الفلك

ما الفرق بين التوسع المتري والأجسام التي تتحرك بعيدًا عن بعضها البعض؟

ما الفرق بين التوسع المتري والأجسام التي تتحرك بعيدًا عن بعضها البعض؟



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.

أرى تفسيرات تحب هذا:

إذن ، لا تتوسع المجرات والمصادر الأخرى بشكل صارم بعيدًا عن بعضها البعض ، بل ترتبط بالشبكة الثابتة على نسيج الزمكان المتوسع. وهكذا ، فإن المجرات تعطينا انطباعًا بأننا نبتعد عن بعضها البعض. (Scientific American)

[...] الفضاء يتوسع [...] الطريقة الصحيحة للتفكير في الأمر هي أن نقاط الشبكة تتباعد أكثر. (Physics.se)

كيف حددنا أن هناك شبكة أساسية أو مساحة نفسها تتوسع بدلاً من أن تتحرك الأشياء بعيدًا عن بعضها البعض على شبكة ثابتة من الزمكان؟


سوف يظهر الوقت

... على الرغم من أن هذا وقت طويل جدًا.

إذا كانت شبكة الكون ثابتة ، فإن الأجسام التي تبتعد عنا يجب أن تستمر في الابتعاد عنا بسرعة مستمرة. ليس هذا هو الحال من البيانات المرصودة: يبدو أن الأشياء البعيدة عنا تتحرك بشكل أسرع. يُعرف هذا باسم قانون هابل ، وهو أحد المفاهيم الأساسية لعلم الكونيات الحديث. يتلاءم نموذج المقاييس الموسعة مع تلك البيانات ، حيث أنه عندما يكون هناك نسيج فضائي أكبر بيننا وبين الجسم البعيد ، فهناك مساحة أكبر تتمدد ، وبالتالي تكون السرعة أعلى.

إن تحرك الأشياء بعيدًا عنا ، ولها سرعة متسارعة ، يجب أن يشير إلى كون يتمدد بشكل أسرع وأسرع. ومع ذلك ، هناك قوى أخرى تحد من هذا النمو ، وأبرزها الجاذبية. يتحدد مصير نمو الكون من خلال هذا التوازن المجهول ، الذي يجب أن يأخذ في الاعتبار أيضًا المادة المظلمة والطاقة.

إن حجم هذه النماذج أو حتى صحتها هو الحد الحالي لعلم الفلك وعلم الكونيات بشكل عام. لم يتم تسوية أي شيء بعد.


أولاً ، يسمح توسع الفضاء للأشياء بالابتعاد عنا أسرع من الضوء. قال أينشتاين لا شيء يمكن أن يتحرك أسرع من الضوء عبر الفضاء. ومع ذلك ، يمكن أن يتمدد الفضاء نفسه بين الكائنات بشكل أسرع من الضوء.

إذا كانت في الواقع قوة تدفع هذه الأشياء بعيدًا ، فلن تنحسر عنا أسرع من الضوء.

ثانيًا ، وفقًا لـ QFT ، لا يبدو أن هناك قوة دافعة عالمية (دائمًا). ما إذا كانت القوى يمكن أن تكون مثيرة للاشمئزاز أم لا تعتمد على دوران مجالها الوسيط.

القوة العددية (المغزلية 0) جذابة عالميًا ، مثلها مثل قوة السبين -2 ، في حين أن الدوران 1 جذاب لشحنات مختلفة ومثير للاشمئزاز لشحنات متشابهة. لذا فإن القوة الكهرومغناطيسية والضعيفة والقوة القوية يمكن أن تكون منفرة ، بينما الجاذبية لا تستطيع ذلك.

بسبب هذا النمط يمكننا أن نفترض أنه لا توجد قوى تنافر عالمية يمكن وصفها حاليًا بواسطة الحقول في QFT.


كيف حددنا أن هناك شبكة أساسية أو مساحة نفسها تتوسع بدلاً من أن تتحرك الأشياء بعيدًا عن بعضها البعض على شبكة ثابتة من الزمكان؟

تخبرنا النسبية العامة أن هندسة الزمكان ديناميكية ، وتتأثر بمحتوى المادة وحركتها. لذا فإن الزمكان في الخلفية الثابتة والثابتة هو بطبيعته نوع من حالة الحافة المثالية في أحسن الأحوال.

حسنًا ، لنجربها. تخيل أنه في زمكان مينوكوسكي المسطح والساكن مع إحداثيات كروية $ (T، R، theta، phi) $ ، توجد سحابة مجرات متناظرة كروية تتوسع من مركز عند $ T = 0 $ ، لكل منها بعض السرعة $ v $ ، بحيث يكون للمجرات تأثير ضئيل على هندسة الخلفية أو سرعة كل منهما. وبالتالي ، فإن الإحداثي الشعاعي لكل مجرة ​​هو $ R = vT $.

معلمة بالسرعة $ eta $ عند الإحداثي الشعاعي المحدد ($ v = tanh eta $) والوقت المقاس بالمجرة $ t $ كما هو محدد من خلال تمدد الوقت النسبي الخاص ($ t = T / gamma = T / cosh eta $) ، في هذه الإحداثيات ، يصبح مقياس مينوكوسكي $$ begin {eqnarray *} mathrm {d} s ^ 2 & = & - mathrm {d} T ^ 2 + mathrm {d } R ^ 2 + R ^ 2 mathrm {d} Omega ^ 2 & = & - mathrm {d} t ^ 2 + t ^ 2 left ( mathrm {d} eta ^ 2 + sinh ^ 2 eta ، mathrm {d} Omega ^ 2 right) text {،} end {eqnarray *} $$ وهو كون خطيًا متوسعًا زائديًا مكانيًا حيث يلعب $ eta $ دور الشعاع تنسيق (حتى بعض العوامل ذات الأبعاد ، مثل $ r = r_0 eta $).

نحن على يقين من أننا لم نذهب بعيدا! إن انفجار المجرات المتماثل كرويًا في زمكان مينكوفسكي ثابت وثابت يكافئ كونًا زائديًا مكانيًا يتوسع فيه الفضاء نفسه ، مع عامل مقياس $ a propto t $ من حيث الزمن الكوني $ t $.

بالنسبة للكون المتجانس والخواص ، فإن الإسقاط الزمني لمعادلة حقل أينشتاين هو معادلة فريدمان الأولى ، $$ frac { dot {a} ^ 2 + k} {a ^ 2} = frac {8 pi G rho + Lambda} {3} text {،} $$ لذلك في حالة تلاشي الثابت الكوني ($ Lambda = 0 $) وكثافة الطاقة الضئيلة ($ rho = 0 $) ، حلها $ a ( t) = a_0 pm it sqrt {k} $ حقيقي فقط إذا كان $ k <0 $ ، مما يعني وجود كون مفتوح مكاني زائدي ؛ تقليديًا ، $ k in {- 1،0، + 1 } $ ، حيث إن علامة $ k $ فقط هي المهمة.

لماذا نقترح شبكة أساسية متوسعة بدلاً من بعض القوة الغامضة الأخرى التي تسرع الأجسام بعيدًا بشكل أسرع كلما ابتعدت عنا؟ كيف نميز بين هذين السيناريوهين؟

إذا قدم المرء قوة إضافية وضبط الأشياء جيدًا بما يكفي ، فربما لا يمكنك ذلك. ومع ذلك ، هذا شيء سخيف للغاية: ستحتاج إلى افتراض أن (1) الجاذبية ببساطة لا يعمل على المقياس الكوني ، وأن (2) أن تأثيراته تحاكي تمامًا قوة إضافية ليس لدينا أي دليل عليها على الإطلاق. هذا لا يحقق أي شيء ، ولا حتى القوادة الفلسفية ، لأننا ما زلنا نعرف أن النسبية العامة صحيحة على المقاييس الأصغر ، لذلك ستظل هندسة الزمكان ديناميكية على تلك المقاييس.


متري FLRW و & # 8216 توسيع الفضاء & # 8217

"التمدد المتري للفضاء هو زيادة المسافة بين جزأين متباعدين من الكون مع مرور الوقت. إنه توسع جوهري يتغير فيه حجم الفضاء نفسه. هذا يعني أن الكون المبكر لم يتوسع & # 8220into & # 8221 أي شيء ولا يتطلب وجود مساحة & # 8220 في الخارج & # 8221 الكون & # 8211 بدلاً من ذلك تغير الفضاء نفسه ، حاملاً معه الكون المبكر كما نما. هذا نوع مختلف تمامًا من التوسع عن التوسعات والانفجارات التي نراها في الحياة اليومية. يبدو أيضًا أنها خاصية للكون بأكمله ككل وليس ظاهرة تنطبق فقط على جزء واحد من الكون أو يمكن ملاحظتها من & # 8220 خارج & # 8221 ذلك. التوسيع المتري هو سمة رئيسية لعلم الكون العظيم ، وقد تم تصميمه رياضيًا باستخدام مقياس فريدمان-لوميتري-روبرتسون-ووكر (متري FLRW) وهي خاصية عامة للكون الذي نعيش فيه. ومع ذلك ، فإن النموذج صالح فقط على المقاييس الكبيرة (تقريبًا مقياس مجموعات المجرات وما فوقها) ، لأن الجاذبية تربط المادة ببعضها البعض بقوة كافية بحيث لا يمكن ملاحظة التوسع المتري في هذا الوقت ، على نطاق أصغر. "

باختصار ، وفقًا لمصادر رسمية ، فإن & # 8216 توسيع الفضاء & # 8217 الأشياء متجذرة في مقياس FLRW. يقال أنه قبل اكتشاف & # 8216 redshift-مسافة & # 8217 العلاقة في الضوء القادم من مجرات بعيدة في عام 1929 بواسطة Edwin Hubble ، (F) فريدمان (1922) و (ل) وصف Lemaître (1927) بالفعل & # 8216 توسيع الفضاء & # 8217 في أعمالهم الخاصة.

قبل تقديم النقاط الفعلية لـ (F) فريدمان (1922) و (ل) Lemaître (1927) ، اسمحوا لي أولاً أن أشارك وجهة نظر كاتب فيزياء الإنترنت الشهير السيد فيكتور توث حول هذا الموضوع. فيما يلي رده بتاريخ 01 ديسمبر 2017 على سؤال:

لا يدعي منظرو Big Bang أن الفضاء "خلق ماديًا" ، مهما كان معنى ذلك.

يدعي منظرو Big Bang أن الأشياء ، في المتوسط ​​، تنحسر عن بعضها البعض ، وبالتالي فإن المسافة بين الأشياء تزداد ، في المتوسط ​​، وفي المقابل ، يتطور مقياس الزمكان وفقًا لمعادلات المجال لآينشتاين.

لا يعني أي من هذا إنشاء مساحة "ماديًا" أو غير ذلك. (بالنسبة للمبتدئين ، الفضاء ليس مفهومًا ملموسًا قابلاً للقياس ، كما أنه ليس كمية مادية محفوظة. عندما تقيس "الفضاء" ، فإن ما تقيسه في الواقع هو المسافة بين الأشياء ، وليس الفضاء نفسه ، وهو أمر غير ملموس.)

في الإجابة أعلاه ، يقول السيد فيكتور توث إن منظري الانفجار العظيم لا يدعون أن الفضاء يتوسع أو يتم إنشاؤه أو أي شيء من هذا القبيل. ولكن في إجابة حديثة أخرى ، فإنه يقبل أن يقول منظري الانفجار العظيم مثل هذا ، وبالتالي فهو يُظهر اختلافه مع هؤلاء النظريين:

ليس للمرة الأولى ، اسمح لي أن أكون مناقضًا هنا وأن أتحدى زملائي الموقرين الذين يخبرونك أن الفضاء آخذ في الاتساع ، من خلال وضع ثلاث نقاط (بالنسبة لي) مهمة إلى حد ما: (أنا) ما هذا "الفضاء" الذي يتوسع؟ كيف تقيسه؟ أين علاماتها الصغيرة التي يمكنك إرفاق شريط القياس بها؟ وكيف يتم تمثيل هذا "الفضاء" بالضبط في معادلات فريدمان؟ (ثانيا) بالحديث عن أيهما ، إذا كان يتمدد الفضاء ، فكيف يمكنني استخلاص (انظر ، على سبيل المثال ، كتب واينبرغ أو موخانوف) معادلات فريدمان المذكورة أعلاه فقط في سياق الفيزياء النيوتونية ، بمفهومها عن المكان والزمان المطلقين؟ (ثالثا) أخيرًا وليس آخرًا ، عندما توقف الجاذبية التوسع ، فكيف تفعل ذلك؟ هل يتصرف بطريقة ما على "الفضاء" ، بدلاً من العمل على المادة؟ (انظر أيضا Peacock’s الفيزياء الكونية.)

لا ، الفضاء لا يتوسع. إنه ليس شيئًا يمكننا قياسه إذا حدث. تحتوي معادلات فريدمان على كيانين: المادة (ممثلة بكثافتها وضغطها) ومجال الجاذبية (يمثله مكون واحد من مقياس FLRW الخاص جدًا والمتجانس والمتناحي..)

المجرات نكون تتحرك أبعد من ذلك. إذا كان بإمكانك تمديد شريط قياس من مجرة ​​درب التبانة إلى مجرة ​​بعيدة ، فإن المجرة البعيدة ستندفع بجانب شريط القياس هذا بمشبك (ربما عدة مئات من الكيلومترات في الثانية ، على الأقل). وعندما تكون في منطقة ما عندما تكون المادة أكثر كثافة من المتوسط ​​، تسود الجاذبية ، فإنها تمنع تلك المجرات من الابتعاد عن بعضها البعض.

كان الغرض من تقديم اقتباسات للسيد فيكتور توث هو إظهار أن بعض علماء الكون في الانفجار الكبير يعارضون بالفعل فكرة توسيع الفضاء. ومع ذلك ، هنا السيد فيكتور توث لا يمثل الرأي السائد لعلماء الكون في الانفجار الكبير الذين يعتقدون بأغلبية ساحقة أن الفضاء يتوسع وأن فكرة التوسع في الفضاء متجذرة في أعمال (F) فريدمان (1922) و (ل) Lemaître (1927).

لذلك ، الآن سأعرض كلاهما (F) فريدمان (1922) و (ل) لم يتحدث Lemaître (1927) في الواقع عن أي شيء عن توسع الفضاء وأن هذا المفهوم ينسب إليه بشكل مخادع من قبل علماء الكونيات السائد. لقد أعطى السيد فيكتور توث بالفعل تلميحًا إلى أن معادلات فريدمان تحتوي على كيانين هما (1) المادة و (2) مجال الجاذبية ، وبالتالي لا يوجد شيء مثل توسيع الفضاء في أعمال فريدمان (1922).

لذا دعونا أولاً نتحقق من مفهوم فريدمان الفعلي للفضاء. العنوان الإنجليزي المترجم لورقته البحثية عام 1922 هو "حول انحناء الفضاء". يستخدم المصطلحات & # 8216space & # 8217 مرادفة لـ & # 8216 Radius of universe & # 8217. من خلال المصطلح "نصف قطر الكون" ، فإن معناه أن محتويات الكتلة للكون من شأنها أن تسبب حدود الجاذبية للكون بحيث تكون الرحلة العالمية بخط مستقيم لجسم مادي عبارة عن دائرة كاملة وستعود إلى النقطة الأصلية. "نصف قطر الكون" هو نصف قطر هذا الخط "المستقيم" العالمي والذي هو في الواقع دائري. ضمن معنى "الفضاء" ، من الصحيح ماديًا أن نقول إن الفضاء قد يتوسع أو ينكمش. ضمن النموذج الرياضي لفريدمان ، يتوسع الفضاء بالفعل أو يتقلص وفقًا لهذا المعنى. فيما يلي بعض الأمثلة في ورقة فريدمان لاستخدام مصطلح Radius R كتقوس للفضاء:

"هنا تعتمد R فقط على x4 وتتناسب مع نصف قطر انحناء الفضاء ، والذي قد يتغير بالتالي مع مرور الوقت."

أثناء اشتقاق نموذج الكون الثابت لأينشتاين ضمن مخططه العام ،

يكتب فريدمان: "حيث تشير R إلى ثابت (مستقل عن x4) نصف قطر انحناء الفضاء."

"إذا قصرنا نظرنا على نصف القطر الموجب للانحناء".

"دع نصف قطر الانحناء يساوي R0 لـ t = t0."

"موجب أو سالب اعتمادًا على ما إذا كان نصف قطر الانحناء يتزايد أم يتناقص لـ t = t0."

"باختيار الوقت يمكن دائمًا ترتيبها بحيث يزداد نصف قطر الانحناء مع زيادة الوقت عند t = t0."

من الواضح الآن أن الفضاء "نعم" يتقلص أو يتوسع في نموذج فريدمان ولكنه يتقلص أو يتوسع ضمن معاني أعلى ماديًا صحيحة للتقلص أو التوسع في الفضاء. لكن علماء الكون في Big Bang يخبروننا بشيء مختلف تمامًا ومضلل وينسبون نموذجهم الخاطئ إلى فريدمان. إنهم يسمون نموذجهم المضلل الخاص بـ "توسع الفضاء" على أنه "توسع متري للفضاء" وينسبون هذا النموذج المادي الخاطئ إلى فريدمان بشكل خاطئ.

بعد التحقق من الموقع الفعلي لفريدمان (1922) ، نصل الآن إلى رؤية الموقف الفعلي لـ Lemaître (1927) فيما يتعلق بمفهوم توسع الفضاء.

جاء المفهوم الحديث لتوسيع الفضاء في الواقع من معالجة المعادلة رقم 23 لورقة Lemaître (1927). فيما يلي لقطة من المعادلة رقم 23:

يمكن كتابة هذه المعادلة كـ V / C = (R & # 8217 / R) r

الشكل أعلاه من المعادلة رقم 23 يشبه بشكل سطحي قانون هابل وهو V = HD

في المعادلة رقم 23 ، V / C هي & # 8216Redshift & # 8217 وفي قانون هابل ، V هي & # 8216Redshift & # 8217 وبالتالي فإن LHS لكلا المعادلتين متساوية.

علاوة على ذلك ، في المعادلة رقم 23 ، r هي المسافة ، لذا فإن & # 8216r & # 8217 و & # 8216D & # 8217 من RHS لكلا المعادلتين متساويتان أيضًا.

لذلك ، إذا استخدمنا تدوين قانون هابل ، فيمكننا كتابة المعادلة رقم 23 على النحو التالي:

R تعني نصف قطر الكون كله ... (يجب اعتبار نصف قطر الكون "كله" نفسه "فكرة غريبة" في المقام الأول).

على أية حال & # 8216R "يعني نصف قطر الكون كله.

ما قاله Lemaître كان مثل V = (R '/ R) D

ما هو "التفسير" القياسي الموجود في كل مصدر رسمي ... كتب / أوراق وما إلى ذلك ، وهذا هو V = (S / S) D.

باختصار ، كان Lemaître يقول في معادلته رقم 23 (1927) أن الانزياح الأحمر (V) ناتج عن زيادة نصف قطر الكون كله. بينما تبقى مسافة المجرة (د) ثابتة.

المعادلة الفعلية رقم 23 ليست بالضبط هذه المعادلة. إذا استخدمنا تدوينًا لقانون هابل ، فإن المعادلة رقم 23 تصبح هكذا وتشبه بشكل سطحي قانون هابل.

ولكن على عكس قانون هابل حيث H ثابت ... هنا لدينا مسافة المجرة (D) ثابتة.

R '/ R ... هل تعني H أم لا؟

سواء كان ذلك يعني H أم لا ... فهو ليس ثابتًا مثل H.

هذا هو الموقف الفعلي ل Lemaître.

ما سمات مقياس FLRW بالنسبة له؟

يجعل مقياس FLRW هذا الشيء في V = (S '/ S) D حيث S تعني "Space".

هنا تحويل R إلى S هو تلاعب بسيط.

لم يقل Lemaitre هنا زيادة الفضاء أو حتى زيادة مسافة المجرة ... وفقًا للمعادلة رقم 23 ، ظلت مسافة المجرة كما هي.

تم "تفسير" هذا الشيء في مقياس FLRW أن "تنسيق" المجرة يظل كما هو ويزداد الفضاء.

في النهاية ... بعد كل هذا تلاعب خادع. V = (R ’/ R) D لا يساوي V = (S’ / S) D.

وهكذا رأينا وأكدنا أن كلاً من فريدمان (1922) وليمايتري (1927) لم يصغيا مصطلح أو مفهوم توسع الفضاء وأن هذا المفهوم أو المفهوم يُنسب بشكل خادع لكليهما فقط من خلال ما يسمى بمقياس FLRW. .

الموقف هو أنه بدون فكرة التوسع في الفضاء ، لا يعمل النموذج القياسي لعلم الكونيات (Lambda-CDM) وهذه الفكرة نفسها غير واقعية وغير منطقية وغير مادية ومضللة.


هذا سؤال فكرت فيه حول توسع الفضاء. هل يوجد أي علماء فيزياء فلكية موجودون للإجابة على هذا السؤال من أجلي؟

هذه هي النقطة المؤلمة التي حاولت معالجتها. نحن نتفق على أن الحجم المناسب يزيد وفي نفس الوقت نتفق على عدم إنشاء مساحة إضافية. لهذا سألت في # 36 & quot: أليس هذا تناقضًا في حد ذاته وكيف تحل ذلك؟ & quot. يبدو أنك تسمي ذلك & quotrather confused & quot ولكن ما الفرق في قوله & quot؛ الحصة & quot؛

أعتقد أنني أفتقد شيئًا ما. ماذا ينقصني؟

من الواضح أن وجهات النظر فيما إذا كان الفضاء يتوسع أم أن المجرات تبتعد تعتمد على الإحداثيات المختارة ، s. الأسئلة الشائعة في برنامج Ned Wrights التعليمي الذي ذكرته سابقًا. يوضح هذا أن GR لا يتنبأ بتوسيع الفضاء بمعنى أنه يتم إنشاء مساحة إضافية.

لست متأكدًا من الذي تسأله ، يبدو أنك استهدفت إيبيكس.
إذا كنت تطرح السؤال على أي شخص.
1. لا تخبرك الأسئلة الشائعة التي طرحها نيد رايت عن كيفية تعريفها للفضاء.
2. كيف حالك أنت تحديد الفضاء؟ هل هو مجرد طول (أو طول 3) في المشعب المكاني ثلاثي الأبعاد؟
3. لقد ذكرت تغيير إحداثيات لتناسب وجهتي نظر حول شيء آخر. هل أنت سعيد بتغيير الإحداثيات هنا لتلائم وجهتي نظر مختلفتين حول إنشاء مساحة مقابل تغيير في المقياس؟

هذا غير صحيح. يوجد حل مكاني FRW موسع لا يحتوي إلا على مادة عادية.

هذا خطأ. مجرد وجود & quotmatter & quot لا يكفي لإنشاء نظام مرتبط (ما لم تعتبر البروتون أو النيوترون نظامًا مرتبطًا بما أن كل منهما يحتوي على كواركات).

أيضًا ، & quot؛ توسيع الفضاء & quot هو مجرد وصف إرشادي ، وليس تمثيلًا دقيقًا للفيزياء الفعلية. & quotSpace & quot ليس شيئًا. هذا مجال لا يمكنك فيه مجرد التلويح بيديك واستخدام التفكير الاستدلالي إذا كنت تريد تصحيح الأمور. أنت بحاجة إلى إلقاء نظرة على الرياضيات.

في عالم مغلق بحجم مكاني محدود ، نعم ، هناك كمية محدودة محفوظة تتوافق بشكل أو بآخر مع ما تسميه & quot؛ الوزن & quot في الكون.

ومع ذلك ، في عالم لانهائي مكانيًا ، يعد هذا & quotweight & quot ؛ لانهائيًا ، وهي طريقة أخرى للقول & quot؛ ليس واضحًا & quot.

أنا أحب هذه المناقشة. أنت فضولي ، تايلر.
إلى أي عمق تريد الذهاب؟

1. غالبًا ما يتم تقديم الجدل حول إنشاء الفضاء (أعتقد أن ماكويلي هو الذي ذكره لأول مرة) كما لو أن الفضاء يتم اقتباسه & الاقتباس من مكان آخر. بين أي نقطتين (متميزتين) في الفضاء ، يتم حقن المزيد من المساحة باستمرار. ومن الممكن أيضًا عدم القلق بشأن ذلك والنظر إلى الأشياء بطريقة أخرى (كان Timdeeg من أوائل من ذكر ذلك) ، فالمساحة هي مجرد مساحة ولكن يتغير عامل المقياس. قد ترغب في التفكير في الأمر كما لو أن النظام الإحداثي يتم تحديثه وتعديله مع تقدم الوقت. نقطتان في الفضاء يقال إنهما & quot؛ يتحركان & quot؛ لديهما مسافة فاصلة متزايدة مع تقدم الوقت. الحجج وجهان لعملة واحدة وأتوقع أن هناك العديد من الطرق الأخرى للنظر في الموقف.

أنا أفضل التفكير في توسيع الفضاء بفكرة عامل القياس المتطور. إنه يتجنب جميع المشكلات المتعلقة بالنظر إلى الفضاء على أنه & quotestuff & quot الذي يجب إنشاؤه من مكان ما. لا يجب أن يكون الفضاء & quot؛ أشياء & quot؛ إنه مجرد مسافة. توجد مسافة بين A و B يعني فقط هناك مسافة بين أ وب.

2. حول الكتلة المتغيرة للشرائح الزمنية عبر الزمكان:

هذا معقد وأعتقد أن Timdeeg كتب إجابة أثناء قيامي بهذا.
ابدأ باستبدال & quotweight & quot بالكتلة. هذا تغيير تقني بسيط ولكنه سيساعدنا. الكتلة هي خاصية جوهرية للمادة ، بينما يتغير الوزن وفقًا لمجال الجاذبية الذي أنت فيه. لا أعتقد أنه يمكننا الحفاظ على ثبات الوزن الكلي للكون ولكن هناك بعض الأمل في الحفاظ على كتلة ثابتة.
بعد ذلك ، ضع في اعتبارك أن الكتلة هي مجرد شكل مركّز من الطاقة ، لذا من الأفضل لنا أن نأخذ في الاعتبار إجمالي الطاقة في شريحة الوقت. يمكن أن تتغير الكتلة بالتأكيد مع مرور الوقت ، فالتفاعلات النووية تحول الكتلة إلى طاقة ، على سبيل المثال. الطاقة الإجمالية على الأقل لديها فرصة أفضل للحفاظ عليها.
أخيرًا ، راجع بعض التعليقات التي تم ذكرها سابقًا (أعتقد أن بيتر دونيس هو من أشار إلى مقال في مدونة الكون Preposterous).

لا يتم حفظ الطاقة يتغير لأن الزمكان يتغير. انظر ، لم يكن ذلك صعبًا ، أليس كذلك؟

لذا ، ummmm. لا. من الناحية الافتراضية ، تختلف الأشياء في كل شريحة من نواح كثيرة. ومع ذلك ، فإن التغييرات يمكن التنبؤ بها. يمكن للإنسان الذي يدرس الفيزياء تحديد مكان في شريحة زمنية واحدة يتوافق مع مكان في شريحة زمنية أخرى. إن القياس الخاص بك حول توسيع شرائح الخبز جيد جدًا لهذا الغرض. بعض الأشياء تغير خصائصها ولكن هذا أيضًا بطريقة يمكن التنبؤ بها (على سبيل المثال ، قد يتغير الضوء الأزرق إلى ضوء أحمر) ، يمكنك تحديده على أنه نفس الضوء في وقت لاحق.

ادرس الفيزياء وأخبرني بالإجابات الصحيحة كما هي بعد 10 سنوات.

لماذا شكرا لك. بقدر ما أحتاج إلى الحصول على فكرة لائقة عن الكون! أنا متأكد من أنني سأتعلم .00000001٪ جيدًا في غضون سنوات قليلة

أدلة رصدية للتوسع المتري للفضاء؟

يوجد تفسير سريع وجيد في هذه الإجابة في الأسئلة الشائعة حول علم الكونيات لدى نيد رايت:

تستحق الأسئلة الشائعة بالكامل والبرنامج التعليمي المصاحب قراءتها ، فقد تم إجراؤها منذ بعض الوقت ولكنها لا تزال مقدمات جيدة للمفاهيم الرئيسية ، وستساعدك على معرفة ما الذي تبحث عنه في العلاجات الأخرى.

لإعطاء محاولتي الخاصة في تفسير سريع: السطوع الظاهر والحجم الزاوي هما طريقتان لتقدير المسافة إلى جسم ما ، لذلك دعونا نقسمهما في واحدة ونتحدث عن العلاقة بين الانزياح الأحمر المرصود والمسافة. الشيء الأساسي الذي يجب مراعاته هو أن كلا هذين العنصرين ليسا كميات & quotnow & quot ؛ وهما كميات عندما ينبعث الضوء الذي نشاهده & quotnow & quot. لذلك عندما ننظر إلى الكثير من الأشياء المختلفة ، لكل منها انزياحات حمراء مختلفة ومسافات مختلفة ، فإننا ننظر أيضًا إلى أوقات مختلفة (نظرًا لأن الضوء الذي نراه ونقتطفه من كائنات مختلفة استغرق وقتًا مختلفًا للوصول إلينا) ، لذلك وضع كل شيء من هذه البيانات معًا تخبرنا كيف تطور الكون بمرور الوقت. وستتنبأ النماذج المختلفة للكون بتطورات مختلفة بمرور الوقت ، لذا يمكننا استخدام البيانات لاختبار نماذج مختلفة واستبعاد النماذج التي لا تقدم تنبؤات صحيحة.

هناك أيضًا اعتبار آخر: وفقًا لمعادلة أينشتاين الميدانية ، فإن أي توزيع للمادة سيؤدي إلى انحناء الزمكان. لكن في النموذج الذي أشرت إليه حيث يكون الزمكان ثابتًا ويكون توزيع المادة يتوسع فقط من انفجار أولي ، والزمكان ليس منحنيًا بل مسطحًا. لذلك ، على أسس نظرية ، لا نتوقع أن يتطابق مثل هذا النموذج مع البيانات.


التوسع المتري للفضاء & # 8211 التوقيت العالمي

إنه توسع جوهري - أي أنه يتم تعريفه بالفصل النسبي لأجزاء من الكون وليس بالحركة & # 8220 للخارج & # 8221 في الفضاء الموجود مسبقًا ، على سبيل المثال ، انفجار المادة. الكون لا يتمدد & # 8220into & # 8221 أي شيء. التشبيه ثنائي الأبعاد الأكثر استخدامًا هو توسيع سطح البالون المطاطي المتوسع. في هذا التشبيه ، يكون للكون بعدين مكانيين (سطح البالون) بدلاً من ثلاثة أبعاد. عندما يتمدد البالون ، تتباعد أي نقطتين على سطحه أكثر فأكثر. تشبيه شائع آخر هو ارتفاع رغيف خبز الزبيب - مع تمدد الرغيف ، يتحرك الزبيب بداخله بعيدًا عن بعضه البعض.

التوسع المتري هو سمة أساسية من سمات الانفجار العظيم علم الكونيات وتم تصميمه رياضيًا باستخدام مقياس FLRW. هذا النموذج صالح في العصر الحالي فقط على المقاييس الكبيرة (تقريبًا بمقياس مجموعات المجرات و ما فوق). على المقاييس الأصغر ، أصبحت المادة مرتبطة ببعضها البعض تحت تأثير الجاذبية ، ولا تتوسع مثل هذه الأجسام المقيدة بمعدل تمدد متري مع تقدم الكون في العمر ، على الرغم من استمرار انحسارها عن بعضها البعض. التوسع هو خاصية عامة للكون الذي نعيش فيه ، على الرغم من أن سبب توسعنا يفسر من قبل معظم علماء الكونيات على أنه يعود أصله إلى نهاية الكون المبكر وفترة التضخم # 8217s التي وضعت المادة والطاقة في الكون على مسار القصور الذاتي بما يتفق مع مبدأ التكافؤ و نظرية أينشتاين & # 8217s للنسبية العامة (أي أن المادة في الكون تنفصل لأنها كانت تنفصل في الماضي). بالإضافة إلى ذلك ، تم قياس معدل تمدد الكون على أنه متسارع بسبب القوة الطاردة للطاقة المظلمة التي تظهر في النماذج النظرية على أنها ثابت كوني. هذا التسارع في الكون ، أو & # 8220cosmic jerk & # 8221 ، أصبح مؤخرًا قابلاً للقياس منذ مليارات السنين ، كان معدل توسع الكون في الواقع يتباطأ بسبب جاذبية محتوى المادة في الكون. وفقًا لأبسط استقراء للنموذج الكوني المفضل حاليًا (المعروف باسم & # 8220؟ CDM & # 8221) ، فإن الطاقة المظلمة سوف يهيمن التسارع في المستقبل.

بينما تقيد النسبية الخاصة الأجسام في الكون من التحرك بشكل أسرع من سرعة الضوء فيما يتعلق ببعضنا البعض ، لا يوجد مثل هذا القيد النظري عندما يتمدد الفضاء نفسه. وبالتالي ، من الممكن أن يتوسع جسمان بعيدان جدًا عن بعضهما البعض بسرعة أكبر من سرعة الضوء ، وهذا صحيح بالنسبة لأي جسم يزيد حجمه عن 4.5 تقريبًا. غيغابارسكس بعيدا عنا. لا يزال بإمكاننا رؤية مثل هذه الأشياء لأن الكون في الماضي كان يتمدد بشكل أبطأ مما هو عليه اليوم ، وبالتالي فإن الضوء القديم الذي يتم تلقيه من هذه الأشياء لا يزال قادرًا على الوصول إلينا، على الرغم من أنه إذا استمر التوسع بلا هوادة كما تفترض استقراء النموذج ، فلن نرى أبدًا الضوء من مثل هذه الأشياء التي يتم إنتاجها اليوم (على ما يسمى & # 8220- شريحة من الزمكان).

بسبب المعدل المتغير للتمدد ، من الممكن أيضًا أن تتجاوز المسافة قيمة سرعة الضوء مضروبة في عمر الكون. هذه التفاصيل مصدر ارتباك متكرر بين الهواة وحتى علماء الفيزياء المحترفين.

آرثر إدينجتون

ال سهم الوقت، أو سهم الوقت، هو مصطلح صاغه عالم الفلك البريطاني آرثر إدينجتون عام 1927 لوصف & # 8220 اتجاه أحادي الاتجاه & # 8221 أو & # 8220 التماثل & # 8221 من الوقت. هذا الاتجاه ، الذي يمكن تحديده ، وفقًا لإيدنجتون ، من خلال دراسة تنظيم الذرات والجزيئات والأجسام ، يمكن رسمه على خريطة نسبية رباعية الأبعاد للعالم (& # 8220a كتلة صلبة من الورق & # 8221).

يُعتقد أن العمليات الفيزيائية على المستوى المجهري إما متماثلة زمنيًا كليًا أو في الغالب: إذا انعكس اتجاه الوقت ، فستظل العبارات النظرية التي تصفها صحيحة. ومع ذلك ، على المستوى العياني ، غالبًا ما يبدو أن هذا ليس هو الحال: هناك اتجاه واضح (أو تدفق) من الوقت.

غير قادر علي هي الكمية الوحيدة في العلوم الفيزيائية (بصرف النظر عن بعض التفاعلات النادرة في فيزياء الجسيمات انظر أدناه) التي تتطلب اتجاهًا معينًا للوقت ، يُسمى أحيانًا سهم الوقت. عندما يذهب المرء & # 8220forward & # 8221 في الوقت المناسب ، يقول القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، ستزداد إنتروبيا النظام المعزول. ومن ثم ، فمن منظور واحد ، يعتبر قياس الإنتروبيا طريقة لتمييز الماضي عن المستقبل. ومع ذلك ، في الأنظمة الديناميكية الحرارية غير المغلقة ، يمكن أن تنخفض الإنتروبيا مع مرور الوقت: العديد من الأنظمة ، بما في ذلك الأنظمة الحية ، تقلل الانتروبيا المحلية على حساب الزيادة البيئية ، مما يؤدي إلى زيادة صافية في الانتروبيا. تتضمن أمثلة هذه الأنظمة والظواهر تكوين بلورات معينة وعمل الثلاجة والكائنات الحية.

على النقيض من ذلك ، فإن جميع العمليات الفيزيائية التي تحدث على المستوى المجهري ، مثل الميكانيكا ، لا تحدد سهمًا للوقت. بالمضي قدمًا في الوقت المناسب ، قد تتحرك الذرة إلى اليسار ، في حين أن العودة إلى الوراء في الوقت نفسه قد تتحرك الذرة نفسها إلى اليمين ، فإن سلوك الذرة ليس كذلك نوعيا مختلفة في كلتا الحالتين. في المقابل ، سيكون حدثًا بعيد الاحتمال من الناحية الفلكية إذا تقلصت كمية عيانية من الغاز كانت تملأ الحاوية بالتساوي تلقائيًا لتحتل نصف الحاوية فقط.

بعض التفاعلات دون الذرية التي تنطوي على قوة نووية ضعيفة تنتهك الحفاظ على التكافؤ ، ولكن نادرًا جدًا. وفقًا لنظرية CPT ، هذا يعني أنه يجب أيضًا أن يكون الوقت غير قابل للانعكاس ، وبالتالي إنشاء سهم للوقت. ومع ذلك ، فإن هذا لا يرتبط بالسهم الديناميكي الحراري للوقت ، ولا علاقة له بتجربتنا اليومية في عدم رجوع الزمن.


ما الفرق بين التوسع المتري والأجسام التي تتحرك بعيدًا عن بعضها البعض؟ - الفلك

· وصف العلاقة العامة بين الوحدات المتعارف عليها في الولايات المتحدة والوحدات المترية للطول والوزن / الكتلة والحجم.

· تحديد البادئات المترية واستخدامها لإجراء تحويلات أساسية بين الوحدات المترية.

في الولايات المتحدة ، كلاهما نظام القياس المتعارف عليه في الولايات المتحدة و ال النظام المتري تستخدم ، خاصة في المجالات الطبية والعلمية والتقنية. في معظم البلدان الأخرى ، النظام المتري هو نظام القياس الأساسي. إذا سافرت إلى بلدان أخرى ، فسترى أن لافتات الطرق تسرد المسافات بالكيلومترات وأن الحليب يباع باللترات. يستخدم الناس في العديد من البلدان كلمات مثل "كيلومتر" و "لتر" و "مليغرام" لقياس طول وحجم ووزن الأشياء المختلفة. وحدات القياس هذه جزء من النظام المتري.

على عكس نظام القياس المتعارف عليه في الولايات المتحدة ، يعتمد النظام المتري على 10 ثوانٍ. على سبيل المثال ، اللتر أكبر بعشر مرات من الديسيلتر ، والسنتجرام أكبر بعشر مرات من الملليغرام. فكرة "10" غير موجودة في نظام الولايات المتحدة المعتاد - هناك 12 بوصة في القدم و 3 أقدام في الفناء ... و 5280 قدمًا في الميل!

لذا ، ماذا لو كان عليك معرفة عدد المليغرام في الديسيجرام؟ أو ماذا لو أردت تحويل الأمتار إلى كيلومترات؟ يعد فهم كيفية عمل النظام المتري بداية جيدة.

يستخدم النظام المتري وحدات مثل متر, لتر، و غرام لقياس الطول وحجم السائل والكتلة ، تمامًا كما يستخدم النظام المتعارف عليه في الولايات المتحدة القدم والكتر والأوقية لقياس هذه.

بالإضافة إلى الاختلاف في الوحدات الأساسية ، يعتمد النظام المتري على 10 ثوانٍ ، وتشمل القياسات المختلفة للطول الكيلومتر والمتر والديسيمتر والسنتيمتر والمليمتر. لاحظ أن كلمة "متر" هي جزء من كل هذه الوحدات.

يطبق النظام المتري أيضًا فكرة أن الوحدات داخل النظام تصبح أكبر أو أصغر بقوة 10. وهذا يعني أن المتر أكبر 100 مرة من السنتيمتر ، وأن الكيلوغرام أثقل 1000 مرة من الجرام. سوف تستكشف هذه الفكرة بعد قليل. في الوقت الحالي ، لاحظ كيف تختلف فكرة "تكبير أو تصغير بمقدار 10" اختلافًا كبيرًا عن العلاقة بين الوحدات في النظام المتعارف عليه في الولايات المتحدة ، حيث 3 أقدام تساوي 1 ياردة ، و 16 أوقية تساوي 1 باوند.

الطول والكتلة والحجم

يوضح الجدول أدناه الوحدات الأساسية للنظام المتري. لاحظ أن أسماء جميع الوحدات المترية تتبع هذه الوحدات الأساسية الثلاث.

وحدات أخرى قد تراها

في النظام المتري ، الوحدة الأساسية للطول هي المتر. المتر أكبر بقليل من المقياس ، أو يزيد قليلاً عن ثلاثة أقدام.

الوحدة المترية الأساسية للكتلة هي الجرام. يبلغ حجم مشبك الورق العادي حوالي 1 جرام.

Among scientists, one gram is defined as the mass of water that would fill a 1-centimeter cube. You may notice that the word “mass” is used here instead of “weight.” In the sciences and technical fields, a distinction is made between weight and mass. Weight is a measure of the pull of gravity on an object. For this reason, an object’s weight would be different if it was weighed on Earth or on the moon because of the difference in the gravitational forces. However, the object’s mass would remain the same in both places because mass measures the amount of substance in an object. As long as you are planning on only measuring objects on Earth, you can use mass/weight fairly interchangeably—but it is worth noting that there is a difference!

Finally, the basic metric unit of volume is the liter. A liter is slightly larger than a quart.

The handle of a shovel is about 1 meter.

A paperclip weighs about 1 gram.

A medium-sized container of milk is about 1 liter.

Though it is rarely necessary to convert between the customary and metric systems, sometimes it helps to have a mental image of how large or small some units are. The table below shows the relationship between some common units in both systems.

Common Measurements in Customary and Metric Systems

1 centimeter is a little less than half an inch.

1.6 kilometers is about 1 mile.

1 meter is about 3 inches longer than 1 yard.

1 kilogram is a little more than 2 pounds.

28 grams is about the same as 1 ounce.

1 liter is a little more than 1 quart.

4 liters is a little more than 1 gallon.

Prefixes in the Metric System

The metric system is a base 10 system. This means that each successive unit is 10 times larger than the previous one.

The names of metric units are formed by adding a prefix to the basic unit of measurement. To tell how large or small a unit is, you look at the prefix. To tell whether the unit is measuring length, mass, or volume, you look at the base.

Prefixes in the Metric System

1,000 times أكبر than base unit

100 times أكبر than base unit

10 times أكبر than base unit

10 times الأصغر than base unit

100 times الأصغر than base unit

1,000 times الأصغر than base unit

Using this table as a reference, you can see the following:

· A kilogram is 1,000 times larger than one gram (so 1 kilogram = 1,000 grams).

· A centimeter is 100 times smaller than one meter (so 1 meter = 100 centimeters).

· A dekaliter is 10 times larger than one liter (so 1 dekaliter = 10 liters).

Here is a similar table that just shows the metric units of measurement for mass, along with their size relative to 1 gram (the base unit). The common abbreviations for these metric units have been included as well.


Copernican Principle and Metric Expansion

I have seen over and over a description of how the Copernican Principle led people to believe Hubble's redshifts were cosmological (due to metric expansion) rather than typical Doppler shifts. I'm trying to understanding the logic of this, but it appears like just a revision of history. From what I can tell, the Copernican Principle (by itself) gives us no reason to suspect Hubble's red shifts are due to cosmological effects rather than plain, vanilla velocity-induced Doppler Shifts.

Hubble's observations showed all galaxies are red-shifted (receding from Earth) and the magnitudes of these redshifts (the speed) was proportional to their distance away from the Earth. The argument I've seen (implicitly) goes something like this.

1. Either the redshift seen by Hubble was

i)due to the Earth honestly being at the center of the universe and everything was receding from it due to ordinary velocity, in which case the redshift is from the Doppler Effect.

ii) The redshift is not from the Doppler effect but is due to metric expansion of the universe itself (the stretching of space. in which case the balloon analogy is used to explain how this is different from mundane velocity that would show up as the Doppler effect)


2. The Copernican Principle rules out option "i)" above because we are not at the center of the universe.

3. Hence, "ii)" is correct and the red shift is due to metric expansion.

But this just looks like shoddy logic. From what I can tell, there is absolutely nothing in option "i" that requires Earth to be at the center of the universe.

Indeed, simple vector algebra should show that if everything is doppler-shifted away from any point in space in a way consistent with Hubble's law, then the same applies to all points in the space without resorting to metric expansion.

If Alex if flying away from me at 45 miles per hour, then (in Alex's rest frame) I am flying away from Alex at the same speed.

If Bob is halfway between me and Alex, and I see Bob running away from me toward Alex, but only at half the speed, then Alex (in his rest frame) see's Bob running away from him toward me, but only at half the speed.

This reminds me of one way of seeing part of the Coriolis effect. We normally think that the North Pole is "special' in that someone sitting on a frictionless dais would see the Earth rotate underneath him. But it turns out that the same is true for ANY point on the Earth (other than the Equator). If you took a frictionless seat mounted on a pole anywhere at all and sat down, you would see the earth rotate under you (less rotational speed the closer you are to the equator). Having a net rotation under your seat does not mean you are at the north pole, and seeing everything moving away from you (even if it is just due to standard, everyday velocity-induced redshift) does not mean you are the center of the universe. in fact, it means that you see the same thing that everyone else does.

Nothing here is meant to suggest that Hubble's redshifts are not cosmological. Rather, I am replying to the common argument mentioned above that presumes to show that the Copernican Principle dictates which explanation is used. Since neither Doppler nor Cosmological red shifts would require the earth to be near the center of the universe, the Copernican principle has no relevance whatsoever.

Of course, if I'm wrong about the above, I'd be interested in seeing what I am missing. but at the very least it looks like people who make this argument (which I see everywhere) are trying to sweep things under the rug, hoping their audience will just blindly accept their argument without thinking it through.


Is there any actual motion involved with the Big Bang and the Metric Expansion of Space?

If I understand the theory correctly, all distant galaxies are sitting still in space essentially motionless with respect to the Milky Way and this has been the case ever since the moment of the Big Bang. Distances are increasing between distant objects but nothing is in motion. That is why we have concepts like cosmological red shift (caused by the universe expanding and NOT by motion) and the Co-moving coordinate system which depicts the universe as essentially static.

I know that there is never zero motion. However, on the scale of the universe the motions of stars in a galaxy or galaxies in a cluster are like the motions of atoms within a diamond (or not?) The atoms are moving but the diamond is static and you could use atoms in a massive diamond to map the galaxies in the universe with an equal amount of relative motion.

Is there some motion involved with the Big Bang and the expansion of the universe that I don't know about? Is there something in the universe actually moving due to these effects in such a way as to have relative velocity to something else in the universe?

I know that the Big Bang and the Expansion of the Universe made room for the 4 forces to work in but motions like the orbits of stars in galaxies are caused by gravity not the expansion of the universe (right?)

The Big Bang and the Expansion of the Universe seem to be described using action words in all the videos I can find. Nowhere does it describe a silent, frozen, universe. However, cosmological red shift and the co-moving coordinate system seem like concepts invented to describe a static universe experiencing a metric expansion of space. Please help me understand what is going on.

There is no such thing as absolute motion. BUT: If we were on M31 looking at M51, weɽ see M51 moving away from us quite rapidly. And if we were on M51 looking at M31, weɽ see it moving away at the exact same rate.

The space between the 2 is expanding, and they are moving apart, RELATIVE to one another. There are no absolute points of view in Einstein's universe, and I think that's what's tripping you up.

Imagine the universe expanding like a loaf of rasin bread. As the bread is baked, the bread expands. The space between each rasin increases. From the perspective of any raisin, the rasins are always getting further away from each other. There is no absolute motion because any random point of origin, it'll look the same.

In the context of the universe, we can perceive the expansion of the universe as a force. The further away an object is, the stronger the force, meaning at short distances, it's very week. At some distance, gravity will be stronger than this force, and within that distance, things will more contract than expand. We have a few other galaxies close enough to us that their gravitational force is stronger. Andromeda, the Large and Small Magellanic Clouds, are gravitationally bound to the Milky Way. Other than these few, everything else is too far away.

When it comes to the distance between atoms, the distance between New York and Los Angeles, or the distance between us and TRAPPIST-1, won't be expanding because they are gravitationally bound.

I prefer the spherical balloon analogy. The raisin-bread analogy is problematic because raisin-bread expands into unoccupied space but one fundamental assumption of the Big Bang Theory, as I understand it, is that there was never any unoccupied space. That is the reason why there is no motion. There is nowhere to go. There is not direction in which a galaxy can travel in order to increase its distance from other galaxies.

In the balloon analogy any apparent motion is perpendicular to the coordinate system and therefore not perceivable as motion to a 2D being on the surface.

As I understand it, "FORCE" is not a relevant concept because force causes acceleration which causes velocity which causes momentum in some direction and there is no direction in which the galaxies could move. هل انا مخطئ

Additionally, I am confused by this approach because gravity causes a force in a direction causing objects to move. The metric expansion of space is effectively the creation of space throughout the universe since the beginning of time increasing the distances between objects without moving them. If this is the case, then anything that reverses this effect should destroy space throughout the universe but under no circumstances does gravity destroy space without moving objects.

When it comes to the distance between atoms, the distance between New York and Los Angeles, or the distance between us and TRAPPIST-1, won't be expanding because they are gravitationally bound.

How do you think this happens? Do you think gravity sets orbiting bodies in motion such that their equilibrium velocity has a vector component in the direction of the source of gravity equal to H x d. Do you think the presence of gravity counters Hubble's Law in some other fashion? In your opinion does gravity counter expansion by acting upon objects or acting upon space?


الإجابات والردود

Thank you for your post. The test particle I have in mind is not massless.

I found a definition for the derivative of proper time as

لذلك فإن نقطة means c×d/ds. Is this correct?

ليس تماما. ##ds^2## is defined for any path between two infinitesimally separated events. ##d au## is specifically for the path you are following. There is a distinction between differentiating with respect to "distance" along some path that may not be the one of interest and differentiating with respect to "distance" along the path you are talking about - you want the latter.

Differentiating with respect to ##s## isn't precisely wrong, as long as you are aware that you are not quite using the general definition of ##s##. It's better to use ## au##, since it should prompt you to be aware that your results relate to a particular path along which the proper time is ## au##.

The path is unknown. That is what I am trying to solve for. The path can be defined different ways. For example: r(t), r(s), r(τ). Can you recommend how I should interpret the dot? How does the "affine parameter" fit into the problem?

The proper time of a massive particle is an affine parameter along its path. You only need to worry about the more general definitions if you are thinking about null paths.

In space, marks on a piece of string mark off an affine parameter (distance) along the string. In spacetime, clock ticks along a timelike worldline mark off an affine parameter (proper time) along the worldline.

Since τ is absent from the three equations I am working with, if I cannot use

what can I use to get τ into the three equations. ds appears in the metric, so adding the metric equation works with d/ds.

Since τ is absent from the three equations I am working with, if I cannot use

Tau is not actually absent from these equations. They are omitted, but implied. More on this later.

The equations you reference are also derived using the assumption that c=1. This can be inferred from the metric, i.e.

$ds^2 = -f(r) dt^2 + frac + r^2,(d heta^2 + sin^2 heta dphi^2 ) $

If c were not one, the metric would have included c as it was in the wiki article https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Schwarzschild_metric&oldid=985535994

$ds^2 = -c^2 d au^2 = -(1-frac) c^2 dt^2 + (1-frac) ^ <-1>dr^2 + r^2 (d heta^2 + sin^2 heta dphi^2)$

I've actually made minor edits to both wiki articles as a close inspection will show, in the interest of more
consistent notation between the two articles. Wiki isn't a textbook, they don't have consistent notation between articles, they're not written by the same people.

Back to the issue of ## au##. Aside from the issue of setting c=1, which is a common simplification that the wiki article made but didn't mention in one of the two cases, there are some issues with your interpretation of the geodesic equation, which is what your question was about, I think.

The clearest way to address this is to re-write these equations fully, without abbreviations, I think.

For instance, the geodesic equation that you cite as

should be interpreted as meaning

You may be interested in finding r(t) - at least that's my assumption - but what the equations are actually giving you is ##r( au)## and ##t( au)##.

## au##, as others have mentioned, is an affine parameter. For a massive particle, it's also proper time. Hopefully you're familiar with the concept of proper time from previous discussions.

Thank you very much for your post. I now feel much more confident that I am understanding what I am trying to do.

I have a memory regarding the distinction between proper time (τ) and observer time (t) I would like to confirm. The difference is based on the slowing down effect (also causing red shifts of emitted photons) due to gravitational time dilation on proper time. As the moving clock gets very far away from the mass making the gravitational field, the difference between the two clocks' ticks (assuming identical clocks) becomes very small. Is this correct?

To expand on what Peter said - not only is "t" just a label , it's not a very good label. The problems occur at the event horizon.

The reason the Schwarzschild or Scwharzschild-deSitter t coordinate is not a good label is that that some events on the horizon get an infinite number of different "t" coordinate labels, while other events are not labelled at all.

This is known technically as "a coordinate singularity".

Another examples of coordinate singularites are the r=0 point in polar coordinates. In this case, all points do have at least one (r,## heta##) label, but the point at r=0 has an infinite number of ## heta## labels rather than a unique label.

Proper time is the sort of time an un-adjusted atomic clock measures. A good model of proper time is that the clock is started at some event, and stopped at another event, at which point the clock reads the time interval between the two events. The clock needs to be physically present at both events.

As others have commented, ##t## is coordinate time, which is just a label. Typically, increasing values of ##t## do correspond in some way to increasing values on clocks, but the relationship is not as straightforward as you seem to think. And, as @pervect notes, sometimes there is no such relationship.

A relevant analogy is the relationship of longitude change to distance travelled. A 1° longitude change near the equator is a very different thing from near the pole, and the actual distance also depends on the latitude change, not just the longitude. Actually at the pole, a change of longitude doesn't even make sense.

Similarly, a 1s change in ##t## coordinate only has the straightforward relationship to elapsed time for some observer that you quoted if the other coordinates for that observer are held constant. If the observer is changing their spatial coordinates as well, it's more complex. Handling that (i.e. relating the coordinate time and the free-falling observer's proper time generally) is one part of what the geodesic equation is doing.

I had an understanding about ر being a useful way to think about time if it was in terms of an observer located at a fixed position at an infinite radius (or perhaps a very large radius might be OK). If this is correct, then it produces a description in terms of r(t) of a radial motion for a test particle as seen by a stationary observer very far away along the same radius. In particular I am interested in motion moving radially away at some distance from the black hole, so there is no issue about the event horizon. Does this make sense?

If you are interested, I could explain my motivation for this exploration. It's a rather long story, and it might not be of any interest for you.

I had an understanding about ر being a useful way to think about time if it was in terms of an observer located at a fixed position at an infinite radius (or perhaps a very large radius might be OK). If this is correct, then it produces a description in terms of r(t) of a radial motion for a test particle as seen by a stationary observer very far away along the same radius. In particular I am interested in motion moving radially away at some distance from the black hole, so there is no issue about the event horizon. Does this make sense?

If you are interested, I could explain my motivation for this exploration. It's a rather long story, and it might not be of any interest for you.

The de-Sitter Schwarzschild coordinates will have issues when f(r) = 1 - 2a/r - br^2 is zero, and additionally of course at r=0 at the central singularity.

There will be two values of r where f(r) = 0, one of which is when r is small, one in which r is large. When r is small, we can often assume that the 1/r term dominates the r^2 term, and we find that with this approximation f(r)=0 when 1 - 2a/r is zero. This is the event horizon the same as the Schwarzschild metric. When r is large, we can often assume that the r^2 term dominates the 1/r term, and find the "cosmological horizon" when 1-br^2=0. The coordinates should be OK to use in the region between the event horizon and the cosmological horizon. You'll have bad behavior when f(r)=0. You'll have other issues if you work inside the event horizon or outside the cosmological horizon. To oversimplify, inside the event horizon or outside the cosmological horizon, the "t" coordinate will represent space, rather than time.

It's probably is best if you talk about your motivation some.

If you actually want to solve the geodesic equations, it's probably helpful to note that one of the geodesic equations, the one for ##ddot##, is equivalent to:

By the chain rule this expands to

$frac frac frac

+ f(r) frac = 0$ which as you'll note is equivalent one of the geodesic equations - just divide both sides by f(r).

This implies we can set ##f(r) frac

= E##, where E is some constant.

This is very helpful. If I have not made any error,
$dτ = frac <1-2a/r-br^2>.$
If I cannot integrate this directly, I can do so numerically to get τ(r), the inverse of r(τ).

My motivation deals with my discontent with the use of the Newtonian escape velocity to determine a limiting distance from a gravitational mass for a test particle being gravitational bound.
$ r = (2GM/H^2)^<1/3>$
This does not take into account the influence of dark energy.

There seems to be no end to the surprises.

I am interpreting this as also saying that if the universe is finite and hyper-spherical, then "escape velocity" does not make sense in that context either. Is this correct? If not, please help me understand the distinction.

In the absence of "escape velocity" is there an alternative criterion to calculate gravitational boundedness with the presence of dark energy (or the cosmological constant).

I remember participating in a thread (about a year ago more-or-less) in which I was attempting to use a criterion for calculating the specific influence of the expansion on circular orbits. I have tried to relocate this thread, but so far I have failed. You participated in that thread, trying to explain to me why my idea was faulty. My idea involved using (what I named as) the Hubble acceleration equaling the gravitational acceleration, and I obtained a criterion for a distance D equal to 1/2 the distance based on escape velocity equaling HD.

My memory of the old thread is not clear about details. As I remember the discussion, the concept is that the expansion of the universe has لا influence on the trajectories of two bodies if they have stable orbits. (At that time, as I remember it, the concept that dark energy can influence the orbits was not discussed.) This is because the two bodies are bound to each other by their gravitational influence on each other, and there is a maximum distance the orbits can take the two bodies from each other. The concept of escape velocity was used to calculate a maximum distance between the two bodies such that at a greater distance D the velocity HD could influence to some extent (not necessarily adding HD as a velocity) such that the effected trajectories move the two bodies apart without limit in a flat universe. At that time the discussion did not include consideration of a finite universe, or any non-flat universe.

This is basically true, but let me restate it in a more precise form.

Suppose we want to model our solar system as it is "embedded" in the universe as a whole. In order to do that, we have to "paste together" two different spacetime geometries. Basically, our model will be that we have a spherical "bubble", containing the solar system, in which the spacetime geometry is the Schwarzschild geometry and this "bubble" will be embedded in the universe as a whole, whose spacetime geometry is the FRW geometry. At the boundary of the "bubble", which we can think of as some spherical surface that is at a radius from the Sun of, say, 1 light-year, the two geometries have to match, which involves some technical mathematical conditions that I don't think we need to go into detail about here.

In a model of this type, the fact that we have spherical symmetry in both regions (the Schwarzschild region inside the "bubble" and the FRW region outside) means that we can invoke the shell theorem, which says that, if we have a spherical "bubble" with a spherically symmetric spacetime outside it (in this case, the FRW region describing the rest of the universe), the spacetime geometry outside the "bubble" has no effect at all on the spacetime geometry inside the "bubble".

Translated into more concrete physical terms, this means that the expansion of the universe (which is a property of the FRW spacetime geometry outside the "bubble") has no effect on the orbits of objects in the solar system (which is a property of the spacetime geometry inside the "bubble").

Of course our real universe does not exactly satisfy the idealized assumptions of the idealized model described above. But the fact that we تستطيع use the Schwarzschild geometry (or more precisely a power series approximation to it, called the post-Newtonian approximation) to make very accurate predictions regarding the orbits of objects in the solar system means that, in fact, the idealized model I described is an extremely accurate approximation--that in fact it is true even in our real universe that the expansion of the universe, the spacetime geometry outside the solar system, has no effect on the orbits of objects inside the solar system.

I don't think it was at first, but IIRC it was later on in the discussion. If I can find the thread I'll post a link to it here.

Adding dark energy to the idealized model I described above is actually pretty straightforward, and doesn't change the basic answer I gave above. The key difference between dark energy and the rest of the stress-energy in the universe is that we لا تستطيع assume that the density of dark energy inside the solar system is exactly zero. In the idealized model above, when we used the Schwarzschild geometry to model the region inside the "bubble", where the solar system is, that was equivalent to assuming that there is لا other stress-energy in that region, aside from the Sun itself (we are here treating the planets and everything else as test objects, with no effect on the spacetime geometry relaxing that assumption doesn't change the basic answer, it just complicates the details of how we predict the actual orbits of objects inside the solar system). In other words, we were assuming that the uniform density in the FRW model of the universe as a whole stops at the boundary of the "bubble", and vacuum begins.

In the presence of dark energy, we can no longer make that assumption, because dark energy has the same density literally everywhere--not just as an approximation on large distance scales, as for the ordinary matter and energy in the universe as it is represented in the FRW geometry, but literally everywhere. That means that, to include dark energy in our idealized model, we have to use for the region inside the "bubble", not the Schwarzschild geometry, but the Schwarzschild-de Sitter geometry.

It turns out, however, that the فقط thing that changes inside the "bubble" when we do that is that the orbits of objects are slightly different (because, heuristically, the inward "acceleration due to gravity" of the Sun is slightly offset by the outward "acceleration" due to dark energy, so the situation is as if the Sun's mass were slightly smaller than it actually is, with appropriate changes to all orbital parameters). But it is ما يزال true that those orbits are not affected by the spacetime geometry outside the bubble--which includes the expansion of the universe. The orbits are affected by the dark energy داخل the bubble (more precisely, by the dark energy that is closer to the Sun than the orbiting object is), but they are not affected by the dark energy في الخارج the bubble any more than they are affected by anything else outside the bubble.


الإجابات والردود

The R-W metric on its own is just mathematics, to turn it into physics you have to ask: "How do I measure length and time? What rulers and clocks do I use?"

If you use a steel rule and an atomic clock, then you are defining as constant: fundamental particle masses, the charge of an electron and Planck's 'constant'. This means the diameter of the atoms in a ruler and the frequency of an atomic clock will not change as the particle is translated across space and time.

Under this assumption of 'fixed rulers' and 'regular clocks' the dx's and dt's of the metric relate to physical distances and times as measured by comparison with those rulers and clocks. In addition mass is measured by comparison with the standard kilogramme.

In this case the universe is one of fixed rulers around which space expands, the observed red shift may be described as a 'cosmological doppler effect'. Note I say cosmological doppler because the observed objects are not moving through space as with ordinary classical and (SR) relativistic doppler but it is the 'fabric' of space that is itself expanding with the passage of cosmological time and these objects are being carried along with it.

Other alternative theories allow the atomic constants to vary, in which case some other standard has to be used as the basis of measurement of mass, length and time. The trick is devising such an alternative theory that is truly consistent and concordant with observations.

I think the simple question is that no, such choices are not arbitrary---on the contrary they are natural choices following from the usual practice of maintaining constant standard (using a single standard of distance)

Any other choice would, I suppose, be described as arbitrary.

but this choice is as natural and UNarbitrary as assuming that the wavelength of light from (a certain transition in) hydrogen is the same in Andromeda galaxy as it is in ours.

that the speed of light is the same in Virgo cluster as it is in our local group of galaxies.

In other words (along lines of what Garth said) you just assume the natural thing, that basic physical objects---atoms wavelengths speed of light, standard masses etc. ----are the same everywhere.

so you measure distance in the most straightforward way, and that gives a universe that IN THE LARGE is approximated by FRW metric.

the real universe has some bumps and dimples due to concentration of matter, but if you smooth all that out ------AND measure in a straightforward way by standard measures----you get a match to FRW metric.

there are tricky variations with fancy coordinate systems which do NOT correspond to real clocks and rulers and uniform measures of distance. they might be useful for some purposes like a logarithmic plot of data can be handy, but they distort, like a mercator map shows Greenland too big---so I'd call those other systems arbitrary. Probably to some philosopher ANYTHING you choose is arbitrary----but I am making a naive intuitive distinction between the natural obvious choice and an artificial one that departs from usual conventions.

the other question the answer would be No, expansion is not "just a semantic convenience"
it has a kind of stark obviousness that smacks you in the face when you observe the sky in COLOR (or more exactly in different wavelengths)

another interesting effect of the expansion is that out beyond a certain distance---the farther away objects appear LARGER: if two galaxies are in reality the same size then the further one will fill a larger angle in the sky

that is because you are looking back into an earlier time when galaxies were crowded closer together, and each one was larger in proportion to the space between them

it is a fun effect. we had part of a thread about it a few weeks ago, which maybe I can find.

In this case the universe is one of fixed rulers around which space expands, the observed red shift may be described as a 'cosmological doppler effect'. Note I say cosmological doppler because the observed objects are not moving through space as with ordinary classical and (SR) relativistic doppler but it is the 'fabric' of space that is itself expanding with the passage of cosmological time and these objects are being carried along with it.

I become wary when folk adopt the common practice of talking about "space" or "the fabric of space" expanding.

The meaning of these terms is somewhat moot. Einstein himself seems to have been not entirely clear on how to define or describe empty space. In The Meaning of Relativity he wrote rather vaguely of Poincaré's views, theorems of congruence, and forming a space of reference by "continuing" one body until it met another — thus giving a kind of operational definition of space as something that can be filled with contiguous bodies. But material bodies, we now know, are after all mostly empty space.

Then Margenau and Lindsay wrote that space is:"..an abstract construct possessing those properties of rigid bodies that are independent of their material content", a definition entirely unclear to me.

I do prefer operational definitions. My own definition of space is "that in which you can swing a cat", but I'm interested in more precise definitions. Any offers?

One question is: "How are space and time connected between adjacent events?"

This is the basis of geometry and the answer is given by the metric, in SR the Minkowski metric and in GR by a more general form with generally non-unitary metric components.

These GR deviations from the Minkowski metric describe the curvature of space-time as described by the Riemannian tensor.

In the spherically symmetric solution this curvature of 'empty' space-time describes the trajectories of geodesics that predict accurately the passage of planets and photons in the solar system. So we have experimental evidence to support this hypothesis.

In the cosmological homogeneous and isotropic solution to Einsteins's field equation the metric turns out, not surprisingly to be rather simple and spatially symmetrical.

However as time progresses the space dimensions either inflate (or deflate) as determined by the scale factor R(t).

It is in this sense that I said that space itself is expanding and carrying everything embedded in it along with it.

The next question as I posed in my post #2 above is trying to make sense of this statement by relating the mathematics to the physics.

This is done through the equation of state and the application of a conservation principle, which in GR is the conservation of energy-momentum, but not, in general, energy.

The conservation of the energy-momentum of a particle means its 'rest' mass is constant and therefore its size and atomic frequency are also constant. Thus atoms become the 'fixed' rulers and 'regular' clocks used to measure the universe, which expands around them.

The measure of the expansion of space is the increasing distance between cosmological objects observed as a red shift.

Thus if you define atomic size and frequencies as your ruler and clock, as in GR, then space expands around them according to its cosmological solution. This is consistent with observation.

The conservation of the energy-momentum of a particle means its 'rest' mass is constant (agreed oldman) and therefore its size and atomic frequency are also constant (this I don't see oldman). Thus atoms become the 'fixed' rulers and 'regular' clocks used to measure the universe, which expands around them.


. if you define atomic size and frequencies as your ruler and clock, as in GR (Isn't the ruler these days determined by a defined fraction of a light-second, with c a defined constant, and so ultimately by a time standard?oldman) then space expands around them according to its cosmological solution. This is consistent with observation.

Yes indeed I would hold that the fundamental measurement is one of time, all you need is a clock and radar!

However, this depends on the assumption that the speed of light in vacuo is constant, and there are some alternatives, the VSL theories that allow this speed to vary.

It then is a question of which fundamental constants you allow to vary and which remain constant. If everything varied we would never know what we are talking about!

The curiousness of the RW metric

In a question I asked in my original post, namely: "is the use of the term "expansion" to describe change in cosmology therefore only a semantic convenience?" (in the RW metric, which accommodates the red-shift by a change in the ratio of metric coefficients) you kindly
replied:

It is of course it is true that you observe an increasing wavelength-shift in light from galaxies, all the way out to as near as you can see to the red CMB horizon of the observable universe. But there is only “a kind of stark obviousness that smacks you in the face” about its cause if you share the perspective of nineteenth century astronomers, who were steeped in the tradition of measuring stellar radial proper motions with the Doppler effect. Hubble of course shared this perspective.

As far as I am aware there is no other observational evidence that mandates the choice of “expansion” to describe change. It is the great body of other evidence, largely to do with the CMB, that supports the Standard Model, together with the logical structure of the model
itself that makes “expansion” so persuasive a choice.

But we live in a new Millennium, and physics has changed since the early days of modern cosmology. It is now much stranger than it was a hundred years ago we live in a milieu where hordes of string theorists insist that there are many dimensions, only some of which have unfolded to create our present situation. And some cosmologists take the ravings of these theorists quite seriously.

In this context the curious property of the RW metric that I have drawn attention to is, well, rather curious.

Thanks for the information

Just as a random head-up (because you seem to like getting a heads up) are you aware that modern cosmologists normally do not interpret the redshift as a Doppler effect. Somewhere in your post it suggest you think they they of it as a doppler effect. (?) but maybe you dont.

what I enjoy is CONVERSING rather than arguing and you sound like you might be similarly inclined. If we get to arguing I will just stop, just so you know.

Yeah, I like what you did by REMINDING about the orginal question you asked.

I actually would say NO (as you pointed out) I dont think it is arbitrary or just a semantic convenience. I will try to EXPLAIN to you how I see it, if you are curious. I think expansion of space corresponds to a real physical process (there is even a process at fundamental planck scale that has come up in one or more QG theories which corresponds to it, but these theories are new and untested so bear caution in mind).

In my view it is a real physical process, not an convenient arbitrary convention, and something WE MAY SOMETIME UNDERSTAND at the fundamental QG (quantum gravity---i.e. quantum dynamics of spacetime and matter as they interact at micro level) level but that we DON'T NOW UNDERSTAND.

So instead of discussing current attempt to explain at fundamental level, which would get us into uncertain ground, I will just try to say why I think the PHENOMENON is physically real.

But bear in mind that I am NOT TRYING TO PERSUADE you. I am not interested in making a "debate case" of it. I will tell you why I think it is real if you happen to be interested why I think that. YOU DONT HAVE TO AGREE.

Before I start, you said a some things I dont understand.
**. (in the RW metric, which accommodates the red-shift by a change in the ratio of metric coefficients)

In this context the curious property of the RW metric that I have drawn attention to is, well, rather curious. **

I dont see where you have described a "curious property" of the metric.
It seems like a reasonable metric to me. I expect space to always be expanding or contracting because our best theory of gravity so far (1915 GenRel) says to expect that. (there are static solutions but they are not very stable or robust---much more typically a simple generic solution to the GenRel equation will be some metric that expands or contracts.

Personally I dont see solutions to the Friedmann equation (the cosmologists simple version of Einsteins 1915 equation) as "ACCOMODATING" redshift by anything artificial. We know that metrics, to be solutions, will typically be expanding or contracting and one of the metrics which is an expanding solution happens to MATCH a number of observations.

(not merely observed redshifts of galaxies but also the existence and features of the CMB, the increase in angular diameter with distance after a certain point)

So I see things different from you on this score.

the metric is a solution of a differential equation (Friedmann) which is a simplified version of the GenRel equation (Einstein) and the timevarying coefficient a(t) that you see in the metric is a solution to an equation WHICH DOESNT KNOW ABOUT THE REDSHIFT or the CMB data. the metric, with that a(t), comes out of solving the dif. eq. and then you check and it MATCHES. there are a few numbers you get to play with to make the fit good which you can think of as initial conditions for running the model. (you can adjust their present values or past values)

for sure it is not ideal, there are big unanswered questions like what does Lambda stand for and why is it that size and why cant we see a lot of the matter we infer is there. Cosmologists love to talk about these huge mysteries and even dramatize them a bit.
(but that said, they still have a very workable dif. eq. model with a small set of parameters to adjust and an impressive fit to a whole slew of various kinds of observations)

I dont want to talk more about this----I am just explaining that I have a different attitude (the timevarying function a(t) in the metric is not something they play with to explain the redshift away-----essentially it has to be there and has to increase (or decrease) because that is how gravity works and we test our theory of gravity in the SOLAR SYSTEM)

The reason I dont want to bother more explaining my attitudinal difference, is that I want to address the main question of HOW DO WE KNOW SPACE ACTUALLY PHYSICALLY REALLY EXPANDS?


شاهد الفيديو: الفرق بين الامبراطوري و المتري نظام القياس الامريكي (أغسطس 2022).