Ekspansja kosmiczna w kategoriach laika

Do tej pory zrozumiałem, że ekspansji przestrzeni nie należy rozumieć jako gwiazd dryfujących dalej w przestrzeni. Jest coś bardziej fundamentalnego - np. Nie można po prostu zmierzyć jego prędkości, ani powiedzieć, gdzie jest środek wszechświata (środek ekspansji). Cóż, niektórzy sprytni ludzie sprawili, że poznałem odpowiedź „Proste, oczywiste, zadbane i złe” na „Nie mam pojęcia, co to jest”.

Czy istnieje zasób / metoda, która pozwoliłaby laikowi zrozumieć, jak myśleć o zakłóceniach przestrzeni, takich jak jej ekspansja; wizualizować i rozumieć pojęcie poprawnie i bez błędnych uproszczeń; rozumiesz to, zanim spróbujesz zagłębić się w podstawowe szczegóły fizyki?

expansion SF.
źródło

Widziałem dobry przykład, w którym pokazano arkusz 2D wypełniony jednolitymi kropkami rozciągającymi się w obu kierunkach. Kiedy ustawisz arkusze w linii na dowolnej kropce, wydaje się, że wszystkie kropki oddalają się od tej, którą wybrałeś.

ChrisF,

... także, jeśli wszystko, w tym wszystkie nasze urządzenia pomiarowe, rozwija się z tą samą prędkością, jak możemy określić fakt, że się rozwija? : D

SF.

Odpowiedzi:

Zasadniczo, jeśli dwie cząstki zostaną umieszczone bez innych interakcji między nimi , odległość między nimi wzrośnie.

Wyobraź sobie życie na powierzchni dmuchanego balonu. Twój rozmiar pozostaje stały, ponieważ jesteś mniej lub bardziej sztywny, ale przedmioty, które nie są do ciebie przymocowane, odejdą dalej. Twoja linijka, kolejne sztywne ciało, pozostaje w stałym rozmiarze (chociaż może się zgiąć, aby dostosować się do nowej krzywizny - to nie jest tak ważne). Ale dwóch władców (którzy nie są ze sobą związani) oddalają się.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

... także, jeśli wszystko, w tym wszystkie nasze urządzenia pomiarowe, rozwija się z tą samą prędkością, jak możemy określić fakt, że się rozwija? :RE

Na początku wydaje się to prawdą, jednak grają tutaj inne siły. Nasze urządzenia pomiarowe są utrzymywane razem przez oddziaływania elektromagnetyczne, a ich siła się nie zmieni. Urządzenie pomiarowe utrzyma się razem.

Wyobraź sobie dwa odległe atomy. Kiedy przestrzeń się rozszerza, odległość między dwoma atomami wzrasta. Jednak rozmiar ¹ atomu nie zmienia się - jest to określane przez równowagę elektrostatyczną (i względy mechaniki kwantowej) i pozostaje to niezmienione. Nawet jeśli atom zostanie rozciągnięty, odbije się.

To skaluje się do urządzeń pomiarowych, aby nie ulegały zniekształceniu. Rzeczywiście, ekspansja przestrzeni ma sens tylko wtedy, gdy spojrzysz na galaktyki - są one dość daleko (gdy nie są w tej samej supergromadzie) i nie mają żadnych interakcji utrzymujących odległość równowagi między nimi.

^{1. Jakikolwiek najbliższy analog „mierzymy” atomy; np. obszar zawierający 99% gęstości ładunku; lub n-ty promień Bohra.}

Manishearth
źródło

Powiązana odpowiedź na Physics.SE, która jest również twoja ;-)

Waffle's Crazy Peanut

Główną rzeczą, której nie lubię w analogii balonu, jest to, że wymaga on topologicznej zmiany myślenia, patrzenia na trójwymiarowy obiekt zmieniający się trójwymiarowo, ale omawiania tego, co zobaczyłby dwuwymiarowy obserwator

Jeremy

@Jestmy pewny, ale trudno jest wytłumaczyć, jak metryki mogą się zmienić i wszystko to dla laika, balon działa :)

Manishearth

Nie jestem pewien, czy tak jest, większość świeckich nie jest przyzwyczajona do topologicznej zmiany myślenia i rozważa to w 3 wymiarach. Widzą, jak się wysadza i wszystko odsuwa się od środka balonu.

Jeremy

Hm Później zajmę się poprawieniem tego, ale tak naprawdę nie jestem przekonany, że istnieje coś, co można poprawić bez utraty głosu laika.

Manishearth

Dobrą analogią, która pokazuje, że ekspansja nie ma środka, jest arkusz 2D pokryty jednolitymi kropkami - reprezentującymi galaktyki, w których ta w środku to my:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Gdy wszechświat rozszerza się, kropki (galaktyki) oddalają się od siebie:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Teraz, jeśli nałożysz na siebie przyszłość i przedstawisz obrazy w linii centralnej galaktyki (nas), zobaczysz, że wszystkie inne galaktyki wydają się oddalać od nas i im dalej są oddalane, tym szybciej wydają się cofać:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jeśli jednak ustawisz linię na jakiejkolwiek innej galaktyce na obrazie, zobaczysz, że wszystkie inne galaktyki wydają się oddalać od nich:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Ponieważ żadne dwa punkty nie mogą być centrum wszechświata, możemy jedynie stwierdzić, że nie ma centrum wszechświata.

Źródło obrazu

ChrisF
źródło