Если Вселенная расширяется, то почему сталкиваются галактики?
Если Вселенная постоянно расширяется и объекты отдаляются друг от друга, то почему же галактики порой сталкиваются?
Не должно ли быть такого, что объекты будут «разбегаться» по разные стороны?
Да, в самом деле пространство между всеми объектами во Вселенной расширяется, но люди, находясь на Земле, этого не замечают. Согласно закону Хаббла, скорость удаления объектов друг от друга напрямую зависит от расстояния между ними.
Для примера астрономы предлагают вообразить воздушный шар на котором на разном расстоянии друг от друга размещены 4 точки. Когда шар надувается, то расстояние между точками меняется: одна пара отдаляется сильнее, чем другая.
Это объясняться весьма просто — пространство расширяется одинаково по всем направлениями, но если изначально между точками было большое расстояние, то после надувания шара оно лишь увеличится.
© storiaromanaebizantina.it
Аналогично работает и процесс расширения Вселенной.
Расстояние от Земли до Луны составляет 384.400 километров. Исходя все из того же закона Хаббла, для отдаления Луны от Земли на 1 километр потребуется примерно 12 000 лет.
По космическим меркам это крайне мало, а значит когда-то Луна должна будет «отделиться» от нашей планеты и отправиться блуждать по Солнечной системе?
Не стоит забывать о гравитации.
Все объекты во Вселенной связаны между собой. Если наш спутник решит отдалиться на 1 километр, то гравитация его вернет на место. По этой же причине планеты не вращаются хаотично, а следуют четким орбитам.
Так почему же сталкиваются галактики?
Их взаимное гравитационное притяжение оказывает мощное воздействие, которое работает быстрее, чем расширение ткани пространства-времени.
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
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
Переосмысление космологии: расширение Вселенной может быть неравномерным
Одно из основных космологических предположений заключается в том, что Вселенная выглядит более или менее одинаково во всех направлениях, если смотреть достаточно далеко. Однако последние исследования, проведенные с помощью космических обсерваторий Chandra и XMM-Newton, подрывают это предположение.
Используя данные, собранные в рентгеновском диапазоне, астрономы проанализировали сотни скоплений галактик, самых больших гравитационных структур во вселенной, и проверили, как их внешний вид изменяется в зависимости от их расположения на небе.
Одним из столпов космологии — области науки, связанной с историей и судьбой всей Вселенной, — является то, что Вселенная «изотропна», то есть одинакова во всех направлениях, — говорит Константинос Мигкас из Боннского университета в Германии. Однако наша работа доказывает, что в этом столбе есть несколько трещин.
Как правило, астрономы соглашаются, что со времен Большого взрыва Вселенная постоянно расширяется. Простыми словами, все объекты во Вселенной удаляются друг от друга. Если материя во Вселенной более или менее равномерно распределена, все процессы должны быть примерно одинаковыми во всех направлениях. Последние результаты, однако, указывают на другое.
Основываясь на наших наблюдениях за скоплениями галактик, мы обнаружили различия в скорости расширения Вселенной в зависимости от того, на какую часть Вселенной мы смотрели, — говорит Геррит Шелленбергер из Гарвардского центра астрофизики. Это противоречит самым основным положениям космологии.
Ученые ранее провели много исследований, чтобы определить, одинакова ли Вселенная во всех направлениях. Для этого использовались наблюдения взрывающихся звезд и инфракрасных галактик. Некоторые из них указали, что Вселенная изотропна, а некоторые отрицали это.
Тем не менее, последние исследования использовали новую инновационную и независимую методику. Она основана на связи между температурой горячего газа, заполняющего кластеры галактик, и количеством излучаемого рентгеновского излучения. Чем выше температура газа в скоплении галактик, тем ярче должна быть галактики в рентгеновском диапазоне. После измерения газа в скоплении его яркость можно оценить в Х-диапазоне. Поэтому этот метод не зависит от космологических значений, таких как скорость расширения Вселенной.
Оценив таким образом яркость рентгеновских лучей кластеров, ученые рассчитали уровень яркости, используя другой метод, который зависит от космологических значений, включая скорость, с которой расширяется Вселенная. Таким образом, ученые получили видимые скорости расширения Вселенной для всего неба. Оказалось, что в некоторых направлениях Вселенная удаляется от нас быстрее, чем в других.
После сравнения результатов с результатами других исследований, проведенных другими исследовательскими группами, которые также указали на неизотропную природу Вселенной, выяснилось, что они согласны с направлением, в котором Вселенная расширяется медленнее всего.
Авторы нового исследования пришли к выводу, что есть два возможных объяснения полученных результатов.
Один из них указывает на то, что большие группы скоплений галактик могут двигаться вместе, а не из-за расширения Вселенной. Например, возможно, что некоторые близлежащие скопления тянутся в одном направлении под действием силы тяжести групп других скоплений галактик. Если это движение быстрое, это может привести к ошибкам в оценке яркости кластера. Этот вид группового движения может создать впечатление, что темпы расширения вселенной отличаются в данном направлении. Астрономы видели подобные эффекты с относительно близкими галактиками, расположенными на расстоянии менее 850 миллионов световых лет, где гравитационное притяжение, безусловно, контролирует движение объектов. Тем не менее, исследователи ожидали, что скорость расширения Вселенной будет доминировать в движении кластеров, разбросанных по большей территории, до 5 миллиардов световых лет.
Второе возможное объяснение состоит в том, что Вселенная на самом деле не расширяется с одинаковой скоростью во всех направлениях. Это может быть вызвано, например, неоднородностью темной энергии — таинственной силы, которая отвечает за ускорение расширения Вселенной. Другими словами, рентгеновские лучи могут указывать на то, что темная энергия сильнее в одних частях Вселенной, чем в других, и, следовательно, вызывает неравномерное ее расширение.
Каждое из этих двух космологических объяснений может иметь значительные последствия. Многие космологические исследования, включая рентгеновские галактические исследования, основаны на предположении, что Вселенная изотропна.
Для своих исследований ученые использовали выборку из 313 скоплений галактик, из которых 237 были обнаружены космической обсерваторией Chandra в течение 191 дня наблюдений, а 76 — космическим телескопом XMM-Newton, наблюдавшим их в течение 35 дней. Приведенные выше данные были объединены с двумя другими рентгеновскими данными, включая данные телескопов XMM-Newton и ASCA. Следовательно, 842 различных скоплений галактик были включены в исследование.
Источник
5 вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать
Взгляд на чрезвычайно отдалённую часть Вселенной открывает нам галактики, движущиеся от нас с огромными скоростями. На таких расстояниях галактик видно больше, они меньше по размеру, не такие развитые и удаляются с большими красными смещениями, чем те, что расположены недалеко
Когда вы смотрите на удалённую Вселенную, вы повсюду видите галактики – во всех направлениях, на все миллионы и миллиарды световых лет. Человечеству доступны для наблюдения примерно два триллиона галактик, а общая сумма всего, что есть во Вселенной, гораздо больше и невероятнее, чем большинство из нас может себе представить. Один из наиболее сбивающих с толку фактов состоит в том, что все видимые нами галактики в среднем подчиняются одному правилу: чем дальше они от нас, тем быстрее, по-видимому, они движутся в сторону от нас. Это открытие, сделанное Эдвином Хабблом со своими помощниками в 1920-х, привело нас к картине расширяющейся Вселенной. Но что означает, что Вселенная расширяется? Наука знает это, а теперь будете знать и вы!
Чем дальше мы смотрим, тем более древнюю и неразвитую Вселенную видим. Но это только если Общая теория относительности применима ко Вселенной и управляет её расширением.
1) Во что расширяется Вселенная? Это один из вопросов, звучащих разумно, поскольку всё остальное, что может расширяться, состоит из материи и существует в рамках пространства и времени Вселенной. Но сама Вселенная – это и есть пространство и время, и оно содержит всю имеющуюся материю и энергию. Говоря о «расширении Вселенной» мы имеем в виду, что расширяется пространство, и мы видим, что отдельные галактики и их скопления разлетаются друг от друга. Лучшая из визуализаций этого процесса – это тесто с изюминками, поднимающееся в результате выпекания в печи.
Модель «хлеба с изюмом» расширения Вселенной, в которой относительные расстояния увеличиваются при расширении пространства (теста).
Тесто – ткань пространства, изюминки – связанные структуры (галактики или группы/скопления галактик), и с точки зрения любой изюминки все остальные двигаются от неё, и чем дальше изюминка, тем быстрее она убегает. Только в случае Вселенной нет никакой печки и воздуха снаружи теста; есть только тесто (пространство) и изюминки (материя).
Красное смещение вызывается не движением галактик от нас – красное смещение света, путешествующего от удалённых точек пространства к нам, происходит из-за растяжения пространства между нами и галактиками
2) Откуда нам знать, что расширяется ткань пространства – может, это просто галактики движутся с разными скоростями? Если объекты движутся от вас по всем направлениям, то, возможно, пространство между вами и ими расширяется; но это лишь одна из возможностей. Также звучит разумным, что вы могли оказаться в центре взрыва, и многие объекты просто оказались дальше от вас и двигаются быстрее сегодня, поскольку приобрели больше энергии во время взрыва. Если бы это было так, то выделялись бы два свидетельства этого:
- На больших расстояниях галактик с высокими скоростями было бы меньше, поскольку они бы разлетались в стороны в пространстве с течением времени.
- Соотношение красного смещения и дальности на больших расстояниях имело бы весьма определённую форму, отличающуюся от того случая, когда расширяется ткань пространства.
Разница между объяснением на основе простого движения (пунктир) и предсказаниями ОТО (сплошная) для расстояний в расширяющейся Вселенной. Нашим наблюдениям однозначно соответствуют предсказания ОТО.
На больших расстояниях плотность галактик оказывается выше, чем поблизости от нас. Это совпадает с картиной, в которой расширяется пространство, поскольку заглядывать вдаль – это всё равно, что заглядывать в прошлое, где расширение было не таким сильным. Мы также видим, что отношение красного смещения к расстоянию у далёких галактик совпадает с картиной расширения ткани пространства, и вовсе не совпадает со случаем, когда галактики просто движутся от нас. На этот вопрос наука даёт ответ двумя очень разными способами, и оба ответа поддерживают вариант расширяющейся Вселенной.
График видимой скорости расширения (ось y) в зависимости от расстояния (ось x) совпадает со Вселенной, быстрее расширявшейся в прошлом, но до сих пор расширяющейся сегодня. Это современная версия наблюдения, расширяющая дистанции в тысячи раз по сравнению с тем, что делал Хаббл. Отметьте, что точки не лежат на прямой, что говорит об изменении скорости расширения со временем
3) Всегда ли Вселенная расширялась с одной скоростью? Мы называем эту скорость постоянной Хаббла, но она постоянна по всему пространству, а не по всему времени. Вселенная сейчас, сегодня, расширяется медленнее, чем это было в прошлом [Вот тут Итан объясняет, почему расширение замедляется, а галактики разлетаются всё быстрее / прим. перев.]. Когда мы говорим о скорости расширения, имеется в виду скорость на единицу расстояния: сегодня это порядка 70 км/с/Мпк (километров в секунду на мегапарсек; мегапарсек – 3 260 000 световых лет). Но скорость расширения зависит от плотности всего, что есть во Вселенной, включая и материю с излучением. С расширением Вселенной материя и излучение внутри неё становятся менее плотными, и с падением плотности материи и излучения падает и скорость расширения. Вселенная в прошлом расширялась быстрее, и замедляется со времён горячего Большого взрыва. Постоянная Хаббла названа так не очень точно; её надо бы назвать параметром Хаббла.
Варианты отдалённой судьбы Вселенной предлагают несколько возможностей, но если тёмная энергия действительно является постоянной, о чём говорят наши данные, то Вселенная будет продолжать следовать красной кривой
4) Будет ли Вселенная расширяться вечно, или она когда-нибудь остановится, или даже сожмётся обратно? Множество поколений этот вопрос был святым Граалем космологии и астрофизики, и на него можно было ответить, только определив как скорость расширения Вселенной, так и все присутствующие в ней типы и количества энергии. Теперь мы успешно измерили, сколько нормальной материи, излучения, нейтрино, тёмной материи и тёмной энергии присутствует в ней, а также скорость расширения Вселенной. На основании законов физики и прошлых событий весьма вероятным кажется то, что Вселенная будет расширяться вечно. Хотя эта вероятность не равна 100%; если что-то, к примеру, тёмная материя, будет вести себя в будущем по-другому, не так, как в прошлом или сегодня, все наши выводы придётся пересмотреть.
5) Есть ли галактики, убегающие от нас быстрее скорости света, и не запрещено ли это? С нашей точки зрения пространство между нами и любой удалённой точкой расширяется. Чем дальше что-то находится, тем быстрее оно удаляется от нас. Даже если бы скорость расширения была крохотной, достаточно далёкий объект в итоге преодолел бы порог любой конечной скорости, поскольку скорость расширения (скорость на единицу расстояния), помноженная на достаточно большое расстояние, даст вам любое значение скорости. Но ОТО этого не запрещает! Закон, запрещающий движение быстрее света, применим только к движениям объектов в пространстве, а не к расширению самого пространства. На самом деле сами галактики двигаются со скоростями порядка сотен или тысяч км/с, что гораздо меньше, чем 300 000 км/с, ограничение скорости, устанавливаемое светом. Убегание и красное смещение вызвано расширением Вселенной, а не истинным движением галактики.
Внутри наблюдаемой Вселенной (жёлтый круг) есть примерно 2 триллиона галактик. До галактик, находящихся на расстоянии большем, чем треть пути от нас до границы, никогда нельзя будет добраться из-за расширения Вселенной, поэтому объём, открытый для изучения человеком, составляет всего 3% от наблюдаемой Вселенной
Расширение Вселенной – обязательное следствие наличия материи и энергии, заполняющей пространство-время, подчиняющееся ОТО. Пока есть материя, есть гравитационное притяжение, поэтому либо гравитация выигрывает и всё сжимается, либо гравитация проигрывает и выигрывает расширение. Нет никакого центра расширения, нет ничего за пределами пространства, куда расширялась бы Вселенная; расширение испытывает сама ткань Вселенной, везде и постоянно. И что самое обидное, даже если бы мы сегодня покинули Землю и отправились бы в путь со скоростью света, нам оказались бы доступными лишь 3% галактик из всей наблюдаемой Вселенной; 97% из них уже за пределами наших возможностей. Вселенная может быть сложным местом, но, по крайней мере, теперь вы знаете ответы на пять из наиболее часто запутывающих всех вопросов!
Источник