Быстрее света
Jun. 2nd, 2014 04:39 am![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
m61Есть 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).
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).
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
(no subject)
Date: 2014-06-02 11:59 am (UTC)(no subject)
Date: 2014-06-02 01:01 pm (UTC)Что такое темная материя и темная энергия - никто не знает. Про темную материю, открытую давно, есть кое-какие гипотезы, а про темную энергию и таковых нет. Темнота пока.
Что же до книг... Из научной литературы есть "Космология" Стивена Вайнберга. Но ее без упомянутых 5 курсов университета трудно понять. Популярные же книги - как правило отвратительные переводы англоязычных, я их не читал. Могу посоветовать такое эмпирическое правило: взять в магазине книгу и посмотреть автора, переводчика и редактора. Если среди оных встретятся фамилии Сурдин В.Г., Попов С.Б., Прохоров М.Е., Засов А.В., можно считать это знаком качества.
Могу еще посоветовать "Первые три минуты" С. Вайнберга. Она популярная, но довольно старая - 80-х гг. прошлого века.
(no subject)
Date: 2014-06-02 01:08 pm (UTC)(no subject)
Date: 2014-06-02 01:16 pm (UTC)Ну, и некоторые базовые представления может, как мне кажется, дать и наша с Александром Громовым книжка "Вселенная: Полная биография" (в первом издании - "Вселенная: Вопросов больше, чем ответов").
(no subject)
Date: 2014-06-02 01:19 pm (UTC)(no subject)
Date: 2014-06-02 06:17 pm (UTC)(no subject)
Date: 2014-06-02 06:27 pm (UTC)(no subject)
Date: 2014-06-02 06:33 pm (UTC)(no subject)
Date: 2014-06-21 05:25 pm (UTC)---
Почему бы хотя бы теперь (если уж не с самого начала) не написать в userinfo - не "звездочёт", а "Александр Малиновский" ?
Ну или "звездочёт Александр Малиновский", хотя по мне - лучше астроном или астрофизик (кем Вы сами себя считаете).
(no subject)
Date: 2014-06-21 08:26 pm (UTC)(no subject)
Date: 2014-06-09 11:49 am (UTC)Почему никто не знает? Знают. Это - то же самое, что "нейтрино", т.е. теоретическая выдумка, чтобы спасти теорию. В данном случае - теорию относительности, которая перестала сходиться на таких больших наблюдательных масштабах. И всё. Когда-то такой выдумкой был "флогистон", ну, и "тёмная материя" повторит его судьбу.
(no subject)
Date: 2014-06-09 01:10 pm (UTC)(no subject)
Date: 2014-06-09 01:13 pm (UTC)(no subject)
Date: 2014-06-02 01:41 pm (UTC)А про темную матарию энергию есть в А. Д. Чернин. Космология: Большой взрыв, но не показывайте эту книгу Сурдину В.Г., Попову С.Б., Прохорову М.Е., и Засову А.В. :))
(no subject)
Date: 2014-09-01 10:23 am (UTC)