Расположение и взаимодействия удаленных объектов - пара вопросов

[Krishna]

По определению, ускоренное движение галактик означает ускорение расширение Вселенной.

А мне как раз представляется, что и при равномерном (не ускоренном) расширении Вселенной, движение галактик было бы ускоренным. Чисто геометрически.

Да и тот факт, что более удаленные галактики двигаются быстрее, известен наверно уже давно (или я тут в заблуждении?). И свидетельствует как раз (имхо) об ускоренном движении.  А вот вывод об ускоренном расширении Вселенной был сделан недавно. Вывод - появились новые данные. Т.е. астрономы основывались не на ускоренном разбегании.

[dims]

А мне как раз представляется, что и при равномерном (не ускоренном) расширении Вселенной, движение галактик было бы ускоренным. Чисто геометрически.

Вселенная издалека -- это просто куча галактик. Равномерное расширение Вселенной -- это равномерное (то есть неускоренное) расширение этой кучи и неускоренный отлёт каждой её крупинки в отдельности. Ускоренное расширение Вселенной -- это ускоренное расширение кучи = ускоренное движение каждой крупинки.

За центр принимается любая точка кучи, картина от этого не меняется, куча бесконечна, независимо от временнОго характера расширения пространственный его характер однороден.

Да и тот факт, что более удаленные галактики двигаются быстрее,

Да, но НЕ это называется "ускорением". Ускорением называется более быстрое распухание всей кучи с течением времени.

И свидетельствует как раз (имхо) об ускоренном движении.

Нет, это говорит только о том, что те, кто быстрее летели, те и улетели дальше. И сейчас мы вдалеке видим быстро улепётывающих спринтеров, а поблизости -- медленно уползающих черепах. Ползут ли они равномерно или неравномерно с течением времени -- это другой вопрос.

[Krishna]

По определению, ускоренное движение галактик означает ускорение расширение Вселенной.

Верно, просто я запутался еще и в геометрии:)

Да и тот факт, что более удаленные галактики двигаются быстрее,

Да, но НЕ это называется "ускорением". Ускорением называется более быстрое распухание всей кучи с течением времени.

Я подумал, что это может быть следствием ускоренного движения. А может и не быть. Т.е. как вариант - в результате всеобщего ускоренного движения, более удаленные галактики успели достичь большей скорости за то время, которое ушло на то, чтобы удалиться на большее расстояние.

А с другой стороны, т.к. более удаленные галактики находятся от нас в более далеком прошлом - выходит, что с течением времени они замедляются. Полная каша в голове.

[konstkir]

Это вирус - он у многих, читайте указанные ссылки.

[dims]

Полная каша в голове.

Уменьшайте количество измерений и рисуйте графики. 3 измерения не нужны, всё равно по ним одно и то же. Оставьте одно. И одно для времени. Получится обычный 2-мерный график на котором всё получится нарисовать.

[Krishna]

Читаю указанные Консткиром ветки. Все время наталкиваюсь на момент (наверно элементарный), которого не понимаю. Из-за этого непонимания, мысль может двинуться (если уже не двигается) в неверном направлении. Возможно ли в двух словах объяснить вот это:

...
Если осколки после взрыва не притягиваются и продолжают равномерно лететь по инерции -- это равномерное расширение Вселенной. При этом каждый метр каждый раз увеличивается на всё меньшую величину, а вот прирост расстояния между двумя конкретными осколками всегда одинаков.
...

и это:

За несколько лет до экспериментального открытия Александром Фридманом были теоретически решены уравнения Эйнштейна для всей Вселенной и в результате было получено, что если распределение вещества в ней в среднем равномерно, то она должна или сжиматься или расширяться, причём в последнем случае должен наблюдаться линейный закон между расстоянием и скоростью убегания. Эта особенность решений Фридмана была сразу же отождествлена с явлением, открытым Хабблом. (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%A5%D0%B0%D0%B1%D0%B1%D0%BB%D0%B0)?

и еще:

... Нет, это говорит только о том, что те, кто быстрее летели, те и улетели дальше...

Но ведь наблюдается, что чем дальше в прошлое - тем быстрее, т.е. равные скорости для одинаковых участков времени?
Нет - не то. Пренебречь надо временем, а не расстоянием.
Если вспомнить популярную аналогию воздушного шара, то он должен иметь очень причудливую форму - что-то вроде ежа.



Кажется разобрался. Ответ был рядом, мог бы и сам додуматься:

В соответствии с этой (общепринятой) моделью космологическое красное смещение нельзя интерпретировать как Эффект Доплера, так как получаемая из наблюдаемого z по формулам этого эффекта скорость не соответствует (лишь приближенно равна) никакой скорости в смысле изменения космологического расстояния между галактиками. Галактики неподвижны (за исключением пекулярных собственных скоростей), а расширяется пространство, что и вызывает расширение волнового пакета.

[dims]

... Нет, это говорит только о том, что те, кто быстрее летели, те и улетели дальше...

Но ведь наблюдается, что чем дальше в прошлое - тем быстрее, т.е. равные скорости для одинаковых участков времени?

Закон Хаббла открыт на расстояниях и в тех условиях, где практически не сказывается уход в прошлое. Мегапарсек -- это примерно миллион световых лет. Чтобы заметить закон Хаббла, нужно углубиться на несколько (десятков?) мегапарсек, то есть, 50 миллионов световых лет. То есть, мы видим объекты на 50 миллионов лет в прошлом. Скорости их движения -- сотни километров в секунду. В году -- 2 миллиона секунд. Значит, за год объекты сместились на сотни миллионов километров. А за 50 миллионов лет -- на 5000000000000000 километров. 15 нулей. Мегапарсек это 10^19 километров. То есть, в 10000 раз больше. То есть, объекты сместились на 0,0001 мегапарсека или меньше чем на 0,01% от своего расстояния до нас. Это пренебрежимо мало.

Поэтому, на расстояниях в десятки и даже сотни мегапарсек можно считать, что мы видим то, что и есть (в плане расширения Вселенной).

[dims]

Вселенной и в результате было получено, что если распределение вещества в ней в среднем равномерно, то она должна или сжиматься или расширяться, причём в последнем случае должен наблюдаться линейный закон между расстоянием и скоростью убегания.

Кстати, мне кажется, добавка "в последнем случае" неверна. Линейный закон будет наблюдаться во всех случаях, как расширения, так и сужения, как ускоренного, так и неускоренного. Даже если Вселенная статична, то он всё равно соблюдается, просто H=0.

Линейный закон -- следствие пространственной однородности, поэтому если Вселенная однородна, то есть, она ВСЁ делает однородно, в том числе расширяется однородно, то и линейный закон Хаббла будет выполняться.

[Krishna]

Поэтому, на расстояниях в десятки и даже сотни мегапарсек можно считать, что мы видим то, что и есть (в плане расширения Вселенной).

С масштабированием вроде более-менее понятно. А как обстоят дела с расстояниями в тысячи мегапарсек? Какая скорость наблюдается у объектов, отстоящих по времени от БВ на сотни мегапарсек - в период замедленного расширения?

Линейный закон -- следствие пространственной однородности, поэтому если Вселенная однородна, то есть, она ВСЁ делает однородно, в том числе расширяется однородно, то и линейный закон Хаббла будет выполняться.

У меня сложилось такое же впечатление, значит - можно надеяться, что я двигаюсь в правильном направлении.

Даже если Вселенная статична, то он всё равно соблюдается, просто H=0.

Статична значит - расширяется равномерно - не ускоренно?
Т.е. в этом случае скорости с расстоянием не увеличиваются?

Или статичность означает отсутствие расширения вообще (как и сужения)?

Пардон, конечно, за тупость:  мне то кажется, что я понимаю, то как-то ускользает:(

[Krishna]

И вот с этим никак не разберусь:

Если осколки после взрыва не притягиваются и продолжают равномерно лететь по инерции -- это равномерное расширение Вселенной. При этом каждый метр каждый раз увеличивается на всё меньшую величину, а вот прирост расстояния между двумя конкретными осколками всегда одинаков.

почему в этом случае "каждый раз ... на меньшую"?

[dims]

С масштабированием вроде более-менее понятно. А как обстоят дела с расстояниями в тысячи мегапарсек?

Ну я вообще-то не астроном. Чем дальше объекты, тем хуже они видны, тем легче теряются среди более близких объектов. Вот смотрят люди в телескоп и видят там россыпь точек. Какие-то из этих точек -- это галактики на обычном расстоянии, а какие-то -- на сверхдалёком. Это чем-то напоминает перебирание рисовых зёрен или золотоносного песка. То есть, задача достаточно непростая.

В какой-то момент единственное, что мы можем сказать про галактику -- это её красное смещение. И узнать, на каком она расстоянии, мы можем только по этому красному смещению. То есть, мы не можем уже рисовать график Хаббла напрямую. Поэтому догадаться, как она там себя ведёт, очень трудно.

Даже если Вселенная статична, то он всё равно соблюдается, просто H=0.

Статична значит - расширяется равномерно - не ускоренно?

Статична -- это значит она вообще не расширяется. Все расстояния всегда одинаковы. Так представляли Вселенную в начале XX века.

Т.е. в этом случае скорости с расстоянием не увеличиваются?

Да. Но они ещё и равны нулю. Это единственное значение скорости, которое может не увеличиваться с расстоянием и давать при этом однородную картину.

Или статичность означает отсутствие расширения вообще (как и сужения)?

Ну да.

Пардон, конечно, за тупость:  мне то кажется, что я понимаю, то как-то ускользает:(

Ну так сложно же всё. Великие умы бились и до сих пор бьются.

[Krishna]

В какой-то момент единственное, что мы можем сказать про галактику -- это её красное смещение. И узнать, на каком она расстоянии, мы можем только по этому красному смещению. То есть, мы не можем уже рисовать график Хаббла напрямую. Поэтому догадаться, как она там себя ведёт, очень трудно.

Т.е. вряд ли в ближайшее время астрономы смогут сказать об этом, например, объекте http://www.inauka.ru/news/article96474.html в смысле его скорости, ускорения, направления и т.п.? Как же был сделан вывод о предшествовавшем нынешнему ускорению замедлении?

dims, этот мой вопрос Вы пропустили, а для меня существенно его понимание:

И вот с этим никак не разберусь:

Если осколки после взрыва не притягиваются и продолжают равномерно лететь по инерции -- это равномерное расширение Вселенной. При этом каждый метр каждый раз увеличивается на всё меньшую величину, а вот прирост расстояния между двумя конкретными осколками всегда одинаков.

почему в этом случае "каждый раз ... на меньшую"?

Ниже - к чему я пришел к настоящему моменту, но чую, что где-то ошибаюсь:

В модели равномерно расширяющейся вселенной, большее красное смещение у более удаленных объектов вызвано не большей скоростью этих объектов, а растягиванием световых волн расширяющимся пространством. Т.е. в этой модели скорости удаленных объектов не увеличиваются с расстоянием до них.

Вот сам вижу противоречие с той мыслью, что кто быстрее стартовал, тот и дальше улетел. А быстрейшие улетели дальше, поэтому удаленнейшие летят быстрее.

Что-то не до конца раскладывается по полкам в голове. Особенно с самыми удаленными и, соответственно, молодыми объектами.

[dims]

Как же был сделан вывод о предшествовавшем нынешнему ускорению замедлении?

Ускорение было обнаружено при сравнении яркости вспышек далёких сверхновых и красного смещения. Сверхновые -- очень яркие вспышки и видны далеко. Есть теория, по которой яркость определённого типа вспышек всегда одинакова, а, значит, видимая (долетающая до Земли) яркость позволяет судить о расстоянии.

Кроме того учёные строят математические и компьютерные модели, в которые закладывают известные и/или предполагаемые законы природы и смотрят, что должно было происходить, чтобы было видно то, что видно.

почему в этом случае "каждый раз ... на меньшую"?

Ну это надо рисовать, на пальцах не объяснишь. Пусть ось времени напралена вертикально вверх, а ось пространства -- вправо. Нарисуйте веер прямых линий из начала координат -- это разлёт галактики. Чем дальше от начала, тем меньше расходятся соседние линии.

В модели равномерно расширяющейся вселенной, большее красное смещение у более удаленных объектов вызвано не большей скоростью этих объектов, а растягиванием световых волн расширяющимся пространством. Т.е. в этой модели скорости удаленных объектов не увеличиваются с расстоянием до них.

Ну так нельзя сказать. Если объект удаляется, то как понять, это он движется или между ним и нами растягивается пространство? В воображении мы можем различать эти процессы, но надо понимать, что физически они родственны. Во всякому случае, в плоском равномерно расширяющемся пространстве, я думаю, красное смещение будет такое же, как и от эффекта Доплера в случае, если бы обычные осколки разлетались бы в ньютоновом пространстве.

[Krishna]

почему в этом случае "каждый раз ... на меньшую"?

Ну это надо рисовать, на пальцах не объяснишь. Пусть ось времени напралена вертикально вверх, а ось пространства -- вправо. Нарисуйте веер прямых линий из начала координат -- это разлёт галактики. Чем дальше от начала, тем меньше расходятся соседние линии.

Признаться, не вижу чтобы меньше. Вижу, что пропорционально длинам линий.

Я или не понимаю каких-то вообще элементарных вещей, или упускаю какие-то существенные факторы.

Предлагаю другую аналогию, на мой взгляд более простую: окружность с двумя произвольными точками.
С увеличением радиуса, длина любой дуги (в частности между нашими точками) увеличивается пропорционально, независимо от длины дуги, т.е. при равномерном увеличении радиуса - видим равномерное увеличение дуги. Увеличение радиуса, имхо - вполне допустимая аналогия расширению вселенной, а соответствующее увеличение длины дуги - скорости между удаленными объектами.

Если объект удаляется, то как понять, это он движется или между ним и нами растягивается пространство? В воображении мы можем различать эти процессы, но надо понимать, что физически они родственны. Во всякому случае, в плоском равномерно расширяющемся пространстве, я думаю, красное смещение будет такое же, как и от эффекта Доплера в случае, если бы обычные осколки разлетались бы в ньютоновом пространстве.

А у меня сложилось впечатление (после чтения пары веток этого форума, некоторых статей по ссылкам с него, а также wiki), что эти процессы принципиально различны, и эта разница крайне важна для правильного понимания сущности закона Хаббла (как он понимается в настоящее время). А также, что, "...космологическое красное смещение нельзя интерпретировать как Эффект Доплера..." (wiki).

Т.е. мне понятно, почему будет большее Z у более удаленных галактик, но не понятно, почему они быстрее удаляются (в случае равномерного расширения конечно).

И вот еще что пришло мне голову (пока еще не обдумал хорошенько): не может ли иметь место замедление времени у удаленных объектов (причем чем более удаленных, тем большее), которое оказывает влияние и на видимое Z, и на реальную скорость удаления на различных расстояниях? Это замедление может быть вызвано большей кривизной пространства, которая, в свою очередь, вызвана все большей плотностью во все более удаленном прошлом?

[konstkir]

Krishna:  Т.е. мне понятно, почему будет большее Z у более удаленных галактик, но не понятно, почему они быстрее удаляются (в случае равномерного расширения конечно).

 А вы не торопитесь с разу с кучей вопросов. Все ответы сразу не переварите.

Ответ на ваш вопрос очевиден. Вы невнимательно отнеслись к закону Хаббла.

[konstkir]

 dims:  ..Во всякому случае, в плоском равномерно расширяющемся пространстве, я думаю, красное смещение будет такое же, как и от эффекта Доплера в случае, если бы обычные осколки разлетались бы в ньютоновом пространстве.

  Ув. dims, Здесь Вы как-то неосторожно выразились.

 Не важно как двигаются галактики. В ОТО:

                (Z+1) ~ a(t)   ,  где  a(t) - относительный масштабный фактор.

В случае Доплера, Z зависит не от расстояния, а только от скорости.
Скорости численно совпадают при малых Z << 0,1. При больших - "кричаще" не совпадают при любом законе движения. Так квазар с  Z=1,5 движется уже быстрее C.

[Krishna]

Ответ на ваш вопрос очевиден. Вы невнимательно отнеслись к закону Хаббла.

konstkir, он для Вас очевиден. Поделитесь раз так.
Я для того здесь и задаю вопросы чтобы не перерывать груды справочников и учебников, в которых, к тому же, нужный мне ответ может быть глубоко зарыт. Плюс к тому, я рискую проскочить мимо него или не понять - вот как, видимо, в случае с законом Хаббла.

[konstkir]

Krishna:  Т.е. мне понятно, почему будет большее Z у более удаленных галактик, но не понятно, почему они быстрее удаляются (в случае равномерного расширения конечно).

Закон Хаббла гласит для нашего времени для совокупности галактик
       
                                    V =  Ho*R

 Где R - расстояние до различных галактик.

V -скорость различных по удалению галактик

Чем больше R, тем быстрее удаляется эта конкретная галактика (скажем,R1), как бы она не двигалась -замедленно, равномерно или ускоренно.
  Другие галактики в это время двигаются по аналогичному закону, но с другими скоростями, если расстояние до них - R не равно R1.

 

[dims]

Ну это надо рисовать, на пальцах не объяснишь. Пусть ось времени напралена вертикально вверх, а ось пространства -- вправо. Нарисуйте веер прямых линий из начала координат -- это разлёт галактики. Чем дальше от начала, тем меньше расходятся соседние линии.

Признаться, не вижу чтобы меньше. Вижу, что пропорционально длинам линий.

Давайте посмотрим на линию в миллиметре от начала времени и в миллиметре от оси времени. Она наклонена под углом 45 градусов к оси времени.

Теперь давайте посмотрим на линию в километре от начала времени и в том же миллиметре от оси. Она будет почти параллельна оси времени!

С увеличением радиуса, длина любой дуги (в частности между нашими точками) увеличивается пропорционально, независимо от длины дуги, т.е. при равномерном увеличении радиуса - видим равномерное увеличение дуги. Увеличение радиуса, имхо - вполне допустимая аналогия расширению вселенной, а соответствующее увеличение длины дуги - скорости между удаленными объектами.

Правильно. Ну вот и посмотрите на свою окружность сперва через секунду после БВ. Отметьте на ней 2 точки на расстоянии в 1 мм и посмотрите, с какой скоростью она увеличивается. А потом посмотрите на неё через час и снова отметьте 2 точки на расстоянии в 1 мм -- и Вы увидите, что они расходятся медленнее.

Кстати, этому есть простая зрительная аналогия -- круги на воде. Они движутся с постоянной скоростью, но визуально явно видно, что процесс их растяжения замедляется, когда круги уже стали большими.

А у меня сложилось впечатление (после чтения пары веток этого форума, некоторых статей по ссылкам с него, а также wiki), что эти процессы принципиально различны, и эта разница крайне важна для правильного понимания сущности закона Хаббла (как он понимается в настоящее время).

Познание должно происходить методом итераций. Сперва грубое понимание, потом всё точнее и точнее. Сперва надо понять, что красное смещение -- это эффект Доплера. Потом уже можно думать над тем, в чём отличие, то есть, что это НЕ эффект Доплера.

И вот еще что пришло мне голову (пока еще не обдумал хорошенько): не может ли иметь место замедление времени у удаленных объектов (причем чем более удаленных, тем большее), которое оказывает влияние и на видимое Z, и на реальную скорость удаления на различных расстояниях?

А вот и отличие! Обычный эффект Доплера "складывается" из двух эффектов: (1) удаляющийся предмет добавляет к длине волны расстояние, которое сам пролетает в промежутке между максимумами и (2) замедления времени на движущемся объекте. При небольшой скорости замедление не сказывается, а при большой становится заметно. А космологическое красное смещение (при равномерном расширении) не будет подвергаться влиянию замедления времени (потому что его нет).

Это замедление может быть вызвано большей кривизной пространства, которая, в свою очередь, вызвана все большей плотностью во все более удаленном прошлом?

Это я не знаю. Насколько я понимая, текущая теория не показывает никакого замедления времени по мере приближения (обратно) к моменту БВ. То есть, время в момент БВ начало течь мгновенно и текло как обычно. Есть понятие "конформное время", но оно, наоборот, в момент БВ быстро протекло от минус бесконечности до конечного значения, а потом стало течь всё медленнее и медленнее. Однако, насколько я понимаю, это не физическое время. То есть, часы с маятником показывали бы не его.

[dims]

Скорости численно совпадают при малых Z << 0,1. При больших - "кричаще" не совпадают при любом законе движения. Так квазар с  Z=1,5 движется уже быстрее C.

А если применять нерелятивисткую формулу эффекта Доплера?