Почему наблюдаемая Вселенная больше, чем можно предположить по ее возрасту?

22

Возраст Вселенной оценивается в 13,8 миллиардов лет, и современная теория утверждает, что ничто не может превышать скорость света, что может привести к неверному выводу о том, что радиус Вселенной не может превышать 13,8 миллиардов световых лет.

Википедия имеет дело с этим заблуждением следующим образом:

Это рассуждение имело бы смысл только в том случае, если бы плоская, статическая концепция пространства-времени Минковского в рамках специальной теории относительности была правильной. В реальной Вселенной пространство-время искривляется таким образом, что соответствует расширению пространства , о чем свидетельствует закон Хаббла . Расстояния, полученные как скорость света, умноженная на космологический интервал времени, не имеют прямого физического значения. → Нед Райт, «Почему время прохождения света не должно использоваться в пресс-релизах»

Это не проясняет ситуацию для меня, и, не имея никакого научного или математического образования за пределами средней школы, дальнейшее чтение закона Хаббла тоже не сильно помогает.

Одно объяснение непрофессионала, которое я видел, предлагает объяснение, что сама Вселенная не связана теми же законами, что и вещи внутри нее. Это имело бы смысл - насколько это возможно - но приведенная выше цитата ( «Расстояния, полученные как скорость света, умноженная на космологический интервал времени, не имеют прямого физического значения» ) кажется более общей, чем эта.

Может ли кто-нибудь предложить (или направить меня) хорошее объяснение мирянина?

— GDav
источник

Вы можете посмотреть комментарии в этом вопросе? astronomy.stackexchange.com/q/2150/1227

— Крис

Дубликат этого вопроса: как Вселенная может расширяться быстрее скорости света?

— Фархан

19

Самое простое объяснение того, почему максимальное расстояние, которое можно увидеть, - это не просто произведение скорости света на возраст вселенной, потому что вселенная не является статичной.

Разные вещи (т.е. материя против темной энергии) по-разному влияют на координаты вселенной, и их влияние может меняться со временем.

Хорошая отправная точка во всем этом является анализ параметра Хаббла, который дает нам постоянную Хаббла в любой момент в прошлом или в будущем , учитывая , что мы можем измерить то , что Вселенная в настоящее время сделаны из:

H (a) = H_{0} \sqrt{\frac{Ω_{m, 0}}{a^{3}} + \frac{Ω_{γ, 0}}{a^{4}} + \frac{Ω_{k, 0}}{a^{2}} + Ω_{Λ, 0}}

$H(a) = H_{0} \sqrt{\frac{\Omega_{m,0}}{a^{3}} + \frac{\Omega_{\gamma,0}}{a^{4}} + \frac{\Omega_{k,0}}{a^{2}} + \Omega_{\Lambda,0}}$

m

$m$

γ

$\gamma$

k

$k$

Λ

$\Lambda$

Ω

$\Omega$

0

$0$

$a$ $a$ $2^{3}$ $a^{3}$ $a$ $a^{4}$

Поскольку разные компоненты действуют по-разному, как меняются координаты юниверса, в истории юниверса существуют соответствующие эпохи, где каждый компонент доминирует в общей динамике. Это тоже довольно просто понять. При малом масштабе (очень рано), наиболее важным компонентом было излучение. Параметр Хаббла на ранней стадии может быть очень близко аппроксимирован следующим выражением:

H (a) = H_{0} \frac{\sqrt{Ω_{γ, 0}}}{a^{2}}

$H(a) = H_{0} \frac{\sqrt{\Omega_{\gamma,0}}}{a^{2}}$

Около:

\frac{Ω_{m, 0}}{a^{3}} = \frac{Ω_{γ, 0}}{a^{4}}

$\frac{\Omega_{m,0}}{a^{3}} = \frac{\Omega_{\gamma,0}}{a^{4}}$

a = \frac{Ω_{γ, 0}}{Ω_{m, 0}}

$a = \frac{\Omega_{\gamma,0}}{\Omega_{m,0}}$

Итак, вы видите, что было бы немного сложнее найти расстояние до космологического горизонта, чем просто умножить скорость света на возраст вселенной. Фактически, если вы хотите найти это расстояние (формально известное как сопутствующее расстояние до космического горизонта), вам необходимо выполнить следующий интеграл:

D_{h} = \frac{c}{H_{0}} \int_{0}^{z_{e}} \frac{d z}{\sqrt{Ω_{m, 0} (1 + z)^{3} + Ω_{Λ}}}

$D_{h} = \frac{c}{H_{0}} \int_{0}^{z_{e}} \frac{\mathrm{d}z}{\sqrt{\Omega_{m,0}(1+z)^{3} + \Omega_{\Lambda}}}$

$z_{e}$ $\sim 1100$

— astromax
источник

1

Спасибо за такой подробный и взвешенный ответ. Возможно, вы упустили из виду «непрофессионал» в этом вопросе - по крайней мере, математика имеет большое значение в моей голове - но я понимаю, что, вероятно, существует предел того, насколько непрофессионал может понять о таких вещах.

— GDav

Хм - мои извинения. Я думал, что это будет усваиваемый кусок космологии. Реальная мысль, которую я хотел подчеркнуть, заключается в том, что это не просто продукт, а целое число, представляющее собой возраст вселенной и скорость света. Поскольку разные вещи действуют по-разному с расширением, вы получаете «фазы», через которые проходит вселенная. Скорость расширения меняется в зависимости от того, в какой фазе она находится. Не стесняйтесь продолжать публиковать вопросы - я (и другие) с удовольствием постараюсь сделать вещи как можно более понятными.

— astromax

@astromax +1 для симпатичных формул.

— iMerchant

12

Короче говоря: вещи не могут двигаться быстрее, чем свет сами по себе, но они могут двигаться быстрее света из-за универсального расширения. Чем дальше, тем быстрее они уходят.

— Envite
источник

4

Я просто думал об этом, и вот объяснение моего непрофессионала. Представьте, что вы рисуете две точки на мятом листе бумаги, точки движутся, но когда они движутся, и бумага становится «мятой», фактическое расстояние между точками будет больше, чем сумма расстояний, которые у них есть. путешествовал.

— Хани
источник

2

Совершенно ненаучное объяснение ...

Представьте, что вселенная - это воздушный шар. Два тела начинаются близко друг к другу, но на противоположных поверхностях. Расширение воздушного шара отводит их друг от друга с одинаковой скоростью и такой скоростью, что свет от одного в начальной точке занимает почти всю историю вселенной, чтобы достичь другого. Расстояние между этими двумя СЕЙЧАС не в два раза больше возраста вселенной - потому что вы не можете путешествовать «через» воздушный шар - но вместо этого должны обойти поверхность воздушного шара ... 13,8 * PI млрд световых лет = 43 млрд световых лет.

Не совсем правильно, но, по крайней мере, избегает слишком большого беспокойства об астрофизике и космологии!

— отметка
источник

π

$\pi$