Что означает расширение вселенной?
Верно то утверждение, что Вселенная расширяется, но это не меняет расстояния между Землей и Солнцем. Это также не влияет на расстояние между атомами.
Расширение Вселенной не влияет на относительное положение астрономических тел внутри галактик. Верно то утверждение, что Вселенная расширяется, но это не меняет расстояния между Землей и Солнцем. Это также не влияет на расстояние между атомами.
Расширение Вселенной частично вызвано Большим взрывом, а частично – темной энергией. Такое расширение не следует рассматривать как разлетающиеся друг от друга звезды в статической ткани пространства-времени. Вместо этого звезды более или менее статичны относительно ткани пространства-времени, которая сама расширяется.
Иногда можно услышать вопрос: «Где находится центр расширения Вселенной?» Этот вопрос имеет смысл только в том случае, если все звезды улетали бы из какой-то центральной точки. Поскольку расширение – это само пространство, центра у него нет.
Было установлено несколько примечательных особенностей расширения Вселенной.
Во-первых, хотя все далекие галактики удаляются, ни Земля, ни какая-либо другая точка в космосе не находится в центре Вселенной. Скорее, все удаляется от всего остального, и центра нет.
Во-вторых, в локальном масштабе гравитация преобладает над космологическим расширением и удерживает материю вместе. Масштаб, в котором это происходит, на удивление велик – даже целые скопления галактик сопротивляются расширению и держатся вместе.
В-третьих, неправильно думать о галактиках и скоплениях галактик, удаляющихся друг от друга «через» пространство. Более точная картина – это само пространство, расширяющееся и уносящее с собой все объекты.
Представьте себе бесконечный лист бумаги с сеткой из квадратов в один сантиметр, нарисованный на его поверхности, и другой бесконечный лист с сеткой из квадратов в два сантиметра.
Второй лист расширяется относительно первого, но нет центра расширения. Планетные системы не расширяются, несмотря на существование в расширяющейся Вселенной, из-за связывающей силы гравитации. Фактически, даже галактики обладают достаточной гравитацией, чтобы противостоять расширению.
Только когда вы дойдете до уровня, когда взаимное гравитационное притяжение незначительно – на межгалактический уровень, становится очевидным расширение Вселенной. Точно так же электроны в атомах не расходятся, несмотря на расширение Вселенной.
Все предметы на Земле не расширяются. Этот факт является причиной того, что мы в первую очередь можем обнаружить расширение Вселенной. Если бы мы расширялись с той же скоростью, что и галактики, мы бы никогда не открыли расширение Вселенной.
При этом выражение о том, что гравитация локально преодолевает расширение Вселенной, несколько упрощено. Пространство-время в космологическом масштабе довольно сложно.
Более точным утверждением было бы то, что где-то рядом с веществом (в группах галактик) пространство-время изгибается так, чтобы вызывать притяжение объектов, и мы называем это притяжение гравитацией; но вдали от материи (между группами галактик) пространство-время естественным образом расширяется само по себе.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Если Вселенная расширяется, то почему не меняется расстояние между планетами?
Вновь отвечаем на вопрос присланный подписчиком:
Как оказывает влияние расширение пространства на гравитационно связанные объекты? Не увеличивается ли из-за него расстояние между планетами солнечной системы? Становятся ли длиннее из-за него меры длины: например километр?
Наша вселенная стремительно расширяется за счёт постоянного появления нового пространства, в каждой точке вселенной. Таким образом, чем дальше объекты друг от друга, тем больше пространства образуется между ними каждую секунду и тем быстрее они друг от друга вследствие этого отдаляются.
Однако, объекты, находящиеся на относительно небольших расстояниях, притягиваются друг к другу достаточно сильно, чтобы не разлетаться: ускорение, придаваемое им гравитацией, оказывается больше, чем ускорение от расширения вселенной, поэтому большинство объектов вполне могут сближаться друг с другом, хотя расширение вселенной и влияет на скорость этого сближения.
К таким объектам можно отнести галактики и их скопления, а также все более мелкие структуры во вселенной. Так к примеру, несмотря на расширение вселенной, наша галактика сближается с галактикой Андромеда. Это происходит потому, что наша галактика и Андромеда притягиваются друг к другу быстрее, чем успевает расширяться пространство между ними.
В масштабах планетных систем расширение вселенной в наше время практически неощутимо и расстояние между планетами из-за него меняется на величину на много порядков меньшую, чем способно зарегистрировать любое оборудование.
Сейчас наша вселенная расширяется с ускорением и согласно большинству космологических прогнозов это не изменится, а это значит, что со временем расширение станет существенным и на масштабах звёздных систем и даже на масштабах атомных ядер, в какой-то момент все эти структуры будут просто разорваны расширением вселенной,
Этот космологический сценарий носит имя Большой Разрыв (БР). При этом, согласно расчётам учёных случится Большой Разрыв примерно через 22 миллиарда лет. Скопления галактик распадутся примерно за миллиард лет до БР, галактики — за 60 миллионов лет до БР, а планетные системы — всего за 3 месяца до БР.
Что же касается мер расстояния в современной физике, то они определены через физические процессы и постоянные, не зависящие от расширения вселенной, поэтому они не меняются.
Подписывайтесь на наш канал здесь, а также на наш канал на youtube . Каждую неделю там выходят видео, где мы отвечаем на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!
Источник
Если вселенная расширяется почему не расширяются предметы вокруг нас?
Недавно от одного из наших подписчиков я получил следующий вопрос:
Если вселенная расширяется, значит ли это, что мы все расширяемся вместе с ней? Или наш мир отдельно, а вселенная расширяется отдельно от нас?
Вопрос действительно интересный, ведь если расстояние между всеми телами во вселенной постоянно увеличивается, то странно, что оно остаётся неизменным между атомами наших тел.
Как определили, что Вселенная расширяется ?
Расширение вселенной было подтверждено ещё в 1922 году, тогда американский астроном Весто Слайфер определил, что почти все наблюдаемые галактики, за исключением трёх, двигаются прочь от Солнца, а Артур Эддингтон на основе этого и существовавших тогда космологических моделей выдвинул гипотезу: Расширение вселенной является её фундаментальным свойством и чем дальше от нас объект, тем больше его относительная скорость. В 1927 году Жоржем Леметром, а в 1929 году Эдвином Хабблом соответственно была открыта и уточнена формулы данного закона.
С тех пор и до сего дня данный закон не изменился, корректировалось только значения постоянной Хаббла, а после открытия ускоренного расширения Вселенной учёные пришли к выводу, что постоянная Хаббла не такая уж и постоянная и со временем она увеличивается.
За счёт чего расширяется Вселенная?
Очень часто можно встретить мнение, что большой взрыв произошёл в какой-то точке пространства и от неё разлетаются обломки в виде галактик, как осколки гранаты при взрыве, и именно такой разлёт и представляет собой расширение вселенной, однако. это не так.
В действительности большой взрыв не был взрывом в прямом смысле этого слова, фактически большой взрыв — это процесс появления самого пространства. И оно продолжает появляться, то есть в каждой точке Вселенной каждый миг появляется ещё немного пространства, чем дальше от нас объект тем больше между нами таких точек и, соответственно, тем больше каждую секунду между нами появляется пространства. Согласно закону Хаббла, между нами и объектом, находящемся в 3 млн световых лет от нас каждую секунду образуется около 70 км пространства.
Почему не расширяются тела вокруг нас?
Кроме расширения пространства между всеми телами также действует гравитационное притяжение, чем массивней и ближе друг к другу объекты тем сильнее они притягиваются. На масштабах планетных систем, галактик, а также скоплений галактик это притяжение значительно сильнее, чем расширение Вселенной. Таким образом, расширение полностью компенсируется гравитацией и становится незаметным. В твёрдых телах, жидкостях и газах в дополнение к гравитации действуют ещё и куда более интенсивные силы межмолекулярного притяжения, которые также нивелируют расширение Вселенной на масштабах частиц.
Однако согласно современным космологическим моделям так будет не всегда, со временем расширение Вселенной будет ускоряться и наступит момент, когда гравитация уже не сможет его компенсировать, после этого сначала астрономические системы, а затем и обычные тела начнут заметно расширяться и, в конце концов, всё во вселенной будет разорвано на элементарные частицы, которые расширение разнесёт на бесконечное расстояние друг от друга. Данный космологический сценарий носит название большой разрыв.
Даже если бы притяжения между телами не существовало, мы не смогли бы заметить расширение объектов вокруг нас. Как было сказано выше, чем больше расстояние до объекта, тем больше пространства образуется между нами каждую секунду, на масштабах тел с которыми мы взаимодействуем каждый день данное расширение оказывается невообразимо малым. К примеру, если же взять объекты, удалённые друг от друга на 1 метр, то они будут отдаляться друг от друга со скоростью 2,4 аттометра в секунду, с такой скоростью, чтобы отдалиться друг от друга ещё на 1 метр им понадобится около 10 млрд лет. А на масштабах микрочастиц расширение будет ещё более медленным и абсолютно не заметным невооружённым взглядом даже за всю человеческую жизнь.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .
Источник
Как и куда расширяется вселенная?
Я думаю многие слышали о том, что Вселенная расширяется. У моих читателей возникает множество вопросов связанных с этим. В этой статье я постарался ответить на наиболее типичные из них.
Как работает расширение вселенной?
Когда мы смотрим на отдаленные объекты, мы можем заметить, что они отдаляются от нас, при этом чем дальше от нас находится объект, тем быстрее он отдаляется. К примеру объекты находящиеся от нас на расстоянии 13.8 миллиардов световых лет ( сфера Хаббла ) отдаляются от нас со скоростью света, а объекты находящиеся еще дальше – отдаляются быстрее скорости света!
Казалось бы происходит нарушение теории относительности, которая запрещает сверхсветовое движение, но на самом деле это не так. Так отдаленные галактики отдаляются от нас не за счет собственного движения, а за счет того, что между нами и ними пространство расширяется настолько быстро, что для расстояние увеличивается быстрее скорости света.
Почему отдаленные галактики удаляются быстрее?
Потому, что пространство расширяется везде и повсеместно равномерно во всех точках. К примеру если во вселенной каждый метр пространства увеличится на 1 сантиметр за 1 секунду, то тогда объекты расположенные на расстоянии 1 километр друг от друга отдалятся за 1 секунду друг от друга на 10 метров. А на расстоянии 100 километров — на 1000 метров. А на расстоянии 1000 километров — на 10 000 метров и так далее — чем больше расстояние между объектами, тем больше пространства между ними возникает за единицу времени.
Почему все галактики удаляется от нас? Значит ли это, что мы находимся в центре расширения? В центре вселенной? Нет, не значит. Так как пространство расширяется повсеместно и равномерно то какую бы галактику вы не выбрали, как точку обзора, из нее все будет выглядеть так, как будто это она находится в центре расширения, но по сути никакого центра расширения просто нет.
На расстоянии примерно 46.5 миллиардов световых лет находится граница наблюдаемой вселенной. Все что находится за ней мы никогда не сможем увидеть. Просто потому, что фотоны испущенные объектами находящимися за границей наблюдаемой вселенной никогда не достигнут нас — пространство между ними и нами будет возникать быстрее, чем фотоны будут успевать преодолевать его. Это расстояние еще называют горизонтом частиц .
Куда расширяется вселенная?
Теперь возникает следующий вопрос – куда же расширяется вселенная? Ответ на него донельзя прозаичен – никуда. Все дело в том, что вселенная бесконечна и не имеет границ. Более того вселенная всегда была бесконечна, даже в момент Большого Взрыва. Когда физик или астроном говорит, что в момент большого взрыва вселенная была сжата до микроскопического размера речь идет о размерах наблюдаемой вселенной, а не всей вселенной.
Источник
Спросите Итана №64: что происходит с материей при расширении Вселенной?
При расширении Вселенной излучение растягивается, и длины волн увеличиваются – но что происходит с материей?
Медленно растущее дерево приносит лучшие плоды
— Мольер
Сегодня конец недели, и поэтому мы, просмотрев ваши вопросы, выбрали один, который получит ответ в нашей колонке. Спрашивает Андрей Новак:
Теория Большого взрыва утверждает, что при расширении пространства-времени свет смещается в область увеличения длин волн. А влияет ли это расширение на частицы материи? Ведь их размер конечен.
Удивительный вопрос, если задуматься.
С одной стороны, удивительная история, начавшаяся в нашей Вселенной около 13,8 миллиардов лет назад, продолжает развиваться. Вся материя во Вселенной, во всех её формах, была в горячем и плотном состоянии, и расширялась. Она расширялась не так, как это происходит у фрагментов взрыва, но как тесто, подходящее в печи.
Если вы представите все частички материи в виде атомов хлеба, вы начнёте понимать, как работает расширение Вселенной.
С точки зрения каждого из атомов все другие атомы убегают от него, а те, что изначально находились дальше, убегают быстрее тех, что были ближе. Это происходит не оттого, что атомы двигаются, или удалённые атомы двигаются быстрее соседних – а оттого, что расширяется само пространство, где они живут.
А если расширяется пространство, то Вселенная проделывает удивительную штуку надо всем, что находится в ней.
Она всё охлаждает! Легко понять, почему это работает для излучения. У него есть определённая длина волны, и эта длина определяет его энергию.
Что же происходит при увеличении расстояний во Вселенной? Волны растягиваются, и энергии падают. Именно это позволило сформироваться атомам в море ионизированной плазмы: спонтанно образовывавшиеся электроны и ядра разбивались фотонами, но по мере охлаждения Вселенной, энергия фотонов уменьшалась, и её перестало хватать.
В результате у нас появились нейтральные атомы, а через 10-100 миллионов лет после этого они сколлапсировали в звёзды и галактики. По мере расширения Вселенной излучение охлаждается, так как волны растягиваются. Мы уже подробно объясняли этот эффект.
А что же насчёт материи? Ведь и материя сначала двигалась очень быстро, и её тоже что-то должно было охладить – или она не смогла бы сколлапсировать в звёзды и галактики. Помните – чтобы молекулярное облако скомковалось и сформировало звёзды, газ должен быть холодным. Иначе ничего не получится.
Да и вообще, чтобы галактика сформировалась, и материя оставалась гравитационно связанной в виде спиральной или эллиптической структуры, скорость частиц должна быть ниже скорости убегания для этой галактики. Для большинства галактик эта скорость составляет всего несколько сотен километров в секунду. И хотя это довольно быстро, вспомните, что изначально большинство атомов двигалось со скоростями в сотни тысяч километров в секунду!
И всё-таки сегодня во Вселенной хватает звёзд и галактик.
Так что же случилось с материей? Задумайтесь не только о том, как в расширяющейся Вселенной ведут себя волны, но также и о том, что это значит для частиц, движущихся с определёнными скоростями. Скорость – это расстояние, которое частица проходит за заданное время, точно так же, как длина волны – это расстояние между двумя соседними гребнями волны. Скорость частицы играет ту же роль, что длина волны у излучения: это мера кинетической энергии, присущей системе.
Излучение более высоких энергий (с меньшими длинами волн) ведёт себя больше похоже на гамма-лучи, и меньше – на радиоволны, а у частиц с большими скоростями и энергия тоже больше. Именно поэтому у более горячих частиц – с большей температурой – и скорости выше, поэтому в правильных условиях они и физической работы могут произвести больше.
При расширении Вселенной и увеличении расстояний между объектами увеличиваются не только длины волн, и падает не только энергия излучения. Скорости тоже падают – а значит, падает и энергия частиц! Подумайте сами: допустим, Вы двигаетесь со скоростью 100 км/с относительно некоей точки, а Вселенная расширяется со скоростью 10 км/с на килопарсек (скорость расширения исчисляется в скорости на единицу расстояни). Это в 1000 раз быстрее сегодняшнего расширения, но это хороший пример скоростей, бывших в прошлом. А килопарсек – это расстояние чуть больше 3000 световых лет.
Что случится, если вы будете путешествовать десять миллионов лет – время, требуемое телу, двигающемуся со скоростью 100 км/с на преодоление одного килопарсека?
Вы всё ещё двигаетесь со скоростью в 100 км/с относительно своего изначального положения, но оно находится уже в килопарсеке от вас. Оно удаляется от вас со скоростью в 100 км/с, но часть этой скорости – 10 км/с – относится на счёт расширения Вселенной. Поэтому, ваша скорость относительно расширяющейся Вселенной замедлилась, и теперь вы двигаетесь только со скоростью 90 км/с. А по мере расширения Вселенной ваша скорость продолжает падать.
Поэтому, в расширяющейся Вселенной излучение теряет энергию из-за красного смещения, но материя также теряет кинетическую энергию из-за расширения Вселенной!
Что ещё интереснее, так это возможность трактовать всё, что движется с околосветовой скоростью, как излучение. А всё, что движется сильно медленнее – как материю. Поэтому изначально даже частицы и протоны вели себя как излучение, а позже (сейчас, например) даже нейтрино начинают вести себя, как материя. Существуют модели, присваивающие небольшие, но ненулевые, массы покоя частицам вроде фотона и гравитона. Если Вселенная будет и дальше расширяться и охлаждаться, и эти частицы действительно обнаружат свою массу, они начнут вести себя, как материя, и охлаждаться, и – если тёмная энергия не раскидает всю материю друг от друга – они тоже начнут кучковаться!
Поэтому, Андрей, на частицы материи тоже влияет расширение Вселенной: они охлаждаются и теряют энергию. Для частиц, не двигающихся с релятивистскими скоростями, энергия пропорциональна квадрату скорости, поэтому, когда из-за расширения Вселенной энергия частицы уменьшается в два раза, её скорость уменьшается на 29% (в 1/√2). Протоны и нейтроны перестают быть релятивистскими, и начинают вести себя, как материя, когда Вселенной исполняется микросекунда; электроны – в возрасте секунды; нейтрино – десятки тысяч лет; фотоны и гравитоны, если у них действительно есть масса, будут вести себя не раньше, чем Вселенной будет квинтиллион лет!
Для формирования наблюдаемых нами сегодня молекул, звёзд, галактик и планет, потребовалось не только, чтобы излучение потеряло энергию, но и чтобы упала кинетическая энергия отдельных частиц. Нам очень повезло, что расширение Вселенной работает именно так – ведь из-за него получилась та Вселенная, что мы сейчас наблюдаем!
Спасибо за прекрасный вопрос, и надеюсь, что объяснение было сделано понятно для вас и для остальных. Присылайте мне ваши вопросы и предложения для следующих статей.
Источник