Метрическое расширение Вселенной
| Космология |
 |
| Изучаемые объекты и процессы |
| Наблюдаемые процессы |
| Теоретические изыскания |
| Родственные темы |
Связанные разделы Астрофизика Общая относительность Физика элементарных частиц
Метрическое расширение Вселенной - ключевая часть текущего понимания науки вселенной, посредством чего(в соответствии с чем) само пространство-время описано метрическим, которое изменяется время таким способом, что пространственные измерения, кажется, растут или простираются, поскольку вселенная становится старше. Это объясняет, как вселенная расширяется в модели Большого взрыва, особенность нашей вселенной, поддержанной всеми космологическими экспериментами, вычислениями астрофизики, и размерами(измерениями) до настоящего времени.
Расширение Вселенной концептуально отличается от других видов расширений и взрывов, которые замечены в природе(характере). Наше понимание "ткани вселенной" (пространство-время) требует, чтобы, что мы видим обычно как "место(космос)", "время", и "расстояние" не абсолютные понятия, но определены метрическим, которое может измениться. В метрическом расширении Вселенной, а не объектов(целей) в неподвижном "месте(космосе)", перемещающемся обособленно в "пустоту", это - место(космос), которое содержит объекты(цели), который самостоятельно изменяется. Это - как будто без объектов(целей), непосредственно перемещающих, место(космос) так или иначе "растет" между ними.
Поскольку это - метрическое расстояние определения, которое изменяется, а не объекты(цели), перемещающиеся в место(космос), это расширение (и проистекающее движение обособленно объектов(целей)) не ограничено скоростью легких верхний, связывал(обязывал), который следует из специальной относительности.
Теория и наблюдения предлагают, что очень рано в истории вселенной, была "инфляционная" фаза, где это метрический изменилось очень быстро, и что остающаяся зависимость времени этого метрического состоит в том то, что мы наблюдаем(соблюдаем) как так называемое расширение Бульканья(Кочки), перемещение обособленно всех гравитационно развязанных объектов(целей) во вселенной. Расширяющаяся вселенная - поэтому фундаментальная особенность вселенной, мы населяем-a вселенную, существенно отличную от статической вселенной, которую Альберт Эинстеин сначала рассматривал, когда он развивал его гравитационную теорию.
Содержание[]
1 Краткий обзор 2 Имеющих размеры расстояния 3 Наблюдательных свидетельства(очевидности) 4 Образцовых аналогии 4.1 Муравей на модели воздушного шара 4.2 Расширение резиновой модели листа 4.3 Модель хлеба изюминки 5 Примечаний 6 Печатных ссылок(рекомендаций) 7 Внешних связей
Краткий обзор[]
Метрическое определяет, как расстояние может быть измерено между двумя соседними пунктами(точками) в месте(космосе), в терминах координат тех пунктов(точек). Система координат определяет местонахождение пунктов(точек) в месте(космосе) (любого числа(номера) измерений), назначая уникальные числа(номера), известные как координаты, к каждому пункту(точке). Метрическое - тогда формула, которая преобразовывает координаты двух пунктов(точек) в расстояния.
Например, рассмотрите измерение расстояния между двумя местами на поверхности Земли. Это - простой, знакомый пример неевклидовой геометрии. Поскольку поверхность Земли является двумерной, пункты(точки) на поверхности земли могут быть определены двумя координатами - например, широтой, и долготой. Спецификация метрического требует, чтобы одно первое определило используемые координаты. В нашем простом примере поверхности Земли, мы могли, выбирал любой вид системы координат, которую мы желаем, например широта и долгота, или Декартовские координаты X-Y-Z. Как только мы выбрали определенную систему координат, числовые ценности координат любых двух пунктов(точек) уникально определены, и основаны на свойствах обсуждаемого Вселенной, соответствующее метрическое математически установлено также. На кривой поверхности Земли, мы можем видеть этот эффект в полетах(рейсах) авиалинии долгого пути, где расстояние между двумя пунктами(точками) измерено основанное на Большом Круге, а не по прямой линии, которая проходит через Землю. В теории есть всегда эффект из-за этого искривления, даже для маленьких расстояний, но практически для "соседних" местоположений, искривление Земли является столь маленьким, чтобы быть почти unnoticable для коротких расстояний.
Пункты(Точки) на поверхности Земли могут быть определены, давая две координаты. Поскольку пространство-время четыре размерное, мы должны определить пункты(точки) в пространстве-времени, давая четыре координаты. Самые удобные координаты, чтобы использовать для космологии называют движущимися совместно координатами. Поскольку место(космос), кажется, Евклидово, на крупном масштабе, можно определить пространственные координаты в терминах x, y, и координат z, хотя другие выборы, типа сферических координат также обычно используются. Четвертая необходимая координата - время, которое определено в движущихся совместно координатах как космологическое время. Метрическое из Вселенной, кажется, от текущих наблюдений Евклидово, на крупном масштабе. То же самое не может быть сказано для метрического из пространства-времени, как бы то ни было. Неевклидова природа(характер) деклараций пространство-время самостоятельно фактом, что расстояние между пунктами(точками) с постоянными(неизменными) координатами растет со временем, вместо того, чтобы остаться постоянным(неизменным).
Технически, метрическое расширение Вселенной - особенность многих решений уравнений области(поля) Einstein общей относительности, и расстояние измерено, используя интервал Lorentz. В частности если космологический принцип принят(предположен) с переменной временем вселенной, самое простое решение учитывает расстояния в месте(космосе), чтобы измениться с развивающимся фактором масштаба. Это теоретическое объяснение обеспечивает чистое объяснение закона наблюдаемого(соблюденного) Бульканья(Кочки), который указывает, что галактики, которые более отдаленны от нас, кажется, отступают быстрее чем галактики, которые ближе к нам. В местах, которые расширяются, метрические изменения(замены) со временем в пути, который заставляет расстояния казаться большими в более поздние времена, таким образом в нашей вселенной Большого взрыва, мы наблюдаем(соблюдаем) явления, связанные с метрическим расширением Вселенной. Если бы мы жили в месте(космосе), которое заключило контракт (Большая вселенная Хруста), то мы наблюдали(соблюдали) бы явления, связанные с метрическим сокращением Вселенной вместо этого.
Первые общие релятивистские модели предсказали, что вселенная, которая была динамической и содержавшийся обычный гравитационный вопрос, заключит контракт, а не расширится. Первое предложение Эинстеина о решении этой проблемы, вовлеченной, добавляя космологическое постоянное(неизменное) в его теории балансировать сокращение, чтобы получить статическое решение для вселенной. Но в 1922 Александр Фридман получил известные уравнения Friedmann, показывая, который вселенная могла бы расширить и скорость расширения представления в этом случае. [1] наблюдения Эдвина Хуббла в 1929 подтверждали, что отдаленные галактики все очевидно переезжали(уезжали) от нас, что ученые признали, что вселенная расширялась. До теоретических событий в 1980-ых никто не имел объяснение того, почему это имело место, но с развитием моделей космической инфляции, расширение вселенной стало общей особенностью, следующей из вакуумного распада. Соответственно, вопрос, "почему вселенная расширяется?" теперь отвечается, понимая детали процесса распада инфляции, который произошел(встречался) за первые 10-32 секунды существования нашей вселенной. Предложено, что в это время метрическое росло по экспоненте, заставляя место(космос) измениться от меньшего чем атом приблизительно к 100 миллионам световых годов поперек.
Расширение вселенной переходит во всех указаниях(направлениях) как определено Бульканьем(Кочкой), постоянным(неизменным) сегодня. Однако, постоянное(неизменное) Бульканье(Кочка) может измениться в прошлом и в будущем, зависящем от наблюдаемой(соблюденной) ценности параметров плотности (Ω). Перед открытием темной энергии, полагалось, что вселенная была вопросом, над которым доминируют и таким образом Ω на этом графе соответствует отношению плотности вопроса к критической плотности (Ωm).
Имеющие размеры расстояния[]
Главная статья(изделие): движущиеся совместно координаты В расширении Вселенной, расстояние - динамическое количество, которое изменяется со временем. Есть несколько различных(других) способов определить расстояние в космологии, известной как меры расстояния, но самое общее(обычное) - движущееся совместно расстояние.
Метрическое только определяет расстояние между соседними пунктами(точками). Чтобы определять расстояние между произвольно отдаленными пунктами(точками), нужно определить и пункты(точки) и определенную кривую, соединяющую(подключающую) их. Расстояние между пунктами(точками) может тогда быть найдено, находя длину этой соединительной кривой. Движущееся совместно расстояние определяет эту соединительную кривую, чтобы быть кривой постоянного(неизменного) космологического времени. Оперативно, движущиеся совместно расстояния не могут быть непосредственно измерены единственным(отдельным) Земным наблюдателем(обозревателем). Чтобы определять расстояние отдаленных объектов(целей), астрономы вообще измеряют яркость стандартных свечей, или фактора красного смещения 'z' отдаленных галактик, и затем преобразовывают эти размеры(измерения) в расстояния, основанные на некоторой специфической модели пространства-времени, типа модели Лямбды-CDM.
Наблюдательное свидетельство(очевидность)[]
Только в году 2000, ученые наконец имели все части прямого наблюдательного свидетельства(очевидности), необходимого подтвердить метрическое расширение вселенной. Однако, прежде, чем это свидетельство(очевидность) было обнаружено, теоретические космологи полагали, что метрическое расширение Вселенной было вероятной особенностью вселенной, основанной на том, что они рассматривали, чтобы быть небольшим количеством разумных предположений в моделировании вселенной. Руководитель среди них был:
Космологический Принцип, который требует, чтобы вселенная выглядела одинаково путь во всех (изотропических) указаниях(направлениях) и имеет примерно(грубо) ту же самую гладкую смесь (гомогенного) материала. коперниканский Принцип, который требует, чтобы никакое место во вселенной не было предпочтено (то есть, вселенная не имеет никакой "отправной точки"). В той или иной степени, наблюдательные космологи обнаружили, что свидетельство(очевидность), поддерживающее эти предположения в дополнении направляет наблюдения космического расширения. Сегодня, метрическое расширение Вселенной, как полагают, космологи является наблюдаемой(соблюденной) особенностью на основании, что, хотя мы не можем видеть это непосредственно, свойства вселенной, которую проверили ученые и который может быть соблюдена, обеспечивают неотразимое подтверждение. Источники подтверждения включают:
Эдвин Хуббл представил первое наблюдательное свидетельство(очевидность) расширяющейся вселенной.Эдвин Хуббл демонстрировал, что все галактики и отдаленные астрономические объекты(цели) переезжали(уезжали) от нас ("закон Бульканья(Кочки)") как предсказано универсальным расширением. [2] Используя красное смещение их электромагнитных спектров, чтобы определить расстояние и скорость отдаленных объектов(целей) в месте(космосе), он показал, что все объекты(цели) переезжают(уезжают) от нас, и что их скорость является пропорциональной их расстоянию, особенность метрического расширения. Дальнейшие исследования(занятия) с тех пор показали расширение, чтобы быть чрезвычайно изотропическим и homogenous, то есть, это, кажется, не имеет специальный пункт(точку) как "центр", но кажется универсальным и независимым от любой неподвижной центральной точки.
В исследованиях(занятиях) крупномасштабной структуры космоса, взятого(предпринятого) от обзоров красного смещения так называемый "Конец Величия" был обнаружен в наибольших весах вселенной. Пока эти весы не были рассмотрены, вселенная казалась "шероховатой" с глыбами групп галактики и супергрупп и нитей, которые были совсем не изотропическими и гомогенными. Эта шероховатость исчезает в гладкое распределение галактик в наибольших весах почти таким же способом Джэксонская Сайда, крася взгляды шероховатый крупный план, но больше постоянного клиента в целом.
изотропическое распределение поперек неба отдаленных взрывов луча гаммы и сверхновых звезд - другое подтверждение Космологического Принципа.
Коперниканский Принцип не был действительно проверен в космологическом масштабе до размеров(измерений) эффектов космического микроволнового фонового излучения в динамике отдаленных астрофизических систем. Как сообщено группой астрономов в европейской Южной Обсерватории, радиация, которая проникает во вселенную, очевидно более тепла в прежние времена. [3] Однородное охлаждение космического микроволнового фона более чем миллиарды лет объяснимы, только если вселенная испытывает метрическое расширение.
Взятый(Предпринятый) вместе, единственная теория, которая когерентно объясняет эти явления, полагается на место(космос), расширяющееся через изменение(замену) в метрическом. Интересно, только в открытии в году 2000 прямого наблюдательного свидетельства(очевидности) для изменяющейся температуры космического микроволнового фона, что более причудливые(более странные) сооружения(конструкции) могли быть исключены. До того времени, это базировалось просто на предположении, что вселенная не вела себя как один с Млечным путем, сидящим в середину неподвижно-метрического с универсальным взрывом галактик во всех указаниях(направлениях) (как замечено в, например, ранняя модель, предложенная Milne).
Дополнительно, ученые уверены, что теории, которые полагаются на метрическое расширение Вселенной, являются правильными, потому что они передали строгие стандарты научного метода. В частности когда вычисления физики выполнены основанные на текущих теориях (включая метрическое расширение), они, кажется, дают результаты и предсказания, которые, вообще, соглашаются чрезвычайно близко и с астрофизическим и наблюдения физики элементарных частиц. Пространственная и временная универсальность физических законов была до очень недавно взята(предпринята) как фундаментальное философское предположение, которое теперь проверено к наблюдательным пределам времени и Вселенной. К этому свидетельству(очевидности) относятся очень серьезно, потому что уровню деталей и явного количества размеров(измерений), которые предсказывают теории, можно показать точно и точно соответствовать видимой действительности. Уровень точности труден определить количество, но находится на заказе(порядке) точности, замеченной в физических константах, которые управляют физикой вселенной.
Образцовые аналогии[]
Поскольку метрическое расширение не замечено в физическом масштабе людей, понятие(концепция) может быть трудным схватить. Три аналогии, аналогия "муравей на воздушном шаре", расширяющаяся резиновая аналогия листа, и аналогия хлеба изюминки, были развиты, чтобы помочь в концептуальном понимании. Каждая аналогия имеет ее концептуальные выгоды и недостатки(препятствия).
Муравья на модели воздушного шара[]
Муравей на модели воздушного шара - двумерный аналог для трехмерного метрического расширения. Муравей, как предполагают, ограничен углубить поверхность огромного воздушного шара, чтобы к пониманию муравья - полная степень Вселенной (см. статью(изделие) относительно Равнины для большего количества последствий двумерного ограничения). В ранней стадии(сцене) вселенной воздушного шара, муравей измеряет расстояния между отдельными пунктами(точками) на воздушном шаре, который служит стандартом, по которому может быть измерен фактор масштаба. Воздушный шар раздут еще некоторые, и затем расстояние между теми же самыми пунктами(точками) измерено и настроено быть большим пропорциональным фактором. Поверхность воздушного шара все еще кажется плоской, и все же все пункты(точки), кажется, отступают от муравья, действительно каждый пункт(точка) на поверхности воздушного шара пропорционально более далек от муравья чем ранее в жизни вселенной воздушного шара. Это объясняет, как расширяющаяся вселенная может привести ко всем пунктам(точкам), отступающим друг от друга одновременно. Никакие пункты(точки), как не замечают, становятся ближе вместе.
В пределе, где муравей крошечен и воздушный шар огромен, муравей также не может обнаружить никакого искривления, связанного с геометрией поверхности (который является примерно(грубо) краткой геометрией для внешней поверхности изгибающегося воздушного шара). К муравью, воздушный шар, кажется, самолет, простирающийся во всех указаниях(направлениях). Это подражает так называемой "плоскостности", замеченной в нашей собственной заметной вселенной, которая, кажется, даже в наибольшем масштабе следует за геометрическими законами, связанными с плоской геометрией. Как муравей на огромном воздушном шаре, в то время как мы можем быть неспособными обнаружить искривление, в больших, неразличимых весах, может быть остаточное искривление. Форму вселенной, которую мы наблюдаем(соблюдаем), заставляют быть плоским независимо от того, какие стартовые условия(состояния) вселенная имела той же самой космической инфляцией, которая заставила вселенную начинать расширяться во-первых.
На аналогии, два измерения воздушного шара не расширяются "в" ничто, так как поверхность воздушного шара допускает(признает) бесконечные дорожки во всех указаниях(направлениях) всегда. Есть немного возможности для беспорядка(замешательства) на этой аналогии, так как воздушный шар может быть замечен внешним наблюдателем(обозревателем), чтобы расшириться "в" третье измерение (в радиальном руководстве(направлении)), но это не особенность метрического расширения, скорее это - результат произвольного выбора воздушного шара, который, случается, коллектор, вложенный в третье измерение. Это третье измерение не математически необходимо для двумерного метрического расширения произойти(встретиться), и муравей, который является ограниченным поверхностью воздушного шара, не имеет никакого способа определить, существует ли третье измерение или нет. Может быть полезно визуализировать третье измерение, но факт расширения теоретически не требует, чтобы такое измерение существовало. Это - то, почему вопрос, "во что расширяется вселенная?" плохо выражен. Метрическое расширение не должно перейти "в" ничто. Вселенная, которую мы населяем, действительно расширяется, и расстояния становятся большими, но это не означает, что есть большее место(космос), в которое это расширяется.
Расширяющуюся резиновую модель листа[]
Подобный муравью на модели воздушного шара, расширяющаяся резиновая вселенная листа (ERSU) дается как модель, которая представляет расширение, игнорируя третье измерение. Вместо того, чтобы полагаться на воздушный шар, расширяющийся в три измерения, модель ERSU описывает бесконечный резиновый лист, который протянут в обоих указаниях(направлениях). Тяжело объекты(цели), помещенные в лист создают падения и вмятины местного искривления почти таким же способом, которым массивные галактики изгибают пространство-время в гравитационных источниках нашей вселенной. Эти объекты(цели) все, кажется, отступают друг от друга, если они не пойманы в гравитационных колодцах друг друга (процесс, названный(вызванный) virialization). Бесконечный резиновый лист остается бесконечным и два размерный, но расстояния между пунктами(точками) на листе устойчиво увеличиваются с расширением. Эта модель имеет преимущество перед моделью воздушного шара macroscopically двумерной плоской геометрии, которая передает хорошо взвешенному трехмерному (нехватка) искривление в нашей заметной вселенной.
модель хлеба Изюминки[]
Мультипликация расширяющейся модели хлеба изюминки. Поскольку хлеб удваивается в размере, расстояния между изюмом также удваиваются.Модель хлеба изюминки воображает галактики как изюм в тесте хлеба изюминки, которое "повысится" или "расширится" когда приготовлено. Поскольку расширение происходит(встречается), каждый изюм становится более далеким от каждого другого изюма, в то время как сам изюм остается тот же самый размер. Тесто между изюмом в этой модели действует как место(космос) между галактиками, в то время как изюм как "связанные(обязанные) объекты(цели)" не подчинен расширению. Эта модель полезна для того, чтобы объяснить как получается, что стандартный правитель может быть определен чтобы измерить расширение. В пустой вселенной, место(космос) служит единственным правителем и поскольку правители расширяются с местом(космосом), нет никакого способа различить расширяющуюся вселенную и статическую вселенную. Только во вселенной, где есть объекты(цели), которые связаны(обязаны) и не расширяются так, чтобы правители были независимы от расширения, может метрическое расширение быть измеренным.
Как муравей на модели воздушного шара, эта модель также страдает от проблемы, которую хлеб изюминки расширяет в кастрюлю. Чтобы сделать аналогию со вселенной, необходимо вообразить хлеб изюминки, который не имеет никакого заметного края. Расширение все еще происходило(встречалось) бы, но вопрос, "во что расширяется хлеб изюминки?" был бы бессмысленным.
Примечания[]
^ Friedman, A: Über умирают Krümmung des Raumes, Z. Физика 10 (1922), 377-386. (Английский перевод в: Генерал. Рэл. Grav. 31 (1999), 1991-2000.) ^ Бульканье(Кочка), Эдвин, "Отношение между Расстоянием и Радиальной Скоростью среди Внегалактической Туманности" (1929) Слушания Национальной Академии Наук Соединенных Штатов Америки, Объем(Том) 15, Выходит 3, стр 168-173 (статья(изделие) Full, PDF) ^ Астрономы сообщили, что их измерение в бумаге(газете), изданной в проблеме(выпуске) декабря 2000 Природы(Характера) назвало микроволновую второстепенную температуру в красном смещении 2.33771, который может быть прочитан здесь. Пресс-релиз от европейской Южной Обсерватории объясняет полученные данные публике.
Печатные ссылки[]
Eddington, Артур. Расширяющаяся Вселенная: 'Большие Дебаты Астрономии', 1900-1931. Нажмите Синдикат Университета Кембриджа, 1933. Liddle, Эндрю Р. и Дэвид Х. Лит. Космологическая Инфляция и Крупномасштабная Структура. Кембриджская Пресса(Пресс) Университета, 2000. Lineweaver, Чарльз Х. и Тамараа М. Дэвис, "Неправильные представления о Большом взрыве", Научный американец, март 2005. Mook, Дело Э. и Томас Варджиш. В Относительности. Пресса(Пресс) Университета Принстона, 1991.
Внешние ссылки[]
Swenson, Джим Ансвер к вопросу о расширяющейся вселенной Felder, Гэри, "Расширяющаяся вселенная". Команда НАСА WMAP предлагает "Объяснение универсального расширения" на очень элементарном уровне Обучающая программа Бульканья(Кочки) от Университета Висконсинского Физического факультета Расширение хлеба изюминки от Университета Виннипега: иллюстрация, но никакое объяснение "Муравей на воздушном шаре" аналогия, чтобы объяснить расширяющуюся вселенную в "Спрашивает Астронома". (Астроном, который обеспечивает это объяснение, не определен.)
- Страница 0 - краткая статья
- Страница 1 - энциклопедическая статья
- Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
- Прошу вносить вашу информацию в «Метрическое расширение космоса 1», чтобы сохранить ее