Что раздувает Вселенную?
Принято, что темная энергия проявляет себя как антигравитация в результате действия отрицательного давления в физическом пространстве Вселенной. На ее долю приходится порядка 70% всей энергии, принадлежащей Вселенной в этом ее физ. пространстве. Отрицательное давление означает наличие натяжения в физическом пространстве Вселенной, которое здесь удобно назвать браной, которая очевидно является трехмерной поверхностью полной четырехмерной формы Вселенной. Натяжение в бране аналогично поверхностному натяжению в мыльном пузыре. Так что гравитация по крайней мере на 70% — это поверхностное натяжение браны Вселенной. Но что же раздувает Вселенную, как мыльный пузырь? Есть мысли?
ФизикаНаука+3
Анонимный вопрос · · 4,0 K
Зная вашу нелюбовь к формулам начну издалека (будет долго, но в конце ответ на вопрос). Кривизна пространства времени определяется углом поворота вектора при его параллельном переносе вдоль замкнутой кривой, для двумерной поверхности параллельный перенос вдоль кривой определяется просто - при движении вдоль кривой должен сохранятся угол между вектором и кривой и длина вектора. Как это выглядит, например, на сфере показано на рисунке ниже, здесь Виктор из нижнего левого угла треугольника переносят вдоль треугольника по круговой стрелке, и в конце получают угол а между начальным вектором и перенесенным:
Для пространства с размерностью больше двух параллельный перенос вдоль кривой уже так просто не определить. В таких пространствах (в частности в четырехмерном пространстве времени) используют математический приём, который позволяет определить кривизну малых участков двумерних поверхностей проведённых в произвольном направлении, а именно: кривизна пространства-времени определяется тензором кривизны.
Тензор кривизны это вычислительная машина которая принимает на вход два вектора, определяющие направление двумерной поверхности и выдаёт матрицу поворота для вектора параллельно переносимого вдоль параллелограмма образованного этими двумя векторами. На рисунке ниже направление двумерной поверхности задается векторами L и M, а переносится вектор N. Тензор кривизны R принимает на вход эти три вектора и выдаёт разницу между исходным и перенесенным вектором.
Эта разница пропорциональна площади параллелограмма. Если свернуть тензор кривизны по всем направлениям, то получим скалярную кривизну. Тензор кривизны в ОТО равен нулю в отсутствии гравитации и наоборот гравитации нет если тензор кривизны равен нулю. Скалярная кривизны не зависит от системы отсчета и является одной из важных характеристик гравитационного поля
При этом могут существовать направления двумерных поверхностей кривизна которых равна нулю, но скалярная кривизны нулю не равна. Так получается по экспериментальным данным в нашем трехмерном пространстве, здесь все двухмерные поверхности плоские. Однако в присутствии материи скалярная кривизна не может равняться нулю. Это получается так: рассмотрим двумерную поверхность образованную окружностью протянутой вдоль направления времени. Из-за расширения пространства эта поверхность похожа на параболоид и, очевидно, кривая как на рисунке, где ось z задаёт направление времени:
Заметте я ещё не использовал формул, теперь ответ на вопрос. Во первых вселенную раздувает не отрицательное давление, вселенная расширяется по инерции после так называемого большого взрыва. Отрицательное давление определяет ускоренное расширение вселенной.
Уравнения Эйнштейна дают следующее выражение для скалярной кривизны:
Если давление отрицательное и по абсолютной величине больше трети плотности энергии епсилон, то кривизна отрицательна, что наглядно выражается ускоренным расхождением геодезических, если не так то кривизна положительна и геодезические сходятся. Геодезические на нашем рисунке это Линии соединяющиеся окружности в плоскостях z=const. На нашем рисунке они находятся, если бы параболоид расширялся медленнее или вообще сужался, то геодезические сходились бы , что соответствовало бы замедлению расширения либо вообще смене расширения на сжатие. (К сожалению наглядность рисунка оставляет желать лучшего) я ещё подумаю как это сделать.
как читатель выражаю благодарность за такой труд.
позвольте несколько дурацких вопросов:
> определяется углом... Читать дальше
как читатель выражаю благодарность за такой труд.
Присоединяюсь. Когда Виктор пишет развёрнутые ответы / посты -- невежество на Кью подавляется свежей порцией интересных знаний (и мир становится чуточку лучше).
что за вектор то?
Какая разница? Да любой, лишь бы не нулевой :)
Не понимаю. Сфера ведь имеет длину, ширину, высоту - т.е. три измерения.
На плоскости сдвиньте вверх и вправо вектор. И на сфере.
И аналогично сдвиньте вправо и вверх в обоих случаях. Почувствуйте разницу ;)
Ведь если представить себе вселенную в виде сферы и на поверхности этой сферы имеются источники света, то сам свет должен вылетать за пределы вселенной, а за ним и пространство время
Так лучше не представлять, это не очень близко к истине :)
Шар имеет три измерения. Сфера двумерна (является поверхностью шара).
@Евгений Малыгин, спасибо.
Буду учить матчасть.
Мой уровень матана: "поставьте пожалуйста тройку - обещаю не идти в авиаконструкторы"
Похоже тут нужно пытаться штурмовать дифференциальную геометрию.
Буду учить матчасть.
Мой уровень матана: "поставьте пожалуйста тройку - обещаю не идти в авиаконструкторы"
Похоже тут нужно пытаться штурмовать дифференциальную геометрию.
@Владимир Сквирский, в нулевом приближении -- поможет круто визуализировать элементы векторного и тензорного анализа 8 коротких видеоэпизодов. Их желательно параллельно с книжками читать-смотреть :) Тогда достаточно сухая математика из абстрактных символов будет достаточно понятно визуализирована :)
@Евгений Малыгин, и за это спасибо.
если обычное вещество (назовите его хоть тёмной материей
Вроде как темная материя это не обычное вещество иначе его бы не назвали тёмной материей
разве его не разорвёт обычной гравитацией?
Мне казалось гравитация притягивает, т.е. сжимает, а не разрывает
Собственная гравитация что с ним должна сделать?
Сжать, что и происходит с любым космическим телом. А если оно слишком большое, то превращается в ЧД.
точка в центре получится разрываема с огромной силой со всех сторон
Почему разрываема? Может сжимаема до тех пор пока не достигнет какого то равновесия?
Вот вам и большой Ба-бах в результате. И не надо никакой антигравитации или отрицательного давления. Обычная гравитация справится. Или я в чём-то неправа? Тогда объясните мне в чём?
Вы велосипед изобрели. ТБВ и предполагает, что вся материя, энергия и чёрт знает что ещё, были сконцентрированы в какой-то компактной области и потом всё это дело разлетелось и разлетается до сих пор. Вопрос то в другом: по идее вселенная должна расширятся с замедлением, так как материя испытывает силы притяжения, что должно постепенно остановить процесс расширения и запустить процесс сжатия. Но почему то расширение наоборот ускоряется под действием неизвестных сил. Силы эти, как раз и обусловили тёмной энергией.
Так лучше не представлять, это не очень близко к истине :)
А как на самом деле?:) Или "на пальцах" объяснить не получится?
@Мэри Иванова, ну да и в чём проблема? всё в равновесии. наша планета находится ровно в таком же равновесии. Разумеется что всё ко всему притягивается. Если вам так легче представлять, то конкретно точка в центре разрываема со всех сторон, но ровно в тоже время придавливаема со всех сторон - это обычное равновесие.
@Мэри Иванова, мне кажется вы заблуждаетесь.
Во первых гравитация других объектов солнечной системы как раз действует именно разрывающе на землю.
Во-вторых, давайте не мудрствовать лукаво а просто нарисуем силы действующие на тело.
Вот условный шар, состоящий из условных молекул/атомов/нуклонов - не важно.
Рассмотрим его центр
Я нарисовал стрелочками силы, действующие на частицы.
Видно, что количество растягивающих сил равно количеству сжимающих.
Если вас смущает, что всего три частицы показано, давайте ещё парочку нарисуем
Хотите на бумажке нарисуйте. У вас просто логически по другому не получится. Если бы это было не так, то огромные и гигантские облака газа не собирались бы в компактные шарообразные тела, именуемые звёздами.
@Мэри Иванова, вы картинку видели? Я вам идеальный шар нарисовал только что. Вы кажется не пытаетесь услышать собеседника. Нарисуйте условное космическое тело состоящее из нескольких элементарных частиц - из 4 кварков допустим. Нарисуйте силы и их направление.
Даже наше Солнце не идеальный шар.
А ЧД или нейтронная звезда? У вас есть достоверная информация, что они неровные?
Пока тело не примет форму идеального шара, оно не будет само себя изнутри разрывать.
но её собственная гравитация сильнее, и не даёт ей разлететься на обломки.
сопоставьте свои же высказывания.
Мэри, я с Вашего позволения -- всё это комментировать не буду. Фелософщина сплошная: слов много, полезного сигнала -- нет.
Несколько фактов:
1) В Природе нет идеализированных систем. Ни идеальных шаров, ни идеальных квадратов. Это невозможно.
2) Мир имеет вероятностную природу: небольшая флуктуация полностью ломает идеальную систему. Хаотичность системы со временем растёт -- неопределённость (физ.характеристик) с одним атомом на вершине водопада умножит неопределённость физ.характеристик других молекул после падения. Чем дальше -- тем ощутимее.
3) В сложных вопросах (космология, ТМ & ТЭ, расширение Вселенной, чёрные дыры, теория относительности и прочее) невозможно разобраться, не имея фундамент из базовых понятий в физике (неопределённость на входе вносит полное непонимание на выходе).
Владимир, про представить расширение -- лучше какой-нибудь курс по "Космологии" разобрать, всяко полезнее будет. Все имеющиеся аналогии из научпопа (вроде прогибающих "ткань" масс и чёрных дыр или раздувающихся шариков) либо неточны, либо строго говоря -- вообще не верны. Человеку сложно представить четырёхмерное пространство-время, в коем мы проживаем.
Такое количесво
Комментарий был удалён за нарушение правил
@Анна Кудина, хочу добросовестно разобраться где лежит граница между бездушной математикой и пониманием истинных причин. Поэтому буду задавать вопросы. Возьмём например альфа распад ядер, теория этого явления давно построена и обьясняет распад туннелированием альфа частиц через не очень высокий и широкий потенциальный барьер. Наличие такого барьера как раз выделяет альфа радиоактивные ядра. Является ли приведённое объяснение пониманием причин или это опять бездушная математика?
Попробую объяснить без математики. Раздувание или сжатие, это нестатичные состояния. До открытия Хаббла Эйнштейн предлагал модель статичной Вселенной- неограниченная во времени, но конечная в пространстве. Хотя движения... Читать далее
Вы сами отвечаете на свой вопрос в уточнениях - Вселенную раздувает темная энергия, в результате действия отрицательного давления.
В упрощенной наглядной аналогии это выглядит так
Гравитация искривляет пространство... Читать далее
А давайте себе представим Вселенную не как продукт Большого взрыва сингулярности с непонятными свойствами, но как продукт Большого взрыва — столкновения гипермассивных чёрных дыр. В результате мы получим столько энергии, что... Читать далее
1 эксперт не согласен
Сергей
28 дек 2021возражает
При "столкновении" черных дыр любой массы никакого "взрыва" произойти не может - только возникает гиганская "рябь... Читать дальше