Sterrekunde

Waarom is die waarneembare heelal groter as wat sy ouderdom sou voorstel?

Waarom is die waarneembare heelal groter as wat sy ouderdom sou voorstel?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Die ouderdom van die heelal word geskat op 13,8 miljard jaar, en volgens die huidige teorie mag niks die snelheid van die lig oorskry nie, wat tot die verkeerde gevolgtrekking kan lei dat die heelal nie 'n radius van meer as 13,8 miljard ligjare kan hê nie.

Wikipedia hanteer hierdie wanopvatting soos volg:

Hierdie redenasie sou slegs sinvol wees as die plat, statiese Minkowski-ruimtetydsopvatting onder spesiale relatiwiteit korrek was. In die werklike heelal is ruimtetyd gebuig op 'n manier wat ooreenstem met die uitbreiding van die ruimte, soos blyk uit die wet van Hubble. Afstande verkry as die snelheid van die lig vermenigvuldig met 'n kosmologiese tydsinterval het geen direkte fisiese betekenis nie. → Ned Wright, "Waarom die ligte reistydafstand nie in persverklarings gebruik moet word nie"

Dit maak nie saak vir my nie, en as ek geen wetenskaplike of wiskundige agtergrond het as hoërskool nie, kan dit ook nie veel help om Hubble se wet te lees nie.

Een verklaring van 'n leek wat ek gesien het, verklaar dat die Heelal self nie gebonde is aan dieselfde wette as dinge nie binne Dit. Dit sal sinvol wees - in soverre hierdie dinge kan - maar die aanhaling hierbo ("Afstande verkry as die snelheid van die lig vermenigvuldig met 'n kosmologiese tydsinterval het geen direkte fisiese betekenis nie") lyk meer algemeen as dit.

Kan iemand 'n goeie leek se verduideliking aanbied (of aanwys)?


Die maklikste verklaring waarom die maksimum afstand wat 'n mens kan sien, is nie bloot die produk van die snelheid van die lig met die ouderdom van die heelal nie, omdat die heelal nie-staties is.

Verskillende dinge (dws materie versus donker energie) het verskillende effekte op die koördinate van die heelal, en die invloed daarvan kan mettertyd verander.

'N Goeie vertrekpunt in dit alles is om die Hubble-parameter te ontleed, wat ons die Hubble-konstante gee op enige punt in die verlede of in die toekoms, aangesien ons kan meet wat die heelal is. tans gemaak van:

$$ H (a) = H_ {0} sqrt { frac { Omega_ {m, 0}} {a ^ {3}} + frac { Omega _ { gamma, 0}} {a ^ {4 }} + frac { Omega_ {k, 0}} {a ^ {2}} + Omega _ { Lambda, 0}} $$ waar die intekeninge $ m $, $ gamma $, $ k $ en $ Lambda $ op $ Omega $ verwys na die digtheidsparameters van materie (donker en baronies), straling (fotone en ander relativistiese deeltjies), kromming (dit kom slegs ter sprake as die heelal wêreldwyd afwyk van ruimtelik plat; bewyse dui aan dat dit in ooreenstemming is met plat wees, en laastens donker energie (wat soos u sal sien bly a konstant ongeag hoe die dinamika van die heelal afspeel). Ek moet ook daarop wys dat die $ 0 $ intekenaar beteken soos gemeet vandag.

Die $ a $ in die Hubble-parameter hierbo word die skaalfaktor genoem, wat vandag gelyk is aan 1 en aan die begin van die heelal nul. Waarom skaal die verskillende komponente anders met $ a $? Wel, dit hang alles af van wat gebeur as u die grootte van 'n boks met die goed in vergroot. As u 'n kilogram materie binne-in 'n kubus 1 meter aan 'n kant het, en u elke kant tot 2 meter verhoog, wat gebeur dan met die digtheid van die materie in hierdie nuwe kubus? Dit verminder met 'n faktor van 8 (of $ 2 ^ {3} $). Vir bestraling kry u 'n soortgelyke afname van $ a ^ {3} $ in getaldigtheid van deeltjies daarin, en ook 'n bykomende faktor van $ a $ as gevolg van die rek van sy golflengte met die grootte van die boks, wat ons $ a ^ {4} $. Die digtheid van donker energie bly konstant in dieselfde soort gedagte-eksperiment.

Omdat verskillende komponente verskillend optree namate die koördinate van die heelal verander, is daar ooreenstemmende tydperke in die geskiedenis van die heelal waar elke komponent die algemene dinamika oorheers. Dit is ook eenvoudig om uit te vind. Op klein skaal faktor (baie vroeg) was die belangrikste komponent bestraling. Die Hubble-parameter kan vroeg benader word deur die volgende uitdrukking:

$$ H (a) = H_ {0} frac { sqrt { Omega _ { gamma, 0}}} {a ^ {2}} $$

Omstreeks:

$$ frac { Omega_ {m, 0}} {a ^ {3}} = frac { Omega _ { gamma, 0}} {a ^ {4}} $$ $$ a = frac { Omega _ { gamma, 0}} { Omega_ {m, 0}} $$ ons het materie-stralingsgelykheid, en vanaf hierdie punt het ons nou materie wat die dinamika van die heelal oorheers. Dit kan weereens gedoen word vir materie-donker energie, waarin u sou sien dat ons nou in die donker energie-gedomineerde fase van die heelal leef. Een voorspelling om in 'n fase soos hierdie te leef, is 'n versnelling van die koördinate van die heelal - iets wat bevestig is (sien: Nobelprys vir Fisika 2011).

U sal dus sien dat dit 'n bietjie ingewikkelder sou wees om die afstand na die kosmologiese horison te vind as om net die spoed van die lig te vermenigvuldig met die ouderdom van die heelal. In werklikheid, as u hierdie afstand wil vind (formeel bekend as die komende afstand tot die kosmiese horison), moet u die volgende integraal uitvoer:

$$ D_ {h} = frac {c} {H_ {0}} int_ {0} ^ {z_ {e}} frac { mathrm {d} z} { sqrt { Omega_ {m, 0 } (1 + z) ^ {3} + Omega _ { Lambda}}} $$

waar die emissie-rooi verskuiwing $ z_ {e} $ gewoonlik as $ sim 1100 $ beskou word, die oppervlak van die laaste verstrooiing. Dit blyk dat dit die regte horison is wat ons as waarnemers het. Kromming word gewoonlik op nul gestel, want ons suksesvolste model dui op 'n plat (of byna plat) heelal, en bestraling is hier onbelangrik, aangesien dit by 'n hoër rooiverskuiwing oorheers. Ek wil ook daarop wys dat hierdie verhouding afgelei is van die metrieke Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, 'n maatstaf wat kromming en uitbreiding insluit. Dit is iets wat die Minkowski-maatstaf nie het nie.


Kortom: dinge kan self nie vinniger daardie lig beweeg nie, maar hulle kan vinniger beweeg as lig as gevolg van universele uitbreiding. Hoe meer ver, hoe vinniger gaan hulle weg.


Ek het net daaraan gedink en hier is my leek se verduideliking. Stel jou voor dat jy twee kolletjies op 'n verfrommelde stuk papier opspoor, die kolletjies beweeg, maar as dit beweeg, word die papier ook 'onverkreukel', sal die werklike afstand tussen die kolletjies meer wees as die som van die afstande gereis het.


Die heeltemal onwetenskaplike verklaring ...

Stel jou voor dat die heelal 'n ballon is. Twee liggame begin naby mekaar, maar op teenoorgestelde oppervlaktes. Die uitbreiding van die ballon neem hulle ewe vinnig van mekaar af weg en so dat die lig van die een by die beginpunt byna die hele geskiedenis van die heelal neem om die ander te bereik. Die afstand tussen die twee is NOU nie twee keer die ouderdom van die heelal nie - omdat u nie deur die ballon kan beweeg nie - maar om die oppervlak van die ballon moet gaan ... 13,8 * PI miljard ligjare = 43 miljard ligjare.

Nie streng korrek nie, maar vermy ten minste die bekommernis oor astrofisika en kosmologie!


Ek hou van Ned Wright se kosmologie-tutoriaal en ek beveel dit ten sterkste aan, maar die stelling van hom is op die minste baie misleidend. Spoed van die superluminale resessie kan eenvoudig nie verband hou met kromming in die ruimtetyd nie, want dit verdwyn nie in die grens van nul kromming (nul energiedigtheid of nul) $ G $).

Die eintlike rede dat afstande groter kan wees as $ c $ die huidige kosmologiese tyd is dat die horlosies wat ons gebruik om kosmologiese tyd te meet nie relatief rus nie, soos die horlosies in traagheidskoördinaatstelsels, maar radiaal van mekaar af beweeg, wat kosmologiese koördinate meer soos polêre koördinate maak. As ons 'n familie van eenvormig verspreide horlosies het, en ons definieer dit $ t $ om die lesing op die naaste horlosie te wees en $ x $ te wees (die aantal horlosies tussen die een en die oorsprong) × (die skeiding tussen aangrensende horlosies wanneer hulle albei dieselfde tyd lees), dan $ Δx / Δt le c $ is 'n ware stelling as die horlosies relatief rustig is, maar nie as dit na buite beweeg vanaf 'n gemeenskaplike oorsprongspunt nie. In laasgenoemde geval blyk daar geen boonste perk op te wees nie $ Δx / Δt $, selfs in spesiale relatiwiteit.

In die spesiaal-relativistiese geval kan u dit as gevolg van tyddilatasie beskou. As u na twee horlosies kyk met betrekking tot traagheidssentrum-snelheid-koördinate, beweeg hulle teen 'n mate in teenoorgestelde rigtings $ v $. Na 'n traagheidskoördinaatstyd $ t $, dit is 'n traagheidskoördinaatafstand $ 2vt $ uitmekaar, maar die verstreke tyd wat hulle aangeteken het, is kleiner as $ t $ deur 'n faktor van $ γ = 1 / sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2} $. Sedert $ γ { to} infty $ as $ v { to} c $, gaan die verhouding van die koördinaatafstand tot die verstreke tye op die horlosies ook na oneindig as $ v { to} c $.

In spesiale relatiwiteit is daar 'n neiging om te dink aan traagheidskoördinaatstye as die 'regte' tye en lesings op horlosies as een of ander manier verdraai deur tyddilatasie, maar dit is eintlik net 'n menslike vooroordeel. Die heelal gee nie om vir koördinaatstelsels nie, en dit gee net om na verwysingsraamwerke as dit deur fisiese voorwerpe geïnstalleer word. Daar is geen natuurlike traagheidsverwysingsraamwerke op groot skale in die regte wêreld nie, maar daar is wel 'n natuurlike radiale verwysingsraamwerk, gegee deur die gemiddelde beweging van materie op groot skale, of deur die kruisingspunte van golffronte vanaf die kosmiese mikrogolfagtergrond. Die natuurlikste koördinaatstelsel vir die heelal - en die een wat eintlik deur kosmoloë gebruik word - is gebaseer op die raam wat natuurlik voorkom, en, soos Ned Wright gesê het, as u afstande en tye op hierdie manier definieer, die afstand / tydverhouding $ c $ het geen spesiale betekenis nie.

(Eintlik is al drie die sinne van Ned Wright korrek. Die probleem is dat wanneer u dit saamvat, dit blyk te wees dat die uitbreiding van die superluminale verband hou met kromming in die ruimtetyd, en dat dit nie korrek is nie.)


Kyk die video: Het Oneindige Heelal (Desember 2022).