисто философская точка зрения, не имеющая отношения к кровавому делу использования ОТО для вычислений в реальном мире.
Мое впечатление после многих лет чтения космологии, «популяризированной» (упрощенной) известными и влиятельными физиками, состоит в том, что пространство тождественно ничто, за исключением того, что оно имеет содержание (чаще энергетическое, чем материальное) в «полях», универсальность которых отсутствует. всего пропорциональна их массе на единицу объема: это содержимое описывается либо как частицы, либо как волны вероятности, которые предсказывают, находятся ли более отдельные частицы в рассматриваемом объеме. Поскольку гравитация — самая слабая сила, она не так влиятельна, как энергия, но ее эффекты более широко распространены и в целом предсказуемы.

Краткий ответ : в отличие от эластичных материалов, пространство-время не обладает мерой растяжения.

Длинный ответ : давайте посмотрим, где верна аналогия с резиновым листом, а где нет. Когда вы растягиваете резиновый лист, две точки на нем изменяют расстояние. Вы также можете сформулировать дифференциальную версию этого свойства, говоря о бесконечно малых близких точках. То же самое происходит и с пространством-временем. Фактически, описание того, как бесконечно малые точки изменяют свое (бесконечно малое) расстояние, является полным геометрическим описанием пространства-времени в общей теории относительности (ОТО). Более того, это полное описание пространства-времени в ОТО (вплоть до подробностей о содержании в нем материи).

Это описывается величиной, называемой метрическим тензором г мю ν , или просто метрика для краткости. Это н к н матрица, где н — это количество измерений пространства-времени (поэтому обычно оно равно 4, если только вы не имеете дело с теориями с другим количеством измерений). Квадрат бесконечно малого расстояния определяется выражением:

г с 2 "=" ∑ мю ∑ ν г мю ν г Икс мю г Икс ν

В соглашении Эйнштейна о суммировании предполагается суммирование по повторяющимся индексам, поэтому это обычно записывается просто как г с 2 "=" г мю ν г Икс мю г Икс ν .

Для плоского пространства-времени г мю ν представляет собой диагональную матрицу с -1, за которой следуют 1, или 1, за которой следует -1, в зависимости от соглашения (в конце концов, это дает ту же физику). Для плоского евклидова пространства метрический тензор - это просто единичная матрица, поэтому для трехмерного пространства это дает:

г с 2 "=" г Икс 2 + г у 2 + г г 2
что является просто дифференциальным выражением для теоремы Пифагора.

Где аналогия не работает?

Ну, как я уже говорил, метрика — это полное описание пространства-времени в ОТО. Это означает, что пространство-время не имеет никаких дополнительных свойств. Резина, с другой стороны, имеет меру того, насколько она была растянута. Это тесно связано с каучуком, имеющим определенное количество каучука на единицу площади. Но нет такого понятия, как «количество пространства на единицу пространства», поэтому, как только вы растянете пространство-время, оно уже не вернется. Или вы могли бы сказать, что растяжение и создание пространства-времени — это одно и то же, потому что вы получаете больший объем «бесплатно» (имеется в виду, что, в отличие от резины, у него нет возможности «вспомнить», что раньше у него был меньший объем).

Расширение пространства просто означает, что расстояния между точками становятся больше, без какого-либо движения. Это проще, чем с эластичными материалами, но менее интуитивно понятно, потому что наша интуиция заставляет нас подразумевать дополнительные свойства, которых нет.

«... так что, как только вы растянете пространство-время, оно не вернется назад» . Что только предполагает, что пространство-время не эластично, а не то, что оно не растягивается. С другой стороны, искривление пространства-времени из-за гравитации можно понимать как «упругое» — как только вы убираете источник гравитации, пространство-время становится (почти) плоским, не так ли?
@brightmagus В каком-то смысле он «даже менее чем неэластичен». В отличие от неэластичных веществ, он не становится «менее плотным» (или что-то в этом роде) при растяжении. Не может, потому что это не вещество. Кривизна в ОТО является гравитационным аналогом электромагнитного поля в электромагнетизме, поэтому правомерно называть его упругим, как оправданно называть эластичным электромагнитное поле, поскольку оба имеют тенденцию «уходить», когда вы удаляете их соответствующие источники.
«Не может, потому что это не вещество». Я даже не буду спрашивать, что это такое. Очевидно, это то, что нужно физикам.
@brightmagus Обычно правильный вопрос не «Что это такое?» , но "Какими свойствами он обладает?" . Я набросал некоторые из его свойств в своем ответе, а также указал, каких свойств у него нет (свойства, которые являются скрытыми предположениями, вызванными интуицией).
Судя по всему, вы неправильно зарисовали свойства (относительно растяжения), как и договаривались.

Если бы аналогия с растяжением была чем-то большим, и если бы что-то действительно происходило с расширением пространства-времени, это привело бы к увеличению либо упругой потенциальной энергии, либо упругого напряжения. Это увеличение напряжения привело бы к увеличению скорости гравитационных волн и уменьшению эффективной массы объектов, ни один из которых не наблюдался.

Расширение Вселенной — это просто относительное движение объектов в ней. В общей теории относительности нет определяемой разницы между обычным относительным движением двух объектов и теми объектами, которые «неподвижны, в то время как пространство между ними расширяется». В лучшем случае это описания одного и того же явления в разных координатах.

Некоторые источники, говорящие о расширении пространства, просто используют его как альтернативное описание той же физики. Это не совсем неправильно, но я думаю, что это излишне сбивает с толку. Это приводит к таким вопросам, как ваш, которые, вероятно, никогда бы не возникли, если бы люди понимали, что движение галактических сверхскоплений такое же, как и любое другое движение.

Некоторые источники прямо говорят, что расширение Вселенной отличается от других видов движения, потому что оно происходит из-за расширения самого пространства. Они просто ошибаются, и вам следует с подозрением относиться ко всему остальному, что они говорят о космологии.

«Некоторые источники прямо говорят, что расширение Вселенной отличается от других видов движения, потому что оно связано с расширением самого пространства. Они просто неверны, и вам следует с подозрением относиться ко всему остальному, что они говорят о космологии». Аналогичное обсуждение здесь: physics.stackexchange.com/questions/442986/…
Как это объясняет, что галактики удаляются быстрее скорости света?
@safesphere См. это и это . Короче говоря, метрические расстояния между объектами могут произвольно быстро увеличиваться даже в специальной теории относительности.
В этой ссылке вы получаете сверхсветовую скорость как расстояние, измеренное в одном кадре, за время, измеренное в другом кадре. Это не допустимая процедура в SR или где-либо еще. Мне очень нравится модель Милна, но, извините, никакие правильно определенные скорости в ней или в СТО не являются сверхсветовыми. В отличие от вашего примера, сверхсветовые скорости в FLRW (гипотетически) правильно измерены в одном и том же кадре. Расширение пространства без ускорения эквивалентно относительному движению только локально, но не глобально с (неподтвержденным) существованием горизонта частиц и сверхсветовых скоростей.
@safesphere Модель Милна — это космология FLRW ( Ом "=" 0 , а ˙ > 0 случай). Скорость удаления в этом случае совпадает с быстротой СР (время с ). Координаты FLRW не определяют инерциальную систему отсчета. Отметим также, что линии постоянного космологического времени, по которым измеряется расстояние FLRW, не являются геодезическими пространственно-временными, за исключением случаев, когда а ˙ "=" 0 .
Да, говорят, "FLRW с максимально отрицательной пространственной кривизной". Хотя это и не связано с этим вопросом, это не совсем так. FLRW с отрицательной кривизной подразумевает равномерное распределение материи с начала времени везде в бесконечном пространстве. Потом говорят, нулевая плотность энергии, так что неважно. Модель Милна отличается. Это взрыв точечной сингулярности в сферическую оболочечную сингулярность, расширяющуюся со скоростью света и заполненную внутри обычной материей. В отличие от FLRW, в модели Милна есть материя, за исключением того, что она не искривляет пространство-время.
Расширение Вселенной: создается ли новое пространство (время?) или оно просто растягивается?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v