?

Log in

No account? Create an account
Быстрее света - Звездочет

Звездочет
Date: 2014-06-02 04:39
Subject: Быстрее света
Security: Public
Tags:science
Есть в космологии одна чрезвычайно распространенная ошибка, заключающаяся в чересчур прямолинейном ответе на вопрос о размере видимой части Вселенной (т.е. размере области, откуда за время существования Вселенной к нам успел бы дойти свет). Эти прямолинейные рассуждения выглядят примерно так: "возраст Вселенной составляет 13 с лишним миллиардов лет - следовательно, и размер (радиус) видимой части Вселенной тоже равен 13 с лишним миллиардам световых лет (скорость света умножить на время)".

Собственно, почему этот ответ неверен - догадаться довольно легко: он не учитывает того факта, что наша Вселенная расширяется. Так что за время путешествия света от какого-либо объекта - он, этот объект, удалится от нас еще дальше.

Но определенно более неожиданным является ответ на следующий за этим вопрос - а во сколько же тогда раз радиус видимой части Вселенной больше этого самого c*t (скорость света умножить на время)? Казалось бы - не больше, чем в два раза, ведь скорость удаления любого объекта не может превышать скорости света, как говорит нам теория относительности.

Этот ответ, однако, тоже является неверным. Даже на материально-доминированной стадии эволюции Вселенной (всего выделяют четыре основных стадии - инфляционная, радиационно-доминированная, материально-доминированная и современная стадия доминирования темной энергии, иногда называемая новым инфляционным периодом) - так вот, даже на материально-доминированной стадии, когда расширение Вселенной происходит с замедлением, радиус видимой Вселенной в целых три раза больше c*t (это легко показать с помощью очень простых расчетов).

А уж для текущей стадии доминирования темной энергии, когда Вселенная перешла на ускоренный режим расширения - соотношение между радиусом видимой Вселенной (порядка 45 миллиардов световых лет) и величиной c*t стало еще больше (и составляет три с лишним раза - точную величину несложно получить путем решения уравнений Фридмана для конкретной модели Вселенной), и с течением времени будет расти далее.

Но разве, таким образом, мы не получаем противоречия с теорией относительности - ведь это вроде бы означает, что далекие объекты удаляются от нас со скоростью, которая больше скорости света?

Ответ - нет, противоречия не получаем, хотя далекие объекты _и в самом деле_ удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света. Так, в модели Вселенной 30/70 (т.е. 30% ее полной плотности составляет вещество, включая темную материю, а остальные 70% - темная энергия в форме космологической постоянной) галактики, чье красное смещение больше примерно 1.5 - в настоящее время (именно в настоящее, не в тот момент, когда они излучали свет, который мы принимаем сейчас) удаляются от нас со скоростью, большей скорости света.

И потому* тот свет, который они излучают сейчас - мы уже не получим никогда, даже в бесконечном будущем. И, соответственно, наши сигналы, которые мы можем послать сейчас, или наши космические корабли, которые, быть может, мы когда-нибудь построим - их тоже уже не достигнут никогда. Как это иногда говорится - они вышли за наш горизонт событий.

Но противоречия с теорией относительности тут, еще раз повторю, нет ни малейшего. Потому что расширение Вселенной - это не разлет галактик и всего остального содержимого Вселенной _в_ пространстве. Нет, это "раздувание" самого пространства-времени.

Условно говоря: мы не можем двигать предметы по линейке со скоростью, большей скорости света - но тут у нас расширяется сама линейка.

Для тех, кто хочет глубже разобраться в этой теме (и узнать, что такое "космологический горизонт событий" - и чем он отличается от "горизонта частиц") - в Архиве есть отличная научно-популярная статья Tamara M. Davis и Charles H. Lineweaver. Испытывающим сложности с английским - рекомендую написанную на основе ее перевода статью Сергея Попова.

И еще одна рекомендация - великолепная научно-популярная лекция "Многоликая Вселенная" знаменитого Андрея Линде, несколько лет назад прочитанная им в ФИАНе. Если честно - толчком к написанию данной моей заметки послужила именно лекция Андрея, ибо в ней мне встретилась (в одной из начальных табличек) как раз та самая ошибка, которая здесь обсуждалась.

Но, разумеется, в тексте самой лекции Андрей дал все необходимые разъяснения. :)

-----

* Строго говоря - не совсем "потому", но разъяснение на эту тему я дам в одном из следующих постингов (или же его можно прочитать по приведенным мною ссылкам).



Оставить комментарий | 78 | | Ссылка






User: (Анонимно)
Date: 2014-06-02 06:40
Subject: (без темы)
Спасибо!
Но, как я понимаю, если речь идёт только о "раздувании" пространства-времени, мы бы не заметили никакого расширения и не наблюдали бы никакого красного смещения. Ведь пропорционально расстояниям удлинялись бы и мы сами, и наши линейки, и длины волн. Очевидно, "раздувание" непропорционально?
Ответить | Ветвь дискуссии | Ссылка



Звездочет: pic#10669189
User: m61
Date: 2014-06-02 13:32
Subject: (без темы)
Keyword:pic#10669189
"Раздувание" равномерно в пространстве (именно поэтому скорость удаления галактик прямо пропорциональна расстоянию до них - что легко можно понять, представив себе Вселенную в виде раздувающегося воздушного шарика), но неравномерно по времени.

Но гравитационно-связанные системы (а также тела, связанные каким-либо иным образом) в расширении Вселенной не участвуют. Так что ни наши тела, ни наша Земля и наша Солнечная система, ни даже наша Галактика (и все прочие галактики в отдельности) - не расширяются, нет.

На эту тему есть замечательный диалог в фильме Вуди Алена "Энни Холл":

– Почему Вы не делаете вашу домашнюю работу?
– Какой смысл? Вселенная расширяется. Все развалится, и мы все умрем.
– Мы живем в Бруклине. Бруклин не расширяется! Идите делать вашу домашнюю работу.


:)
Ответить | Уровень выше | Ветвь дискуссии | Ссылка



fuego_estelar
User: fuego_estelar
Date: 2014-06-02 13:52
Subject: (без темы)
Вуди Ален - прелесть!:)
- Что такое imbecille?
- Ээээ... человек, обогнавший своё время. :)
(Римские приключения)

Правильно ли я Вас понял, что "раздувается" только пространство между галактиками, на расстояниях, на которых гравитационные взаимодействия достаточно малы, и ими можно пренебречь? Иными словами, воздушный шарик раздувается неравномерно, пятна на его поверхности [относительно] не растягиваются, а растягивается только поверхность между ними? И если так, то интересно, какова должна быть напряжённость грав. поля, чтобы эффект "раздувания" стал заметен?

Edited at 2014-06-02 14:37 (UTC)
Ответить | Уровень выше | Ветвь дискуссии | Ссылка



Звездочет: pic#10669189
User: m61
Date: 2014-06-02 15:18
Subject: (без темы)
Keyword:pic#10669189
Да, наглядно это действительно легче всего представить как раз в виде воздушного шарика, на который брызнули краской. Тогда, при раздувании шарика, расстояние между пятнами красками станет расти, а вот сами пятна увеличиваться в размере не будут.

Полностью "выключатся" из расширения Вселенной, как я уже сказал, гравитационно-связанные системы - т.е. системы, полная энергия которых (сумма положительной кинетической и отрицательной гравитационной) тоже будет отрицательной. Если это условие не выполняется - то система будет участвовать в расширении, но гравитационное взаимодействие окажет свое влияние на скорость расширения. Так, существуют так называемые "пекулярные скорости" галактик - скорости, обусловленные гравитационным взаимодействием, и на близких расстояниях они могут существенно искажать картину т.н. "хаббловского потока" (поля скоростей, обусловленного расширением Вселенной).

Насколько серьезно будет это влияние - навскидку можно оценить, сопоставив вторую космическую скорость на данном расстоянии от тяготеющего объекта (т.е. sqrt(GM/r)) и хаббловскую скорость (т.е. H*r).
Ответить | Уровень выше | Ветвь дискуссии | Ссылка



fuego_estelar
User: fuego_estelar
Date: 2014-06-02 17:20
Subject: (без темы)
Спасибо за доходчивые пояснения!
Ответить | Уровень выше | Ветвь дискуссии | Ссылка



User: jivopyra
Date: 2014-06-09 11:47
Subject: (без темы)
Притянуто за уши, чтобы спасти доктрину теории относительности :)
Ответить | Уровень выше | Ветвь дискуссии | Ссылка



Звездочет: pic#10669189
User: m61
Date: 2014-06-09 13:18
Subject: (без темы)
Keyword:pic#10669189
"Шеф, усё пропало, нас раскрыли!"
Ответить | Уровень выше | Ветвь дискуссии | Ссылка



User: jivopyra
Date: 2014-06-09 13:28
Subject: (без темы)
Не переживайте. Попов, вона, давно раскрыли - а они всё так же здравствуют. Физике ничего не угрожает :)
Ответить | Уровень выше | Ветвь дискуссии | Ссылка



User: Alex T
Date: 2014-06-21 16:24
Subject: (без темы)
jivopyra - "Притянуто за уши, чтобы спасти доктрину теории относительности"
---
Вы знаете, jivopyra, что системы точного GPS-позиционирования и измерения учитывают эффект замедления времени для спутников, излучающих сигналы?
(добавлен в алгоритм расчета итоговых циферок на экране, зашитый в микросхеме. Лично я считаю это лучшим памятником Эйнштейну)
Т.е. уже для 1-й космической скорости - тысячные доли процента световой.
Ну вот оказывается, что если этого не делать, среднее значение измерений будет смещено относительно точного (измеренного линейкой - рулеткой на земле) ровно на те сантиметры, которое проходит свет за время этого замедления.
----
"и то и то - только гипотезы"... ну-ну!

Edited at 2014-06-21 16:27 (UTC)
Ответить | Уровень выше | Ветвь дискуссии | Ссылка



User: jivopyra
Date: 2014-06-21 17:56
Subject: (без темы)
Вы знаете, jivopyra, что системы точного GPS-позиционирования и измерения учитывают эффект замедления времени для спутников, излучающих сигналы?

Знаю. И чего? Это каким-то образом доказывает что _наблюдаемое_ нами в ближней окрестности должно точно так же _наблюдаться_ в далёкой окрестности? Маленькая зацепочка, если поймёте - астрономам древности было удивительно, как это "большие планеты" в своём движении пятятся назад, в то время, как остальные видимые планеты всё время движутся только вперёд... Почему?

Чтобы объяснить это понадобилось понимание, что наблюдатель тоже движется в составе одной из планет. И понимание это пришло не сразу - сначала через деференты и эпициклы, и только потом - то, которым мы пользуемся и поныне.

В физике и посейчас полно таких "деферентов и эпициклов". Например - "нейтрино". Такая же шняга, как средневековый "флогистон". Т.е. я хочу сказать, что удовлетворительное объяснение почему спектр бета-распада непрерывный, а не дискретный ещё ждёт своего автора в будущем. "Тёмная энергия" - это тоже "флогистон" :)

"и то и то - только гипотезы"... ну-ну!

Разумеется. У вас нет ни теории, удовлетворяющей критерию Поппера, ни прямого эксперимента... Метафизика, подтверждаемая косвенным экспериментом по совокупности наблюдаемых эмпирик. Этого мало, чтобы считать "именно это существует в действительности".
Ответить | Уровень выше | Ветвь дискуссии | Ссылка



browse
my journal
Ноябрь 2017