Если пространство «расширяется» само по себе - почему тогда возникает красное смещение?

«Детский» способ понимания расширяющейся Вселенной таков: «космос» совершенно «обычен», и все галактики расширяются через него (как взрыв). Конечно, это неправильно.

Обычно лучшее объяснение состоит в том, что «само пространство расширяется». (Конечно, в масштабах ниже скоплений гравитация сближает «более мелкие» структуры.)

Еще более современное объяснение состоит в том, что концептуальная «метрика пространства» «расширяется» ( вот типичный педагогический пример ), что, возможно, можно резюмировать как «масштаб меняется».

Итак . далекие объекты имеют красное смещение.

Но почему? Все просто расширяется - расширяется сама метрика пространства-времени.

В самом деле, мне кажется, что вы увидите только красное смещение (или, если хотите, замедление времени далеких вещей) строго в случае «повседневного» движения в пределах метрики пространства; сама идея актуальной «метрики изменения пространства!» Казалось бы, те из нас, кто находится внутри этой метрики пространства, не имеют ни малейшего представления о том, что такое расширение происходит: масштаб просто меняется для всего.

Как лучше всего это понять?

Представьте себе просто метровый куб в видеоигре с несколькими предметами внутри. Нет никакого внешнего вида, это вселенная. Я все это раскрываю .

. для всех существ внутри я считаю, что абсолютно ничего не изменилось , не было бы красного смещения между объектами там.

Обратите также внимание на этот несколько похожий (связанный?) Вопрос, который возник в связи с недавним открытием гравитационных волн в 2016 году:

Анна В

Каковы наблюдательные / экспериментальные факты:

1) Атомы имеют определенные спектры, с фиксированным рисунком, отпечатком атома

2) Чем дальше (измеряется по светимости) галактики вокруг нас, тем больше сдвигается рисунок отпечатков пальцев в красную часть спектра.

3) Это происходит равномерно по всему периметру.

Модель, которая соответствует этим фактам, - это общая теория относительности, которая предсказала поведение

В иерархии сил сила гравитации самая слабая . Это гарантирует, что атомы, материя в целом, вплоть до размеров галактик, сохраняют свою структуру, аналогично изюмному хлебу . Гравитация достаточно сильна, чтобы не затрагивать даже скопления галактик, и, учитывая некоторые предположения о плотности энергии и решении уравнений общей теории относительности, гравитация может бороться с расширением и приводить к большому сжатию.

Фотоны - это элементарные частицы, которые должны локально подчиняться законам энергии и импульса. Расширение Вселенной изменяет их импульс, и, таким образом, атомные спектры прибывают со смещением в сторону инфракрасного излучения.

сама идея актуальной «метрики изменения пространства!» Казалось бы, те из нас, кто находится внутри этой метрики пространства, не имеют ни малейшего представления о том, что такое расширение происходит: масштаб просто меняется для всего.

Именно тот факт, что материя связана силами, на которые не влияет расширение, позволяет нам измерить расширение. В противном случае вы правы, наши атомы также будут расширяться, и мы не увидим никаких сдвигов в атомных отпечатках пальцев.

Бриониус

Это довольно легко объяснить, если мы рассмотрим электромагнитную волну с классической точки зрения. По мере того как электромагнитная волна от далекой звезды распространяется к нам, пространство, в котором она распространяется, расширяется. Поскольку пространство расширяется, пики и впадины электромагнитной волны удаляются друг от друга. Это соответствует увеличению длины волны и уменьшению частоты; возникает красное смещение.

Я думаю, вы представляете, что «сама метрика пространства расширяется», что означает, что определение расстояния меняется. † , но это не так. «Метрика расширения пространства» означает, что сами расстояния меняются. Когда электрон и протон подвергаются расширению пространства, в котором они находятся, электростатическое притяжение между ними (говоря грубо не квантово) сближает их «обратно вместе» и поддерживает размер атома.

Аналогия с «резиновым листом» немного опасна, но в данном случае я думаю, что она уместна. Расстояние между двумя объектами на расширяющемся резиновом листе увеличится, но не в том случае, если они соединены пружиной - в этом случае они сохранят свое относительное расстояние.

Это не волшебное исключение, которое позволяет атомам нашего измерительного прибора не подвергаться влиянию расширяющейся Вселенной; они не затронуты, потому что электростатические взаимодействия и связанная с ними квантовая механика, которые определяют поведение субатомных частиц, не изменяются расширением пространства.

† это просто означало бы, что Вселенная переходит от одного набора единиц к другому, что (как вы указываете) было бы физически и философски необнаружимым и, следовательно, бессмысленным.

Толстяк

К вашему сведению, я нашел эту статью,

Куда обращаются авторы

точная проблема этого вопроса,

и действительно ли вся педагогическая идея «расширения пространства» - дерьмо .

Например, раздел 2.6.2 - это вопрос, идентичный OP здесь.

2.6.2 Все расширяется?

Расширение аргумента против глобального расширения, приведенного в разделе 2.2, заключается в том, что оно не должно быть обнаружено, поскольку все будет просто расширяться вместе с ним.

По сути, они продолжают говорить, что поскольку атомы не расширяются, мы можем измерить красное смещение , например,

Что, по-видимому, является здесь асимптотическим ответом.

Benrg

«Детский» способ понимания расширяющейся Вселенной таков: «космос» совершенно «обычен», и все галактики расширяются через него (как взрыв). Конечно, это неправильно.

Это не так. В общей теории относительности нет разницы между «расширением пространства» и простым относительным движением. Это одно и то же явление, описанное относительно разных координат.

Вот аналогия. На куске грязи размером с планету (земля без океанов, гор и т. Д.) Вырежьте кучу прямых (по дуге большого круга) пешеходных дорожек от одного полюса к другому, все фиксированной ширины (скажем, 1 метр). По мере удаления от полюсов пешеходные дорожки удаляются друг от друга, достигая максимального расстояния на экваторе, а затем снова сходятся к другому полюсу.

Теперь рассмотрим эту ситуацию с точки зрения полярных координат (широты и долготы). Каждый путь имеет постоянную долготу. По мере изменения широты пути не расходятся или не сходятся; они остаются на фиксированном продольном расстоянии, в то время как масштабный коэффициент, связывающий долготу с физическим расстоянием, изменяется.

Теперь разделение путей не наблюдается, потому что масштабируется сама метрика? Нет. Вы не меняете физическую реальность, выбирая для нее новые координаты. В полярных координатах координатная ширина пути уменьшается с увеличением масштабного коэффициента, а это означает, что физическое расстояние между путями, измеренное с использованием физической ширины пути в качестве измерителя, увеличивается, как и раньше. Уменьшение координатной ширины не является результатом действия физической силы против силы расширения. Нет силы расширения. Есть просто пути постоянной ширины, которые не знают или не заботятся о свойствах выбранной вами системы координат.

Это очень близкая аналогия. Космологии FLRW имеют приблизительную симметрию, аналогичную симметрии Земли вокруг оси вращения, а координаты FLRW аналогичны полярным координатам. Космологическое время - это широта, а пространственное положение - это долгота.

Законы физики локальны. Если вы посмотрите на любой небольшой участок земли (вдали от экватора), тропинки на нем расходятся. Это локальное расхождение (относительное движение) - это все, что на самом деле «видят» законы физики. Мы, люди, узнаем общую форму и большие круги и выбираем глобальные координаты, которые соблюдают глобальную симметрию. Это наш выбор. Вселенной все равно.