Красное смещение и Большой Взрыв

В этой ветки форума можно обсуждать любые вопросы по космологии, и получить квалифицированный ответ на них.

Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение nefizik » 24 июл 2011, 09:29

Всем привет, я задам еще один глупый вопрос, который где-то вычитал когда-то:
Если Солнце каждый вечер обретает кроваво-красный оттенок, не означает ли это, что оно к вечеру начинает стремительно удаляться от нас со скоростью в сколько-то миллионов км в сек?
Ведь вся современная космология обьясняет красное смещение удаленных звезд именно так.
Если солнце все-таки остается на месте, то почему тогда звезды разбегаются? Просто потому, что они слишком далеко и не могут "за себя постоять", как Солнце в зените, лучи которого, проходя меньший слой атмосферы (и пыли), обретают свой законный желтый цвет?
Причем я на самом деле надеюсь получить ответ, поскольку наверняка этот вопрос уже задавался, и тогда есть еще один вопрос, уже по характеру протекания Большого Взрыва:
Утверждается, что для любого наблюдателя внутри раздувающейся Вснленной картина будет одна и та же, и приводится опять-таки аналогия с раздувающимся мячом, на поверхность которого нанесены галактики. Я так понимаю, искривленная двумерная поверхность мяча - это модель искривленного массой четырехмерного пространства-времени? То есть имел место некий 4-х мерный взрыв, недоступный нашему пониманию? Поскольку при обычном взрыве картина иная - есть эпицентр, есть граница расширения, и точки наблюдения неравноправны, в каждой будет своя, несимметричная картина взаимного удаления осколков, более того, от эпицентра будет распространяться пустота, а передний край будет как бы на границе с "абсолютной пустотой", в общем, поясните насчет шарика.
Я видел еще (может даже здесь, на сайте) аналогию с пудингом, нашпигованным изюмом, где тесто всходит, но опять у такой модели есть границы, и можно оказаться на краю или не в центре, и и тогда в разных направлениях также будет ассимметрия (если только пудинг не бесконечен), или вообще оказаться на краю и увидеть "границу мира". Но самый главный недостаток этой модели - это то, что перед раздувания теста необходимо произвести "замес", чтобы все изюмины приняли "стартовое положение".
nefizik
 
Сообщений: 99
Зарегистрирован: 22 июл 2011, 00:12

Re: Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение den » 24 июл 2011, 15:10

nefizik писал(а):Всем привет, я задам еще один глупый вопрос, который где-то вычитал когда-то:
Если Солнце каждый вечер обретает кроваво-красный оттенок, не означает ли это, что оно к вечеру начинает стремительно удаляться от нас со скоростью в сколько-то миллионов км в сек?
Ведь вся современная космология обьясняет красное смещение удаленных звезд именно так.
Если солнце все-таки остается на месте, то почему тогда звезды разбегаются? Просто потому, что они слишком далеко и не могут "за себя постоять", как Солнце в зените, лучи которого, проходя меньший слой атмосферы (и пыли), обретают свой законный желтый цвет?

Покраснение света от Солнца, и красное смещение спектральных линий, вследствие расширения Вселенной это совершенно разные по своей физической природе явления. Солнце краснеет вследствие того, световым лучам необходимо пройти больший путь в земной атмосфере(больший по сравнению с лучами чье зенитное расстояние меньше), а поскольку коротковолновые (т.е. синии) рассеиваются сильнее и, следовательно, его нам в глаз попадает меньше, Солнце мы видим краснее.
Изображение
Когда говорят о красном смещении, то обычно не говорят смещении чего, здесь речь идет о смещении спектральных линий в спектре источника, которые происходит из-за того, что в процессе движения фотона, или любой частицы в расширяющемся пространстве. У нас на сайте в разделе задач есть соответствующая задача.

Показать, что импульс частицы уменьшается по мере расширения Вселенной как $p(t)\propto a(t)^{-1}.$

Решение: Рассмотрим уравнение геодезических
$$
\frac{du^v}{ds} + \Gamma _{\alpha \beta }^vu^\alpha u^\beta = 0,
$$
где $u^v = dx^v/ds$ -- координатная 4-скорость, $x^v$ -- координатное расстояние, связанное с физическим $X^v$ соотношением
$X^v = a\left( t \right)x^v.$ Физические компоненты 4-скорости равны $U^v = dX^v/ds.$ Рассмотрим свободное распространение фотона в
однородной и изотропной Вселенной, в которой длина свободного пробега фотона много меньше радиуса пространственной кривизны (в
случае неплоской Вселенной). В этом случае метрика имеет вид:
$$
ds^2 = dt^2 - a^2(t)\delta _{ij}dx^idx^j.
$$
Тогда ненулевые символы Кристоффеля в такой Вселенной равны:
$$
\Gamma _{ij}^0 = a\dot a\delta _{ij},\;\Gamma _{0j}^i = \frac{\dot
a}{a}\delta _j^i.
$$
Для пространственных компонент уравнение геодезических сводится к следующему:
$$
\frac{du^i}{ds} + \Gamma _{0j}^iu^0u^j + \Gamma _{j0}^iu^ju^0 = 0;
$$
$$
\frac{du^i}{ds} + 2\frac{\dot a}{a}\delta _j^iu^0u^j= 0;
$$
$$
\frac{du^i}{ds} + 2\frac{\dot a}{a}\frac{dt}{ds}u^j= 0.
$$
Учитывая $u^i = \frac{U^i}{a\left( t \right)}$, получим
$$
\frac{d}{ds}\left(\frac{U^i}{a} \right) +
2\frac{1}{a}\frac{da}{dt}\frac{dt}{ds}\frac{U^i}{a} = 0.
$$
Поскольку
$$
\frac{d}{ds}\left(\frac{U^i}{a} \right) = \frac{1}{a}\frac{U^i}{ds}
- U^i\frac{1}{a^2}\frac{da}{dt}\frac{dt}{ds},
$$
получим
$$
\frac{dU^i}{U^i} + \frac{da}{a} = 0,
$$
откуда, с учётом того, что $p^i = mU^i$, получим,
$$
p^i = \frac{const}{a\left( t \right)}.
$$

Таким образом, при покраснении Солнца около горизонта, ни о кокам смещении спектральных линий речи не идет, виновато рассеяние. Смешение линий на Солнце можно наблюдать (и наблюдают, например, вследствие движения Земли вокруг Солнца, или из-за движения слоев самого Солнца.).
Замечу также, что красное смещение, не обязательно приводит к покраснению света (цвета) самой звезды, на смену красному приходят (перемещаются в видимую область) более короткие волны, которые из-за него становятся видимыми.

nefizik писал(а):Утверждается, что для любого наблюдателя внутри раздувающейся Вснленной картина будет одна и та же, и приводится опять-таки аналогия с раздувающимся мячом, на поверхность которого нанесены галактики. Я так понимаю, искривленная двумерная поверхность мяча - это модель искривленного массой четырехмерного пространства-времени? То есть имел место некий 4-х мерный взрыв, недоступный нашему пониманию? Поскольку при обычном взрыве картина иная - есть эпицентр, есть граница расширения, и точки наблюдения неравноправны, в каждой будет своя, несимметричная картина взаимного удаления осколков, более того, от эпицентра будет распространяться пустота, а передний край будет как бы на границе с "абсолютной пустотой", в общем, поясните насчет шарика.
Я видел еще (может даже здесь, на сайте) аналогию с пудингом, нашпигованным изюмом, где тесто всходит, но опять у такой модели есть границы, и можно оказаться на краю или не в центре, и и тогда в разных направлениях также будет ассимметрия (если только пудинг не бесконечен), или вообще оказаться на краю и увидеть "границу мира". Но самый главный недостаток этой модели - это то, что перед раздувания теста необходимо произвести "замес", чтобы все изюмины приняли "стартовое положение".

Изображение
У каждой умозрительной картины есть свая область применения, в реальной Вселенной до границ вы не доберетесь, во первых в силу изложенных выше соображений, во вторых, из-за того что вселенная плоская, инфляция удалила границы очень далеко.
В мире есть две бесконечности, вселенная и человеческая глупость, на счет первого я не уверен.
Хуже невежества может быть только иллюзия знания.
den
Администратор
 
Сообщений: 204
Зарегистрирован: 23 дек 2010, 23:43
Откуда: ННЦ ХФТИ Институт теоретической физики, Украина Харьков

Re: Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение nefizik » 30 июл 2011, 08:14

Спасибо, с красным смещением все понятно, а с разбеганием галактик не очень.
если вселенная "плоская", то красивая картинка с надувающимся шариком не годится.
nefizik
 
Сообщений: 99
Зарегистрирован: 22 июл 2011, 00:12

Re: Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение den » 30 июл 2011, 10:25

nefizik писал(а):... а с разбеганием галактик не очень.
если вселенная "плоская", то красивая картинка с надувающимся шариком не годится.

При плоской Вселенной, картинка качественно не поменяется, возьмите резиновую мембрану и начните её тянуть в разные стороны, эффект будет тот же. Изменится только формула по которой рассчитываются расстояния между галактиками -это будет эффект кривизны.
В мире есть две бесконечности, вселенная и человеческая глупость, на счет первого я не уверен.
Хуже невежества может быть только иллюзия знания.
den
Администратор
 
Сообщений: 204
Зарегистрирован: 23 дек 2010, 23:43
Откуда: ННЦ ХФТИ Институт теоретической физики, Украина Харьков

Re: Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение nefizik » 30 июл 2011, 18:49

Den, модель с шариком хороша тем, что у сферы нет границ, и корабль, куда бы он не летел, никогда не достигнет края, да еще и может вернуться в исходную точку. Картина для всех наблюдателей действительно одна и та же.
Плоскость не имеет границ, только если она бесконечна. Иначе картина с разных точек будет разной.
nefizik
 
Сообщений: 99
Зарегистрирован: 22 июл 2011, 00:12

Re: Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение Munin » 30 июл 2011, 22:38

Под плоскостью тоже подразумевают плоскость, не имеющую границ. Иначе говорят "часть плоскости".
Munin
 
Сообщений: 261
Зарегистрирован: 17 фев 2011, 17:51

Re: Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение nefizik » 31 июл 2011, 08:28

Извините, я неправильно выразился, конечно, нужно было написать "часть плоскости".
Но хотелось бы все-таки услышать мнение космологов по поводу плоской вселенной, что под этим подразумевается. Если плоская вселенная конечна и расширяется, значит у нее есть границы, и положения наблюдателей неравноправны. Значит, она должна быть бесконечной, и тогда не было взрыва. Кроме того, как на плоскости изобразить "четырехмерный взрыв"? Опять вернемся к эпицентру и разлету осколков. Было бы тогда некое расширяющееся кольцо.
Я так понимаю, в данной модели искривленная плоскость ( в другом случае сфера) олицетворяют искривленное массой двумерное пространство со стороны трехмерного наблюдателя. Есть Х и Y, оси времени на поверхности нет, вместо нее- череда сменяющихся картинок с разной временной координатой (например, раздувающийся шар или стопка плоскостей)
Den, я кажется понял, что вы имеете в виду - по вашему утверждению, увеличиваются не расстояния между объектами, а в целом расширяется пространство из точки. Тут очень важный момент, надо определиться, что же все-таки расширяется, а что нет:
- изменяются расстояния между объектами, а сами объекты остаются неизменными (как на картинке, что вы привели);
- расширяется все сущее, и объекты, и расстояния, что по идее недоступно для наблюдения изнутри и доступно только для наблюдателя более высокого порядка с большим числом координатных осей.
nefizik
 
Сообщений: 99
Зарегистрирован: 22 июл 2011, 00:12

Re: Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение Munin » 01 авг 2011, 21:41

nefizik писал(а):Извините, я неправильно выразился, конечно, нужно было написать "часть плоскости".

Нет, вы выразились правильно, нужно было написать именно "плоскость". Вы просто не поняли, что под этим подразумевается.

nefizik писал(а):Но хотелось бы все-таки услышать мнение космологов по поводу плоской вселенной, что под этим подразумевается.

Вам уже сказали: бесконечная плоскость.

nefizik писал(а):Если плоская вселенная конечна и расширяется, значит у нее есть границы, и положения наблюдателей неравноправны. Значит, она должна быть бесконечной, и тогда не было взрыва.

Она была бесконечной. Взрыв был.

nefizik писал(а):Кроме того, как на плоскости изобразить "четырехмерный взрыв"?

Для этого надо немного изучить математику.

nefizik писал(а):Опять вернемся к эпицентру и разлету осколков. Было бы тогда некое расширяющееся кольцо.

Неверно. Вы не знакомы с обычными взрывами. В них тоже присутствует объёмное расширение.

nefizik писал(а):Den, я кажется понял, что вы имеете в виду - по вашему утверждению, увеличиваются не расстояния между объектами, а в целом расширяется пространство из точки. Тут очень важный момент, надо определиться, что же все-таки расширяется, а что нет:
- изменяются расстояния между объектами, а сами объекты остаются неизменными (как на картинке, что вы привели);
- расширяется все сущее, и объекты, и расстояния, что по идее недоступно для наблюдения изнутри и доступно только для наблюдателя более высокого порядка с большим числом координатных осей.

Вот учёные определились, и нарисовали картинку для тех, чьи знания недостаточны, чтобы определиться. Так что доверяйте картинке.
Munin
 
Сообщений: 261
Зарегистрирован: 17 фев 2011, 17:51

Re: Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение nefizik » 01 авг 2011, 22:04

Munin, хватит меня гнобить, излагайте, пожалуйста, яснее!
Что расширяется? шкаф рядом со мной расширяется?
nefizik
 
Сообщений: 99
Зарегистрирован: 22 июл 2011, 00:12

Re: Красное смещение и Большой Взрыв

Сообщение Munin » 02 авг 2011, 17:55

Яснее - изучайте математику.
Шкаф не расширяется.
Munin
 
Сообщений: 261
Зарегистрирован: 17 фев 2011, 17:51

След.

Вернуться в Вопросы по космологии

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2

cron