Быстрее света

[m61]

Есть в космологии одна чрезвычайно распространенная ошибка, заключающаяся в чересчур прямолинейном ответе на вопрос о размере видимой части Вселенной (т.е. размере области, откуда за время существования Вселенной к нам успел бы дойти свет). Эти прямолинейные рассуждения выглядят примерно так: "возраст Вселенной составляет 13 с лишним миллиардов лет - следовательно, и размер (радиус) видимой части Вселенной тоже равен 13 с лишним миллиардам световых лет (скорость света умножить на время)".

Собственно, почему этот ответ неверен - догадаться довольно легко: он не учитывает того факта, что наша Вселенная расширяется. Так что за время путешествия света от какого-либо объекта - он, этот объект, удалится от нас еще дальше.

Но определенно более неожиданным является ответ на следующий за этим вопрос - а во сколько же тогда раз радиус видимой части Вселенной больше этого самого c*t (скорость света умножить на время)? Казалось бы - не больше, чем в два раза, ведь скорость удаления любого объекта не может превышать скорости света, как говорит нам теория относительности.

Этот ответ, однако, тоже является неверным. Даже на материально-доминированной стадии эволюции Вселенной (всего выделяют четыре основных стадии - инфляционная, радиационно-доминированная, материально-доминированная и современная стадия доминирования темной энергии, иногда называемая новым инфляционным периодом) - так вот, даже на материально-доминированной стадии, когда расширение Вселенной происходит с замедлением, радиус видимой Вселенной в целых три раза больше c*t (это легко показать с помощью очень простых расчетов).

А уж для текущей стадии доминирования темной энергии, когда Вселенная перешла на ускоренный режим расширения - соотношение между радиусом видимой Вселенной (порядка 45 миллиардов световых лет) и величиной c*t стало еще больше (и составляет три с лишним раза - точную величину несложно получить путем решения уравнений Фридмана для конкретной модели Вселенной), и с течением времени будет расти далее.

Но разве, таким образом, мы не получаем противоречия с теорией относительности - ведь это вроде бы означает, что далекие объекты удаляются от нас со скоростью, которая больше скорости света?

Ответ - нет, противоречия не получаем, хотя далекие объекты _и в самом деле_ удаляются от нас со скоростью, превышающей скорость света. Так, в модели Вселенной 30/70 (т.е. 30% ее полной плотности составляет вещество, включая темную материю, а остальные 70% - темная энергия в форме космологической постоянной) галактики, чье красное смещение больше примерно 1.5 - в настоящее время (именно в настоящее, не в тот момент, когда они излучали свет, который мы принимаем сейчас) удаляются от нас со скоростью, большей скорости света.

И потому* тот свет, который они излучают сейчас - мы уже не получим никогда, даже в бесконечном будущем. И, соответственно, наши сигналы, которые мы можем послать сейчас, или наши космические корабли, которые, быть может, мы когда-нибудь построим - их тоже уже не достигнут никогда. Как это иногда говорится - они вышли за наш горизонт событий.

Но противоречия с теорией относительности тут, еще раз повторю, нет ни малейшего. Потому что расширение Вселенной - это не разлет галактик и всего остального содержимого Вселенной _в_ пространстве. Нет, это "раздувание" самого пространства-времени.

Условно говоря: мы не можем двигать предметы по линейке со скоростью, большей скорости света - но тут у нас расширяется сама линейка.

Для тех, кто хочет глубже разобраться в этой теме (и узнать, что такое "космологический горизонт событий" - и чем он отличается от "горизонта частиц") - в Архиве есть отличная научно-популярная статья Tamara M. Davis и Charles H. Lineweaver. Испытывающим сложности с английским - рекомендую написанную на основе ее перевода статью Сергея Попова.

И еще одна рекомендация - великолепная научно-популярная лекция "Многоликая Вселенная" знаменитого Андрея Линде, несколько лет назад прочитанная им в ФИАНе. Если честно - толчком к написанию данной моей заметки послужила именно лекция Андрея, ибо в ней мне встретилась (в одной из начальных табличек) как раз та самая ошибка, которая здесь обсуждалась.

Но, разумеется, в тексте самой лекции Андрей дал все необходимые разъяснения. :)

-----

* Строго говоря - не совсем "потому", но разъяснение на эту тему я дам в одном из следующих постингов (или же его можно прочитать по приведенным мною ссылкам).

Comments

[exxellenz.livejournal.com]

Спасибо, это интереснее, чем политика :)

[tigerofsiberia.livejournal.com]

В общем, в практическом смысле она всё-таки бесконечная, хоть в математическом и не совсем.

[proletary71.livejournal.com]

Согласно материальным представлениям любое пространство и материя имеют четкие размеры, форму, начало и конец. Так что и вселенная как любое другое пространство имеет свои границы. А вот что за границами этого пространства вопрос очень интересный.

[foto3d3.livejournal.com]

Бесконечность не существует. Отойдя от исходной точки на бесконечное расстояние и обернувшись назад вы всегда сможете замерять точное расстояние. И так может повторяться бесконечно :-)))

[os80.livejournal.com]

>Собственно, почему этот ответ неверен - догадаться довольно легко: он не учитывает того факта, что наша Вселенная расширяется. Так что за время путешествия света от какого-либо объекта - он, этот объект, удалится от нас еще дальше.

Вот тут дыра в рассуждениях. Кто сказал, что скорость света постоянна? Ну и вообще, прежде чем обсуждать такие вещи, надо обсудить, что такое время и расстояние, как мы их меряем.

[jivopyra.livejournal.com]

Точно так же - а как это установлено, что "Вселенная расширяется"? Строго говоря, всё, что установлено - кванты света, приходящие с далёкого расстояния имеют меньшую энергию, чем они должны бы были её иметь, если предположить, что их излучали те же атомы, что и в нашей окрестности.

Но почему это уменьшение энергии объясняется именно "эффектом Допплера", а не, скажем, определённой "небольшой мутностью" Вселенной? Как представляется, безвариантность эффекта Допплера в данном случае надо доказывать.

[alien3.livejournal.com]

Спасибо, чуть лучше понял ситуацию (хотя мозги всё равно скрипят). :-)

[(Anonymous)]

Спасибо!
Но, как я понимаю, если речь идёт только о "раздувании" пространства-времени, мы бы не заметили никакого расширения и не наблюдали бы никакого красного смещения. Ведь пропорционально расстояниям удлинялись бы и мы сами, и наши линейки, и длины волн. Очевидно, "раздувание" непропорционально?

[m61.livejournal.com]

"Раздувание" равномерно в пространстве (именно поэтому скорость удаления галактик прямо пропорциональна расстоянию до них - что легко можно понять, представив себе Вселенную в виде раздувающегося воздушного шарика), но неравномерно по времени.

Но гравитационно-связанные системы (а также тела, связанные каким-либо иным образом) в расширении Вселенной не участвуют. Так что ни наши тела, ни наша Земля и наша Солнечная система, ни даже наша Галактика (и все прочие галактики в отдельности) - не расширяются, нет.

На эту тему есть замечательный диалог в фильме Вуди Алена "Энни Холл":

– Почему Вы не делаете вашу домашнюю работу?
– Какой смысл? Вселенная расширяется. Все развалится, и мы все умрем.
– Мы живем в Бруклине. Бруклин не расширяется! Идите делать вашу домашнюю работу.

:)

[dims12.livejournal.com]

> Условно говоря: мы не можем двигать предметы по линейке со скоростью, большей скорости света - но тут у нас расширяется сама линейка.

Ну вообще-говоря, если бы мы создали линейку достаточной длины, например, соединив между собой цепочку космических кораблей, мы вполне себе зарегистрировали бы сверхсветовую скорость разбегания галактик. Принципиальных ограничений этому нет. То есть, при расширении Вселенной, линейка не расширяется.

[m61.livejournal.com]

http://m61.livejournal.com/115665.html?thread=2042065#t2042065

[naxellent.livejournal.com]

*вопрос от блондинки*
значит ли это, что линейка расширяется за счет темной энергии?

[strange-cat.livejournal.com]

А нет ли какой-нибудь книги на русском о современной теории Вселенной? Откуда можно оптом узнать, что такое темная материя, темная энергия и прочие захватывающие вещи в виде полной картины?

[greymage.livejournal.com]

Если честно — вот этого расширения никогда не мог понять.

Как пространство расширяется? И почему расширяется пространство, но не занятое им вещество? Или предполагается что, скажем, атом водорода не "замечает" увеличения пространства, которое он занимает? Каким образом увеличивается пространство? Квантами? Большими кусками? Как они появляются, эти новые кванты пространства? Из чего, каким образом? Одинакова ли вероятность появления очередного кванта пространства в разных точках пространства?

Короче, не понимаю.

[moisav.livejournal.com]

Кстати да. C этими "тенями СТО" есть много менее очевидных проблем. Сам когда-то, занявшись наблюденями чуть более далеких галактики чем обычно (на z=0.1) запутался, как правильно пересчитывать красное смещение в лучевые скорости и восстанавливать кривую вращений и не лучше ли взять релятивистскую формулу :) А работали мы вместе с Решетниковым, подозреваю, что по следам тогдашнего обсуждения он посвятил отдельный кусок этой проблеме в книжке про "тёмное небо" :)

[pronin.livejournal.com]

Жги, Саша! Это как свежий воздух, правда! Хотя уровень моего понимания "расширяющейся линейки"... Пойду еще лекцию послушаю)

[oleglestvichev.livejournal.com]

Положения наблюдателя не учитывается. Если Вы смотрите в одну сторону с Земли то свет и удаляется со скоростью же света. На каких основаниях Вы относите себя на противоидущий луч и утверждаете, что суммарная скорость двух разлетающих в противоположные стороны лучей света удваивается?))) Она не удвоится , а останется прежней. Всё дело в "относительности"..

[m61.livejournal.com]

Не знаю, на каких основаниях вы приписываете мне какие-то основания.

[snegurbuber21.livejournal.com]

Что это нам дает практически? (пошел собирать сверх-световой двигатель)

[bible-man.livejournal.com]

При прочтении таких статей, у меня всегда складывается впечатление что физики/астрофизики/журналисты сами не до конца понимают, что они подразумевают под временем и расстоянием. Ведь расстояние, в современном понимании, это интервал между одновременными событиями в одной из инерциальных систем координат. Такой интервал для объектов, движущихся в этой системе координат быстрее скорости света, будет больше бесконечности. То есть, радиус вселенной не сколько-то там миллиардов световых лет, а сколько-то там бесконечностей.
Вы говорите, что они не движутся быстрее скорости света, а увеличивается пространство. Но с математической точки зрения это же просто изменение системы координат, на интервал между событиями это не должно влиять, или вся математическая модель СТО идет прахом.
Или я чего-то не понимаю?

[oleglestvichev.livejournal.com]

Это утопичные теории 20-века о сверхсвете, о теории близнецов..Да имеет место быть. Но прогресс в новых постулатах. Тяготение-Время-Энергия-Пространство..Повлияв на один из параметров, можно зацепить и другой. Практическое применение понятно: вокруг объекта (кос.станция) создаётся сфера из вращающихся полей, потом по силовым линиям этих полей накачивается дикое гигантское количесвто энергии, например сверх плотной плазмы ксенона. Так что плотность энергии в тонкой оболочке была сопоставима с плотностью чёрной дыры. И в результате внутреннюю оболочку с кос.станцией вывнесет из нашего простарнства и времени. (Это наблюдается в микромире, в тех объёмах где орбитали электронов пересекаются на сверхскоростях появляется тяготения связывающее атомы и молекулы..)

[pyka-npu3paka.livejournal.com]

>>это "раздувание" самого пространства-времени
что такое это ваше "пространство-время"? Вакуум - знаю, материю и энергию - тоже. А это что за зверь?

[(Anonymous)]

Пора задуматься, что в современной физике есть ошибка. Порождающая противоречия всё чаще и чаще. И мы пытаемся их объяснить, уместить всё в ту же, уже "вкрай" надоевшую ОТО.
Сами ввели постулат об ограничении скорости света и сами же страдаем от этого.

[cergyn13.livejournal.com]

Ну по теории и свет не может двигаться со скоростью света. Т. к. фатон имеет массу, а при приближении к скорости света масса стремится к бесконечности.

[oleglestvichev.livejournal.com]

дело глоголишь нигрилла

[oleglestvichev.livejournal.com]

http://matveychev-oleg.livejournal.com/1197413.html
НАСА уже оформила теоритическую базу, когда-то о подобных технологиях была масшатабная публикация в Технике-Молодёжи за 1986..
Глупо жить 60-ми годами прошлого века, думая что люди будут 8000 лет лететь к ближайшим звёздам на фотонных ракетах. Это примитивные суждения. При этом даже даже старые формулы релятивиского движения показывают, что частица или цуг волны не обладающий массой,может перемещаться в линейном пространстве выше чем скорость света. Так уже есть теоритические предпосылки для того, что-бы изменить (минимизировать или сделать отрицательными) параметры массы некоекого объёма пространства с находящимися в нём телами и энергиями. Одним из этих тел может быть корабль.
---------------
1. В природе такие объёмы пространства существуют в областях ограниченных взаимным пересечением разнонаправленных электронных орбиталей в веществе. В этих объёмах рождается сила атомных связей, там время течёт по другому, там иные свойства пространства. Эти свойства будут изучены и отработаются технологии позволящие воссоздать их искуственно на большем объёме пространства.
2. Уже известны опыты по телепортации атома. И эта скорость выше световой. Это даже не телепортация, а создание копии атома с учётом даже всех спиновых чисел.

[cergyn13.livejournal.com]

Короче последнее.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Фотон

[cergyn13.livejournal.com]

Наибольшая точность, с которой удалось измерить заряд фотона равна 5·10−52 Кл (или 3·10−33 e); для массы — 1,1·10−52 кг (6·10−17 эВ/c2 или 1·10−22 me).[134]

[m61.livejournal.com]

Вы, увы, не поняли написанного черным по белому: это не масса фотона такая, это точность измерения такая. То есть: на данном уровне точности масса фотона _не обнаружена_.

[cergyn13.livejournal.com]

Блять почему баниш сука. блять

[m61.livejournal.com]

Да вроде нет, пока я не баню.

Но продолжите в том же тоне - да, отправитесь отдыхать.

[(Anonymous)]

начнём с того, что вселенная не расширяется ... а далее включайте логику ... и не забывайте, что антиG реально существует.

[oleg-letsinsky.livejournal.com]

Пространство расширяется, вы, как вы выражаетесь, "растягиваете линейку". Но в системе координат, находящейся внутри этого расширяющегося пространства, свет будет по-прежнему двигаться со скоростью C, и будет предельной скоростью. И никакого "растягивания линейки", находясь внутри, вы не заметите.

[modaflock.livejournal.com]

да, многие и часто так ошибаются

самая распространённая ошибка

[Владимир Лобанов (from livejournal.com)]

Это всё ерунда которая не стоит и высосанного пальца. О чём вы говорите, о каких то размерах, да всё просто берём невооружённый глаз и смотрим через его призму внимания на небо звёздное ночью,скоко мы увидим звёзд -- на пяльцах пересчитать можно, потом берём бинокель и опять в одну точку вселенной уставились, что мы видим , что надо уже пальцы ноги добавлять для счёта. Берём трубу у Галилея и в неё глядим не напрягаясь всё в ту же точку вселенной, и что мы видим -- что пяльцев уже ни у кого и всех вместе не хватает. Тогда берём орбитальный мелкоскоп Хабла и что мы видим всё в той же точке вселенной -- свет ты мой , не может быть, а там всего то лишь радиус торчит в 13 миллиардов с хвостиком световых лет Мы тут давай быра выводы о скорости света делать, смещения разные туда сюда прикидывать, один умник про тахионы сверхскоростные загнул. А дело то в лишь в том что мелкоскопа крупнее Хабла у нас нет, и смотреть нам в нечего больше, а если бы было, так мы бы и радиус ещё больше смогли определить, и теорий ещё всяких от имени науки бессмертной нарожать, да и вообще чего хошь напридумывать,а вот где центр вселенной так толком ни кто и не знает. Говорят только что всё по поастранству вместе совсем звёздным веществом растягивается. А я думаю по простоте своей, что раз всё из одного места вылетело когда то значит это место где то быть должно. Вот потеря нами своего места,мы как безхозные, и приводит нас к разного рода ложным выводам,а заодно и к изысканиям совсем в не той области, как пространства так и личной жизни человека.

[dimulka73.livejournal.com]

Замечательно!