820
0,2
2015-06-20
Спросите Итана №3: Расширение Вселенной
«Наблюдения показывают, что Вселенная расширяется с увеличивающейся скоростью. Она будет расширяться вечно, и становиться всё более пустой и тёмной».
Стивен Хокинг
Читатель спрашивает:
Для каждой галактики во Вселенной мы можем измерить смещение спектра испускаемого ею света. Галактики, которые приближаются к нам или отдаляются от нас, имеют сдвиг спектральных линий (линий, поглощаемых или испускаемых атомами). Величина сдвига прямо пропорциональна комбинации двух параметров:
Скомбинируйте эти два параметра, и результат объяснит наблюдаемые сдвиги у света всех галактик.
Для очень удалённых галактик их скорость пренебрежимо мала по сравнению с расширением пространства-времени. Этот свет шёл миллиарды лет, поэтому, измеряя красный сдвиг галактик, находящихся на разных расстояниях, мы можем подсчитать, как именно расширилась Вселенная.
Но это не единственная возможность. Недавно появилась альтернатива, которая привлекла к себе внимание.
Вместо расширения вселенной, которое растягивает длину волны фотонов, мы можем постепенно подправлять массу частиц вселенной так, что свет, испущенный много лет назад, будет краснее, потому что изменятся уравнения квантовой физики.
Идею подал Кристоф Веттерих (работа). Она может выглядеть неинтуитивно, но на самом деле всё очень просто. Рассмотрим ньютоновскую гравитацию.
Представьте, что во вселенной есть только две массы, и они разлетаются друг от друга. Всё, что вы можете измерить – сила их притяжения. И что мы видим? Если r увеличивается, то сила уменьшается как r-2.
Но можно ли быть уверенным в том, что r возрастает, а не G (или обе массы) уменьшается? Нет, если сила притяжения — это всё, что вы можете измерить. Так и с нашими галактиками.
Относительно удалённых галактик мы можем померить лишь несколько параметров – об остальном остаётся догадываться. Поскольку наш опыт и эксперименты с пространством-временем и массой говорят о том, что масса частиц не меняется, а пространство-время расширяется, сжимается и искривляется, мы предполагаем, что вселенная на больших масштабах работает так же – хотя, там мы эксперимент поставить и не можем.
Но идея Веттериха может сработать. А вот что о ней не рассказывают – за неё придётся кое-чем заплатить.
В расширяющейся вселенной, подчиняющейся ОТО, возникает одно мощное предсказание: скорость расширения определяется комбинацией кривизны и плотности энергии. Вся материя во вселенной говорит нам, как вселенная расширилась, и какое красное смещение должно быть у объектов.
В нашей вселенной мы наблюдаем, как галактики, находясь на разных расстояниях, имеют разное красное смещение, определяемое по особой формуле, и это говорит нам о том, из чего сделана наша вселенная.
Мы можем реконструировать всё, что, как мы знаем, находилось в нашей вселенной в любой момент времени, предсказать, как вселенная эволюционировала, и будет эволюционировать, и всё это проверить.
Мы можем сравнить эти предсказания с данными, полученными из космического фонового излучения, крупномасштабной структуры вселенной и нуклеосинтеза Большого взрыва, и т.д. И всё это очень хорошо сходится.
Но если красное смещение вызвано не расширением вселенной, а изменением масс, вся эта предсказательная мощь испаряется.
Флуктуации в фоновом излучении оказываются именно таковы, поскольку масса изменилась так, чтобы они получились такими – а не потому, что за этим стоят мощные физические законы. Вселенная ускоряется не потому, что у неё есть неотъемлемая тёмная энергия, но потому, что масса изменяется именно по такому закону. И примерно так же будет для всех остальных наблюдений.
Но из новостей вы таких нюансов не почерпнёте.
Источник: geektimes.ru/post/252160/
Стивен Хокинг
Читатель спрашивает:
Недавно я прочитал, что некие исследователи рассматривают возможность, что у вещей уменьшается масса, в качестве альтернативного объяснения некоторых вопросов, касающихся расширения вселенной. Есть ли в этом какой-то смысл?И вот о чём идет речь:
Для каждой галактики во Вселенной мы можем измерить смещение спектра испускаемого ею света. Галактики, которые приближаются к нам или отдаляются от нас, имеют сдвиг спектральных линий (линий, поглощаемых или испускаемых атомами). Величина сдвига прямо пропорциональна комбинации двух параметров:
- как быстро объект двигается к нам (голубое смещение) или от нас (красное)
- как сильно пространство-время вселенной расширилось (для красного смещения) или сжалось (для голубого) с того времени, как свет был испущен, до того времени, как он попал к нам в глаза
Скомбинируйте эти два параметра, и результат объяснит наблюдаемые сдвиги у света всех галактик.
Для очень удалённых галактик их скорость пренебрежимо мала по сравнению с расширением пространства-времени. Этот свет шёл миллиарды лет, поэтому, измеряя красный сдвиг галактик, находящихся на разных расстояниях, мы можем подсчитать, как именно расширилась Вселенная.
Но это не единственная возможность. Недавно появилась альтернатива, которая привлекла к себе внимание.
Вместо расширения вселенной, которое растягивает длину волны фотонов, мы можем постепенно подправлять массу частиц вселенной так, что свет, испущенный много лет назад, будет краснее, потому что изменятся уравнения квантовой физики.
Идею подал Кристоф Веттерих (работа). Она может выглядеть неинтуитивно, но на самом деле всё очень просто. Рассмотрим ньютоновскую гравитацию.
Представьте, что во вселенной есть только две массы, и они разлетаются друг от друга. Всё, что вы можете измерить – сила их притяжения. И что мы видим? Если r увеличивается, то сила уменьшается как r-2.
Но можно ли быть уверенным в том, что r возрастает, а не G (или обе массы) уменьшается? Нет, если сила притяжения — это всё, что вы можете измерить. Так и с нашими галактиками.
Относительно удалённых галактик мы можем померить лишь несколько параметров – об остальном остаётся догадываться. Поскольку наш опыт и эксперименты с пространством-временем и массой говорят о том, что масса частиц не меняется, а пространство-время расширяется, сжимается и искривляется, мы предполагаем, что вселенная на больших масштабах работает так же – хотя, там мы эксперимент поставить и не можем.
Но идея Веттериха может сработать. А вот что о ней не рассказывают – за неё придётся кое-чем заплатить.
В расширяющейся вселенной, подчиняющейся ОТО, возникает одно мощное предсказание: скорость расширения определяется комбинацией кривизны и плотности энергии. Вся материя во вселенной говорит нам, как вселенная расширилась, и какое красное смещение должно быть у объектов.
В нашей вселенной мы наблюдаем, как галактики, находясь на разных расстояниях, имеют разное красное смещение, определяемое по особой формуле, и это говорит нам о том, из чего сделана наша вселенная.
Мы можем реконструировать всё, что, как мы знаем, находилось в нашей вселенной в любой момент времени, предсказать, как вселенная эволюционировала, и будет эволюционировать, и всё это проверить.
Мы можем сравнить эти предсказания с данными, полученными из космического фонового излучения, крупномасштабной структуры вселенной и нуклеосинтеза Большого взрыва, и т.д. И всё это очень хорошо сходится.
Но если красное смещение вызвано не расширением вселенной, а изменением масс, вся эта предсказательная мощь испаряется.
Флуктуации в фоновом излучении оказываются именно таковы, поскольку масса изменилась так, чтобы они получились такими – а не потому, что за этим стоят мощные физические законы. Вселенная ускоряется не потому, что у неё есть неотъемлемая тёмная энергия, но потому, что масса изменяется именно по такому закону. И примерно так же будет для всех остальных наблюдений.
Но из новостей вы таких нюансов не почерпнёте.
Источник: geektimes.ru/post/252160/
