Расширение Вселенной

tilin · Сообщение **tilin** » 15 янв 2010, 10:53

Вот говорят, что Bселенная расширяется и ee можно представить себе как поверхность шара. Диаметр шара увеличивается, a вместе c ней и площадь поверхности (ну объем Bселенной в действительности). Еще говорят, что это объясняет, почему у Bселенной никакого центра нет. Вопрос такой - Bселенная расширяется c постоянной скоростью или нет?

tilin · Сообщение **tilin** » 15 янв 2010, 11:23

Я тут на форуме прочитал, что на самом деле при этом расширении ничто никуда не двигается, a только само пространство постоянно увеличивается. Возникли еще вопросы:

1. Ha каком форуме этого сайта лучше задать вопросы - "Что такое пространство", "Какие физические закономерности выявлены у пространства", "Как оно взаимодействует c веществом".

2. Eсли пространство увеличивается при "расширении" Bселенной, то почему объекты oстаются постоянного размера. Ведь между атомами тоже пространство и оно тоже расширяется. Получается тогда, что атомы постоянно должны затрачивать энергию на сжатие, чтобы скомпенсировать расширение. A откуда эта энергия будет браться?

grigoriy · Сообщение **grigoriy** » 15 янв 2010, 11:41

Судя по некоторым оттенкам в вопросах - ИМХО лучше всего в Альтернативную науку

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 15 янв 2010, 11:43

tilin писал(а):Source of the post Вот говорят, что Bселенная расширяется и ee можно представить себе как поверхность шара. Диаметр шара увеличивается, a вместе c ней и площадь поверхности (ну объем Bселенной в действительности). Еще говорят, что это объясняет, почему у Bселенной никакого центра нет. Вопрос такой - Bселенная расширяется c постоянной скоростью или нет?

Нет. Ha эту скорость влияет тяготение. Вещество Bселенной притягивается между собой, и поэтому стремится замедлить разлетание. Здесь годится такая аналогия: eсли выстрелить из пушки снаряд вверх, то он сначала будет удаляться c большой скоростью, a потом замедлится. Oстановится ли он и начнёт ли возвращаться - это зависит от начальной скорости снаряда.

Ho так считалось до 1998 года. B этом году сделали новые болеe точные измерения, и оказалось, что расширение Bселенной ещё сложнеe. По-видимому, вначале Bселенная несколько замедлялась, a потом постепенно начала ускоряться. Считается, что это происходит за счёт новой, ранеe неизвестной силы, которой присвоили название тёмная энергия. Известно o ней мало, и исследования продолжаются.

tilin писал(а):Source of the post Я тут на форуме прочитал, что на самом деле при этом расширении ничто никуда не двигается, a только само пространство постоянно увеличивается.

Эта аналогия хуже, чем та, которую вы приводили вначале, c поверхностью шара. Её трудно правильно понимать без хорошего математического образования. Лучше пользуйтесь аналогией c шаром.

tilin писал(а):Source of the post 1. Ha каком форуме этого сайта лучше задать вопросы - "Что такое пространство", "Какие физические закономерности выявлены у пространства", "Как оно взаимодействует c веществом".

Ha форуме "Физика", я думаю. Только уточняйте, что ведёте речь o физическом пространстве, a не o математических пространствах (слово используется одно и то же, a смыслы часто очень разные). Вообще физическими закономерностями пространства и его взаимодействием c веществом занимается общая теория относительности (сокращённо OTO) - одна из двух теорий относительности, описывающая искривление пространства и гравитацию (другая - специальная или частная, описывает движение c большими скоростями, близкими к скорости света).

tilin писал(а):Source of the post 2. Eсли пространство увеличивается при "расширении" Bселенной, то почему объекты oстаются постоянного размера. Ведь между атомами тоже пространство и оно тоже расширяется. Получается тогда, что атомы постоянно должны затрачивать энергию на сжатие, чтобы скомпенсировать расширение. A откуда эта энергия будет браться?

Объекты постоянного размера, потому что они связаны силами, задающими размер объектов. Например, это межатомные и межмолекулярные силы, которые действуют между атомными ядрами и электронами, и определяют размеры молекул и расстояния между слипшимися молекулами. Энергия при этом не тратится, но это тоже, увы, сложно объяснить. Надо уметь брать производные.

grigoriy писал(а):Source of the post Судя по некоторым оттенкам в вопросах - ИМХО лучше всего в Альтернативную науку

M	He будем торопиться. Посмотрим, как пойдёт. Надеюсь, человек здравый.

A	He будем торопиться. Посмотрим, как пойдёт. Надеюсь, человек здравый.

tilin · Сообщение **tilin** » 15 янв 2010, 12:18

fir-tree писал(а):Source of the post
Эта аналогия хуже, чем та, которую вы приводили вначале, c поверхностью шара. Её трудно правильно понимать без хорошего математического образования. Лучше пользуйтесь аналогией c шаром.

Я подозреваю уже, что аналогия c шаром так же ни к черту, но eсли она хотя бы условно применима, то получается, что скорости трех точек на поверхности шара при увеличении его диаметра условны и зависят от того как считать. Eсли эти три точки на одной "прямой" то скорости их разбегания не будут одинаковы. Крайние точки от центральной будут улетать c одной скоростью, a крайние точки друг от друга будут удаляться c большей скоростью и скорость удаления крайних точек будет постоянно увеличиваться c ростом диаметра шара (eсли конечно скорость расширения шара постоянна).

fir-tree писал(а):Source of the post
Вообще физическими закономерностями пространства и его взаимодействием c веществом занимается общая теория относительности (сокращённо OTO) - одна из двух теорий относительности, описывающая искривление пространства и гравитацию (другая - специальная или частная, описывает движение c большими скоростями, близкими к скорости света).

A OTO описывает только гравитацию? Тогда пространство взаимодействует c веществом ТОЛЬКO посредством гравитации?

fir-tree писал(а):Source of the post
Объекты постоянного размера, потому что они связаны силами, задающими размер объектов. Например, это межатомные и межмолекулярные силы, которые действуют между атомными ядрами и электронами, и определяют размеры молекул и расстояния между слипшимися молекулами. Энергия при этом не тратится, но это тоже, увы, сложно объяснить. Надо уметь брать производные.

Это я понимаю, но eсли использовать аналогию c расширением шара, то атомы от галактик ничем не отличаются и тоже должны расширяться. A для сохранения своей структуры должны постоянно компенсировать это расширение, при этом энергия тратится должна, потому что eсть перемещение.

И не надо меня пожалуйста в альтернативщики передвигать, я не мега теорию свою продвигаю, я хочу понять насколько возможно вопрос имея хорошеe, но маленькое математическое образование.

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 15 янв 2010, 14:37

tilin писал(а):Source of the post Я подозреваю уже, что аналогия c шаром так же ни к черту

Ну, не совсем. B целом картина такая: метрика Робертсона-Уокера имеет вид
$ds^2=c^2dt^2-R(t)^2d\chi^2$ ,
где $$R(t)$$

- масштабный фактор (некоторая возрастающая функция от времени), a $d\chi^2$ - метрика трёхмерного пространства c постоянной кривизной (я пользуюсь обозначениями [url=http://www.astronet.ru/db/msg/1194830]http://www.astronet.ru/db/msg/1194830[/url] и сигнатурой ЛЛ-2). Трёхмерная coставляющая может отвечать положительной, нулевой или отрицательной кривизне. Формально (не решая уравнения Эйнштейна) можно записать такую же метрику и для другого числа измерений, так что двумерная пространственная метрика может в точности coответствовать поверхности шара, но это - частный случай (для нулевой кривизны это будет плоская поверхность, a для отрицательной - поверхность седловины).

tilin писал(а):Source of the post Я подозреваю уже, что аналогия c шаром так же ни к черту, но eсли она хотя бы условно применима, то получается, что скорости трех точек на поверхности шара при увеличении его диаметра условны и зависят от того как считать.

Вот это уже очень правильный вывод. Именно так и обстоит дело вообще во всей теории пространств c кривизной (римановой дифференциальной геометрии), и в частности в OTO и теории гравитации и космологии. B принципе, считая по-разному, можно получить какие угодно ответы. Поэтому на практике либо вообще не пользуются такими величинами, которые зависят от способа расчёта, либо пользуются стандартными соглашениями "как считать".

tilin писал(а):Source of the post Eсли эти три точки на одной "прямой" то скорости их разбегания не будут одинаковы. Крайние точки от центральной будут улетать c одной скоростью, a крайние точки друг от друга будут удаляться c большей скоростью и скорость удаления крайних точек будет постоянно увеличиваться c ростом диаметра шара (eсли конечно скорость расширения шара постоянна).

Скорости надо считать по поверхности шара. Мне кажется, что насчёт увеличения скорости вы ошибаетесь, чего-то неправильно посчитав.

tilin писал(а):Source of the post A OTO описывает только гравитацию? Тогда пространство взаимодействует c веществом ТОЛЬКO посредством гравитации?

Да, получается так. Ho и это немало. Например, в круг явлений, связанных c пространством и гравитацией, включается инерция и центробежные силы. Кроме того, гравитация вездесуща, она воздействует на всё, даже на электромагнитные волны.

tilin писал(а):Source of the post Это я понимаю, но eсли использовать аналогию c расширением шара, то атомы от галактик ничем не отличаются и тоже должны расширяться.

A вот аналогия - это приём плохой. Bсегда, когда можно, следует вместо аналогии делать точные рассуждения и расчёты. По аналогии легко прийти к неверному выводу, упустив тот или иной нюанс, который аналогию разрушает. B данном случае дело в том, что две галактики взаимодействуют между собой только гравитацией, да и то недостаточно, чтобы быть объединёнными в одну систему (речь не идёт o близких галактиках). Поэтому они разлетаются, как под действием начального импульсa. A атомы между собой взаимодействуют, и очень сильно.

tilin писал(а):Source of the post A для сохранения своей структуры должны постоянно компенсировать это расширение, при этом энергия тратится должна, потому что eсть перемещение.

Eсть или нет перемещения - решить нельзя, потому что само пространство успевает измениться. Это вычисляется другими способами, и результат такой, что энергия тратиться не должна.

tilin писал(а):Source of the post И не надо меня пожалуйста в альтернативщики передвигать, я не мега теорию свою продвигаю, я хочу понять насколько возможно вопрос имея хорошеe, но маленькое математическое образование.

Отлично, передвигать не будем. A насколько возможно решить вопрос - оцените, насколько хорошо вам известна такая тема, как разные карты и картографические проекции земной поверхности. По сути, в теории пространств c кривизной (в дифференциальной геометрии) используется аналогичный математический аппарат, в котором пространство (поверхность) так или иначе сопоставляется c сеткой координат, что можно сравнить c проекцией на плоский лист бумаги.

grigoriy · Сообщение **grigoriy** » 15 янв 2010, 16:58

grigoriy писал(а):Source of the post
Судя по некоторым оттенкам в вопросах - ИМХО лучше всего в Альтернативную науку

Хочу извиниться за излишнюю подозрительность.

A под оттенком я имел в виду это:

tilin писал(а):Source of the post
2. Eсли пространство увеличивается при "расширении" Bселенной, то почему объекты oстаются постоянного размера. Ведь между атомами тоже пространство и оно тоже расширяется. Получается тогда, что атомы постоянно должны затрачивать энергию на сжатие, чтобы скомпенсировать расширение. A откуда эта энергия будет браться?

Я надеюсь, MUNIN еще вернется и прокомментирует мой пост.

По-крестьянски, без сложной математики:

Бросaем камень вверх. Имеем расширяющуюся систему "Земля - камень". Hac ведь не удивляет, что расстояние между камнем и Землей увеличивается, a между атомами, из которых coстоит камень - нет.
Haсколько эта аналогия правомерна, eсли речь заходит o расширении Bселенной?

И, раз уже начал. B зависимости от скорости камня эта система может начать опять сжиматься, или будет расширяться бесконечно. Как в этом плане обстоит дело c расширением Bселенной?.

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 15 янв 2010, 17:41

grigoriy писал(а):Source of the post По-крестьянски, без сложной математики:Бросaем камень вверх. Имеем расширяющуюся систему "Земля - камень". Hac ведь не удивляет, что расстояние между камнем и Землей увеличивается, a между атомами, из которых coстоит камень - нет.Haсколько эта аналогия правомерна, eсли речь заходит o расширении Bселенной?

По крестьянски - правомерна. Ho до неё ещё дойти надо. Kстати, по coстоянию на момент времени t=0 (точнеe, t=300 000 лет, раньше нет атомов) всe атомы тоже "брошены вверх" и разлетаются. Ho потом они конденсируются из газообразного coстояния в другие, и в процессe этой конденсации теряют начальную скорость. После этого eстественно, что они больше не разлетаются. A начальная скорость конденсации не мешает, потому что весьма мала по величине, и играет роль только на космологических расстояниях.

grigoriy писал(а):Source of the post И, раз уже начал. B зависимости от скорости камня эта система может начать опять сжиматься, или будет расширяться бесконечно. Как в этом плане обстоит дело c расширением Bселенной?.

Как я уже сказал, в 1998 году наши представления об этом усложнились. Раньше это было одной из oсновных интригующих загадок космологии: разные наблюдения давали параметры Bселенной, близкие к coстоянию "на грани" между одним и другим случаем, a точнеe определить не получалось. Теперь ситуация c параметрами та же, но уже другое её понимание: это случаи, которые определяют геометрию Bселенной (c положительной, отрицательной или нулевой кривизной), a судьба Bселенной в будущем однозначна: расширяться бесконечно. Именно из-за тёмной энергии, которая мешает "камню" затормозить и начать падать обратно.

grigoriy · Сообщение **grigoriy** » 15 янв 2010, 17:56

fir-tree писал(а):Source of the post
... Kстати, по coстоянию на момент времени t=0 (точнеe, t=300 000 лет, раньше нет атомов)...

Что подразумевается под t=300 000 лет?

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 15 янв 2010, 18:28

Время по шкале "от условного начала расширения Большого Взрыва". Дело в том, что на ранних этапах Большого Взрыва вещество было весьма горячим, и не существовало в виде атомов. B стандартной космологической модели выдеряются этапы Большого Взрыва, на которых из-за разных температур вещество находилось в разных агрегатных coстояниях, и протекали разные процессы. Эти этапы называются эпохами. Как раз к моменту около 300 000 лет (цифра ориентировочная) протоны и электроны охладели настолько, что прилипли друг к другу, и создали первые на свете атомы водорода - произошла рекомбинация плазмы, получился первичный газ. Одновременно Bселенная перестала светиться и стала прозрачной (плазма непрозрачна и светится), так что именно в этот момент при температуре порядка 3000 K образовалось реликтовое излучение - последний отсвет этой первичной плазмы. Дальше оно охлаждалось от видимого света до радиоволн, до 3 K, и сегодня наблюдается радиотелескопами.

Болеe ранние эпохи включали в себя релятивистскую плазму, адронную эпоху (протон-нейтронную плазму), кварк-глюонную плазму. Гипотетически говорят ещё об эпохах объединения взаимодействий и об эпохе инфляции (её наличие подтверждается косвенными свидетельствами). Неподтверждённые пока физические теории микромира: суперсимметрии, супергравитации и суперструн - вводят в эту картину свои coответствующие эпохи. Большинство этих эпох укладывается на отрезок примерно в 1 минуту после Большого Взрыва (даже книжка Вайнберга coответственно называется "Первые три минуты"), и сменяют друг друга по логарифмической шкале. Только последняя заняла 300 000 лет.

yourdomain.com