Расширение пространства с точки зрения непрофессионала

До сих пор я понимал, что расширение пространства не следует понимать как звёзды, дрейфующие дальше в пространстве. Есть нечто более фундаментальное - например, вы не можете просто измерить его скорость или сказать, где находится центр вселенной (середина расширения). Ну, некоторые умные люди заставили меня узнать ответ «простой, очевидный, аккуратный и неправильный» на «я понятия не имею, что это такое».

Есть ли ресурс / метод, который позволил бы непрофессионалу понять, как думать об искажениях пространства, таких как его расширение; визуализировать и понять концепцию правильно и без ошибочных упрощений; понять это, прежде чем пытаться вникнуть в основные детали физики?

В принципе, если две частицы будут помещены без какого-либо другого взаимодействия между ними , расстояние между ними увеличится.

Представьте себе жизнь на поверхности взрывающегося воздушного шара. Ваш размер остается неизменным, потому что вы более или менее жесткие, но предметы, не привязанные к вам, будут двигаться дальше. Ваша линейка, другое твердое тело, остается фиксированной по размеру (хотя она может изгибаться, чтобы приспособиться к новой кривизне - это не так важно). Но два правителя (которые не связаны друг с другом) уходят еще дальше.

... также, если все, включая все наши измерительные устройства, расширяется с одинаковой скоростью, как мы можем определить факт расширения? : D

Вначале это кажется правдой, однако здесь действуют другие силы. Наши измерительные приборы удерживаются вместе электромагнитными взаимодействиями, и сила их не изменится. Таким образом, измерительное устройство будет удерживать себя вместе.

Представьте себе два далеких атома. Когда пространство расширяется, расстояние между двумя атомами увеличивается. Однако размер атома ¹ - нет, это определяется электростатическим равновесием (и соображениями квантовой механики), и это остается неизменным. Даже если бы атом был растянут, он бы отскочил.

Это масштабируется до измерительных устройств, поэтому они также не искажаются. Действительно, расширение пространства имеет смысл только тогда, когда вы смотрите на галактики - они довольно далеко (если не находятся в одном и том же сверхскоплении) и не имеют никаких взаимодействий, поддерживающих равновесное расстояние между ними.

^{1. Какой бы ближайший аналог у нас не был «размер» для атомов; например, область, которая содержит 99% плотности заряда; или радиус Бора.}

Хорошая аналогия, которая показывает, что расширение не имеет центра, представляет собой один из 2D-листов, покрытых равномерными точками, представляющих галактики, в которых используется точка в центре:

По мере расширения Вселенной точки (галактики) удаляются друг от друга:

Теперь, если вы наложите изображения будущего и настоящего, расположенные на центральной галактике (нас), вы увидите, что все другие галактики, кажется, удаляются от нас, и что чем дальше они, тем быстрее они кажутся отступающими:

Однако, если вы расположитесь на любой другой галактике на изображении, вы увидите, что все другие галактики, кажется, удаляются от них:

Поскольку никакие две точки не могут быть центром вселенной, мы можем только заключить, что нет центра вселенной.

Источник изображения