Разширение на Вселената: Разлика между версии

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Интерактивен преглед на историята
← По-стара редакцияПо-нова редакция →
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
ВизуаленУикитекст
редактиране1
ред.
Ред 3: Ред 3:
'''Разширението на Вселената''' се счита за емпиричен факт, обясняващ наблюдаемото разбягване на галактиките и редица други астрофизически феномени. То е увеличаване на разстоянието между всеки две различни точки от Вселената с течение на времето.<ref name="NYT-20170220">{{cite news |last=Overbye |first=Dennis |title=Cosmos Controversy: The Universe Is Expanding, but How Fast? |url=https://www.nytimes.com/2017/02/20/science/hubble-constant-universe-expanding-speed.html |date=20 февруари 2017 |work=[[The New York Times]] |accessdate=21 февруари 2017 }}</ref> Това не предполага наличието на пространство извън нея, т.е. самото пространство се увеличава. Реално предметите в него не се движат, а само мащабът или "метриката" се изменя. Колкото е по-голямо разстоянието между две точки толкова повече пространство има между тях, така че далечните предмети видимо се отдалечават по-бързо. Тъй като това не е рално движение, за него не важи граничната скорост задавана от [[скоростта на светлината]]. Астрономически [[Локална група|най-близките галактики]] са единствените, които не се разбягват от нашата гледна точка.
'''Разширението на Вселената''' се счита за емпиричен факт, обясняващ наблюдаемото разбягване на галактиките и редица други астрофизически феномени. То е увеличаване на разстоянието между всеки две различни точки от Вселената с течение на времето.<ref name="NYT-20170220">{{cite news |last=Overbye |first=Dennis |title=Cosmos Controversy: The Universe Is Expanding, but How Fast? |url=https://www.nytimes.com/2017/02/20/science/hubble-constant-universe-expanding-speed.html |date=20 февруари 2017 |work=[[The New York Times]] |accessdate=21 февруари 2017 }}</ref> Това не предполага наличието на пространство извън нея, т.е. самото пространство се увеличава. Реално предметите в него не се движат, а само мащабът или "метриката" се изменя. Колкото е по-голямо разстоянието между две точки толкова повече пространство има между тях, така че далечните предмети видимо се отдалечават по-бързо. Тъй като това не е рално движение, за него не важи граничната скорост задавана от [[скоростта на светлината]]. Астрономически [[Локална група|най-близките галактики]] са единствените, които не се разбягват от нашата гледна точка.


По време на ерата на [[Инфлация (космология)|инфлация]], до около 10<sup>−32</sup> секунди след [[Големия взрив]], Вселената внезапно се разширява, а обемът ѝ нараства поне 10<sup>78</sup> пъти, което е еквивалентно на разширяването на обект с дължина 1 [[нанометър]] (10<sup>−9</sup> m) до приблизително 10,6 [[светлинни години]] (около 10<sup>17</sup> m). Много по-бавно и постепенно разширяване на пространството продължава след това, когато след около 9,8 милиарда години разширението започва постепенно да се забърза (което се случва и до днес).
Фактите се съгласуват добре с разбирането, че темповете на разширение на Вселената се прменят. Предполага се, че в [[Инфлация (космология)|инфлационната епоха]], до около 10<sup>−32</sup> секунди след [[Големия взрив]], Вселената рязко се разширява, а обемът ѝ нараства поне 10<sup>78</sup> пъти; това е еквивалентно на разширяването на обект с дължина 1 [[нанометър]] (10<sup>−9</sup> m) до приблизително 10,6 [[светлинни години]] (около 10<sup>17</sup> m). В следващата епоха, траеща около 10 милиарда години, разширяването на пространството бавно продължава, като изглежда, че в последните около 2-3 милиарда години темпото му е нараствало, макар и незнаичтелно.


⚫
Метричното разширение на пространството е от съвсем различно естество в сравнение с [[Топлинно разширение|разширението]] и [[взрив]]овете, които се наблюдават в ежедневния живот. То е свойство на Вселената като цяло, а не явление, което важи за една част от нея или извън нея.


Метричното разширение е ключова характеристика на космологията на Големия взрив, моделира се математически с [[метрика на Фридман-Льометър-Робъртсън-Уокър|метриката на Фридман-Льометър-Робъртсън-Уокър]] и е общо свойство за Вселената, която обитаваме. Моделът обаче е валиден само в големи мащаби ([[Галактическо струпване|галактически струпвания]] и по-големи), тъй като гравитационното ускорение свързва материята достатъчно силно, че метричното разширение да не може да се наблюдава в малък мащаб. Следователно, единствените галактики, отдалечаващи се една от друга в резултат на метрично разширение, са тези, разделени от космологични мащаби, по-големи от мащабите, свързвани с гравитационния колапс.
Метричното разширение е ключова характеристика на космологията на Големия взрив, моделира се математически с [[метрика на Фридман-Льометър-Робъртсън-Уокър|метриката на Фридман-Льометър-Робъртсън-Уокър]] и е общо свойство за Вселената, която обитаваме. Моделът обаче е валиден само в големи мащаби ([[Галактическо струпване|галактически струпвания]] и по-големи), тъй като гравитационното ускорение свързва материята достатъчно силно, че метричното разширение да не може да се наблюдава в малък мащаб. Следователно, единствените галактики, отдалечаващи се една от друга в резултат на метрично разширение, са тези, разделени от космологични мащаби, по-големи от мащабите, свързвани с гравитационния колапс.
Ред 12: Ред 11:


Докато [[специалната теория на относителността]] забранява на обектите да се движат по-бързо от светлината по отношение на локална отправна система, където пространство-времето може да се счита за [[Геометрия на Минковски|плоско и непроменливо]], тя не важи за ситуации, при които кривината на пространство-времето или еволюцията на времето е от значение. Тези ситуации се разглеждат в [[общата теория на относителността]], която позволява разстоянието между два далечни обекта да се увеличава по-бързо от скоростта на светлината, макар определението за разстояние да е по-различните от това, което обикновено се използва за инерционна отправна система. Това може да се види при наблюдение на далечни галактики, намиращи се отвъд [[обем на Хъбъл|радиуса на Хъбъл]] (приблизително 14,7 милиарда [[светлинни години]]). Такива галактики се отдалечават от Земята по-бързо от скоростта на светлината. Светлината, излъчена днес от галактики отвъд космологичния хоризонт на събитията (на около 16 милиарда светлинни години), никога няма да достигне Земята, макар все още да е възможно да видим светлината от тези галактики, която е била излъчена в миналото. Поради високата скорост на разширение също е възможно разстоянието между два обекта да бъде по-голямо от стойността, изчислена чрез умножаване на скоростта на светлината по възрастта на Вселената. Такива подробности са чест източник на объркване сред любителите и дори професионалните физици.<ref name="astro-ph/0310808">Tamara M. Davis and Charles H. Lineweaver, ''Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the universe''. [https://arxiv.org/abs/astro-ph/0310808 astro-ph/0310808]</ref> Поради неинтуитивното естество на предмета и невнимателния подбор на думи, някои описания на метричното разширение на пространството и погрешните схващания, до които такива описания могат да доведат, са продължаващ предмет на обсъждане в сферата на образованието и в комуникацията на научните среди.<ref name=Whiting>{{cite journal |title= The Expansion of Space: Free Particle Motion and the Cosmological Redshift |arxiv=astro-ph/0404095 |date=2004 |journal= The Observatory|volume=124 |pages=174 |author= Alan B. Whiting |bibcode = 2004Obs...124..174W }}</ref><ref name=Hogg>{{cite journal |title=The kinematic origin of the cosmological redshift |author=EF Bunn & DW Hogg |arxiv=0808.1081 |journal= American Journal of Physics|year=2009|bibcode = 2009AmJPh..77..688B |doi = 10.1119/1.3129103 |volume=77 |issue=8 |pages=688 – 694}}</ref><ref name=Baryshev>{{cite journal |title=Expanding Space: The Root of Conceptual Problems of the Cosmological Physics |author=Yu. V. Baryshev |arxiv=0810.0153 |journal=Practical Cosmology |volume=2 |pages=20 – 30 |date=2008|bibcode = 2008pc2..conf...20B }}</ref><ref name=Peacock>{{cite journal |eprint=0809.4573 |journal= |title=A diatribe on expanding space |author=JA Peacock |date=2008|class= astro-ph}}</ref>
Докато [[специалната теория на относителността]] забранява на обектите да се движат по-бързо от светлината по отношение на локална отправна система, където пространство-времето може да се счита за [[Геометрия на Минковски|плоско и непроменливо]], тя не важи за ситуации, при които кривината на пространство-времето или еволюцията на времето е от значение. Тези ситуации се разглеждат в [[общата теория на относителността]], която позволява разстоянието между два далечни обекта да се увеличава по-бързо от скоростта на светлината, макар определението за разстояние да е по-различните от това, което обикновено се използва за инерционна отправна система. Това може да се види при наблюдение на далечни галактики, намиращи се отвъд [[обем на Хъбъл|радиуса на Хъбъл]] (приблизително 14,7 милиарда [[светлинни години]]). Такива галактики се отдалечават от Земята по-бързо от скоростта на светлината. Светлината, излъчена днес от галактики отвъд космологичния хоризонт на събитията (на около 16 милиарда светлинни години), никога няма да достигне Земята, макар все още да е възможно да видим светлината от тези галактики, която е била излъчена в миналото. Поради високата скорост на разширение също е възможно разстоянието между два обекта да бъде по-голямо от стойността, изчислена чрез умножаване на скоростта на светлината по възрастта на Вселената. Такива подробности са чест източник на объркване сред любителите и дори професионалните физици.<ref name="astro-ph/0310808">Tamara M. Davis and Charles H. Lineweaver, ''Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the universe''. [https://arxiv.org/abs/astro-ph/0310808 astro-ph/0310808]</ref> Поради неинтуитивното естество на предмета и невнимателния подбор на думи, някои описания на метричното разширение на пространството и погрешните схващания, до които такива описания могат да доведат, са продължаващ предмет на обсъждане в сферата на образованието и в комуникацията на научните среди.<ref name=Whiting>{{cite journal |title= The Expansion of Space: Free Particle Motion and the Cosmological Redshift |arxiv=astro-ph/0404095 |date=2004 |journal= The Observatory|volume=124 |pages=174 |author= Alan B. Whiting |bibcode = 2004Obs...124..174W }}</ref><ref name=Hogg>{{cite journal |title=The kinematic origin of the cosmological redshift |author=EF Bunn & DW Hogg |arxiv=0808.1081 |journal= American Journal of Physics|year=2009|bibcode = 2009AmJPh..77..688B |doi = 10.1119/1.3129103 |volume=77 |issue=8 |pages=688 – 694}}</ref><ref name=Baryshev>{{cite journal |title=Expanding Space: The Root of Conceptual Problems of the Cosmological Physics |author=Yu. V. Baryshev |arxiv=0810.0153 |journal=Practical Cosmology |volume=2 |pages=20 – 30 |date=2008|bibcode = 2008pc2..conf...20B }}</ref><ref name=Peacock>{{cite journal |eprint=0809.4573 |journal= |title=A diatribe on expanding space |author=JA Peacock |date=2008|class= astro-ph}}</ref>

⚫
Естеството на Метричното разширение (на пространството) е приципно различно в сравнение с [[Топлинно разширение|разширението]] и [[взрив]]овете, които се наблюдават в ежедневния живот. То е свойство на Вселената като цяло, а не явление, което важи за една част от нея или извън нея.


== История ==
== История ==

Версия от 18:20, 17 септември 2019

Графично представяне на разширението на Вселената, като епохата на инфлация е представена в лявата част.

Разширението на Вселената се счита за емпиричен факт, обясняващ наблюдаемото разбягване на галактиките и редица други астрофизически феномени. То е увеличаване на разстоянието между всеки две различни точки от Вселената с течение на времето.[1] Това не предполага наличието на пространство извън нея, т.е. самото пространство се увеличава. Реално предметите в него не се движат, а само мащабът или "метриката" се изменя. Колкото е по-голямо разстоянието между две точки толкова повече пространство има между тях, така че далечните предмети видимо се отдалечават по-бързо. Тъй като това не е рално движение, за него не важи граничната скорост задавана от скоростта на светлината. Астрономически най-близките галактики са единствените, които не се разбягват от нашата гледна точка.

Фактите се съгласуват добре с разбирането, че темповете на разширение на Вселената се прменят. Предполага се, че в инфлационната епоха, до около 10−32 секунди след Големия взрив, Вселената рязко се разширява, а обемът ѝ нараства поне 1078 пъти; това е еквивалентно на разширяването на обект с дължина 1 нанометър (10−9 m) до приблизително 10,6 светлинни години (около 1017 m). В следващата епоха, траеща около 10 милиарда години, разширяването на пространството бавно продължава, като изглежда, че в последните около 2-3 милиарда години темпото му е нараствало, макар и незнаичтелно.


Метричното разширение е ключова характеристика на космологията на Големия взрив, моделира се математически с метриката на Фридман-Льометър-Робъртсън-Уокър и е общо свойство за Вселената, която обитаваме. Моделът обаче е валиден само в големи мащаби (галактически струпвания и по-големи), тъй като гравитационното ускорение свързва материята достатъчно силно, че метричното разширение да не може да се наблюдава в малък мащаб. Следователно, единствените галактики, отдалечаващи се една от друга в резултат на метрично разширение, са тези, разделени от космологични мащаби, по-големи от мащабите, свързвани с гравитационния колапс.

Физиците са постановили съществуването на тъмна енергия, присъстваща като космологична константа в най-простите гравитационни модели, като начин да обяснят ускорението. Според най-простата екстраполация на текущия предпочитан космологичен модел (ламбда-CDM), това ускорение става все по-доминиращо в бъдещето. През юни 2016 г. учени от НАСА и ЕКА докладват, че Вселената се разширява до 5 – 9% по-бързо, отколкото се е предполагало по-рано, основавайки се на данни от телескопа Хъбъл.[2]

Докато специалната теория на относителността забранява на обектите да се движат по-бързо от светлината по отношение на локална отправна система, където пространство-времето може да се счита за плоско и непроменливо, тя не важи за ситуации, при които кривината на пространство-времето или еволюцията на времето е от значение. Тези ситуации се разглеждат в общата теория на относителността, която позволява разстоянието между два далечни обекта да се увеличава по-бързо от скоростта на светлината, макар определението за разстояние да е по-различните от това, което обикновено се използва за инерционна отправна система. Това може да се види при наблюдение на далечни галактики, намиращи се отвъд радиуса на Хъбъл (приблизително 14,7 милиарда светлинни години). Такива галактики се отдалечават от Земята по-бързо от скоростта на светлината. Светлината, излъчена днес от галактики отвъд космологичния хоризонт на събитията (на около 16 милиарда светлинни години), никога няма да достигне Земята, макар все още да е възможно да видим светлината от тези галактики, която е била излъчена в миналото. Поради високата скорост на разширение също е възможно разстоянието между два обекта да бъде по-голямо от стойността, изчислена чрез умножаване на скоростта на светлината по възрастта на Вселената. Такива подробности са чест източник на объркване сред любителите и дори професионалните физици.[3] Поради неинтуитивното естество на предмета и невнимателния подбор на думи, някои описания на метричното разширение на пространството и погрешните схващания, до които такива описания могат да доведат, са продължаващ предмет на обсъждане в сферата на образованието и в комуникацията на научните среди.[4][5][6][7]

Естеството на Метричното разширение (на пространството) е приципно различно в сравнение с разширението и взривовете, които се наблюдават в ежедневния живот. То е свойство на Вселената като цяло, а не явление, което важи за една част от нея или извън нея.

История

През 1912 г. Весто Слайфър открива, че светлината от далечните галактики се отмества към червения край на спектъра,[8][9] което по-късно бива интерпретирано като отдалечаване на галактиките от Земята. През 1922 г. Александър Фридман използва уравненията на Айнщайн за полето, за да даде теоретично доказателство, че Вселената се разширява.[10] През 1927 г. Жорж Льометър независимо от него достига до подобно заключение и също представя първото видимо доказателство за линейна връзка между разстоянието до галактиките и тяхната скорост на отдалечаване.[11] Едуин Хъбъл потвърждава с наблюдения откритието на Льомтър две години по-късно.[12] Вземайки предвид космологичния принцип, това откритие предполага, че всички галактики се отдалечават една от друга.

Въз основа на голям брой експериментални наблюдения и теоретична работа, научният консенсус е, че самото пространство се разширява и че то се разширявало изключително бързо в рамките на първата част от секундата след Големия взрив. Този тип разширение се нарича „метрично разширение“. В математиката и физиката, „метричен“ означава мярка за разстояние, а терминът внушава, че усещането за разстояние във Вселената само по себе си се променя.

Съвременното обяснение за метричното разширение на пространството е предложено от физика Алан Гут през 1979 г., докато изследва защо днес не могат да се наблюдават магнитни монополи. Гут открива, че ако Вселената съдържа поле, имащо фалшив вакуум с положителна енергия, тогава според общата теория на относителността тя би генерирала експоненциално разширяване на пространството. Бързо се разбира, че подобно разширяване би разрешило много други дългогодишни проблеми на физиката. Тези проблеми се пораждат наблюдението, че за да изглежда по сегашния начин, Вселената трябва да е започнала от много фино настроени или „специални“ първоначални условия в момента на Големия взрив. Инфлационната теория до голяма степен решава и тези проблеми, като по този начин прави Вселена като нашата много по-вероятна в контекста на теорията за Големия взрив. Все пак, според Роджър Пенроуз, инфлацията не разрешава главния проблем, който трябва да реши, а именно изключително ниската ентропия на ранната Вселена.[13]

Източници

  1. ↑ Overbye, Dennis. Cosmos Controversy: The Universe Is Expanding, but How Fast? // The New York Times. 20 февруари 2017. Посетен на 21 февруари 2017.
  2. ↑ Radford, Tim. Universe is expanding up to 9% faster than we thought, say scientists // The Guardian. 3 юни 2016. Посетен на 3 юни 2016.
  3. ↑ Tamara M. Davis and Charles H. Lineweaver, Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the universe. astro-ph/0310808
  4. ↑ Alan B. Whiting. The Expansion of Space: Free Particle Motion and the Cosmological Redshift // The Observatory 124. 2004. с. 174.
  5. ↑ EF Bunn & DW Hogg. The kinematic origin of the cosmological redshift // American Journal of Physics 77 (8). 2009. DOI:10.1119/1.3129103. с. 688 – 694.
  6. ↑ Yu. V. Baryshev. Expanding Space: The Root of Conceptual Problems of the Cosmological Physics // Practical Cosmology 2. 2008. с. 20 – 30.
  7. ↑ JA Peacock. A diatribe on expanding space // . 2008.
  8. ↑ Slipher, V. M. The Radial Velocity of the Andromeda Nebula // Lowell Observatory Bulletin 1. 1913. с. 56 – 57.
  9. ↑ Vesto Slipher | American astronomer
  10. ↑ Friedman, A. Über die Krümmung des Raumes // Zeitschrift für Physik 10 (1). 1922. DOI:10.1007/BF01332580. с. 377 – 386.
  11. ↑ Georges Lemaître, Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles, A47, p. 49 – 59, 1927
  12. ↑ Astronomer Sleuth Solves Mystery of Big Cosmos Discovery
  13. ↑ Penrose, Roger. Fashion, Faith, and Fantasy in the New Physics of the Universe. Princeton University Press, 2016. ISBN 9781400880287. DOI:10.2307/j.ctvc775bn.
Взето от „https://bg.wikipedia.org/w/index.php?title=Разширение_на_Вселената&oldid=9613853“.