ทำไมจักรวาลที่สังเกตได้มากกว่าอายุของมันจึงแนะนำ

อายุของจักรวาลอยู่ที่ประมาณ 13.8 พันล้านปีและทฤษฎีปัจจุบันระบุว่าไม่มีอะไรสามารถเกินความเร็วแสงซึ่งสามารถนำไปสู่ข้อสรุปที่ไม่ถูกต้องที่จักรวาลไม่สามารถมีรัศมีมากกว่า 13.8 พันล้านปีแสง

Wikipediaเกี่ยวข้องกับความเข้าใจผิดนี้ดังนี้:

การให้เหตุผลนี้จะสมเหตุสมผลถ้าแนวคิดเรื่องกาลอวกาศของมิงโควสกีคงที่ภายใต้ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษนั้นถูกต้อง ในจักรวาลจริงกาลอวกาศโค้งในทางที่สอดคล้องกับการขยายตัวของพื้นที่เป็นหลักฐานตามกฎหมายฮับเบิล ระยะทางที่ได้รับเนื่องจากความเร็วแสงคูณด้วยช่วงเวลาทางดาราศาสตร์ไม่มีนัยสำคัญทางกายภาพโดยตรง → เน็ดไรท์"ทำไมไม่ควรใช้ระยะเวลาเดินทางเบา ๆ ในข่าวประชาสัมพันธ์"

นั่นไม่ชัดเจนสำหรับฉันและไม่มีพื้นฐานวิทยาศาสตร์หรือคณิตศาสตร์นอกโรงเรียนมัธยมการอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับกฎหมายของฮับเบิลก็ไม่ได้ช่วยอะไรมากเช่นกัน

หนึ่งในคำอธิบายของคนธรรมดาที่ผมเคยเห็นคำอธิบายข้อเสนอว่าจักรวาลตัวเองจะไม่ผูกพันตามกฎหมายเช่นเดียวกับสิ่งที่อยู่ในมัน นั่นจะทำให้รู้สึก - ตราบเท่าที่สิ่งเหล่านี้สามารถ - แต่ข้อความข้างต้น ( "ระยะทางที่ได้รับเป็นความเร็วของแสงคูณด้วยช่วงเวลาของจักรวาลไม่มีความสำคัญทางกายภาพโดยตรง" ) ดูเหมือนทั่วไปมากกว่านั้น

ใครสามารถเสนอ (หรือแนะนำให้ฉัน) คำอธิบายของคนธรรมดาที่ดีได้

คำอธิบายที่ง่ายที่สุดสำหรับสาเหตุที่ระยะทางสูงสุดที่เราเห็นไม่ได้เป็นเพียงแค่ผลคูณของความเร็วของแสงเมื่ออายุของเอกภพเป็นเพราะจักรวาลนั้นไม่คงที่

สิ่งต่าง ๆ (เช่นสสารกับพลังงานมืด) มีผลต่อพิกัดของจักรวาลที่แตกต่างกันและอิทธิพลของพวกมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามเวลา

จุดเริ่มต้นที่ดีในทั้งหมดนี้คือการวิเคราะห์พารามิเตอร์ฮับเบิลซึ่งให้ค่าคงที่ฮับเบิลกับเรา ณ จุดใด ๆ ในอดีตหรือในอนาคตเนื่องจากเราสามารถวัดได้ว่าจักรวาลนี้ทำมาจากอะไร:

ที่ห้อยม,γ,kและΛบน

$$H(a) = H_{0} \sqrt{\frac{\Omega_{m,0}}{a^{3}} + \frac{\Omega_{\gamma,0}}{a^{4}} + \frac{\Omega_{k,0}}{a^{2}} + \Omega_{\Lambda,0}}$$ $m$$\gamma$$k$$\Lambda$อ้างถึงพารามิเตอร์ความหนาแน่นของสสาร (สีเข้มและ baryonic), การฉายรังสี (โฟตอนและอนุภาคความสัมพันธ์อื่น ๆ ) โค้ง (นี้เพียงเข้ามาเล่น ถ้าจักรวาลทั่วโลกเบี่ยงเบนไปจากการถูกแบนตำแหน่ง; หลักฐานบ่งชี้ว่ามีความสอดคล้องกับการแบน) และสุดท้ายพลังงานมืด (ซึ่งเป็นคุณจะสังเกตเห็นยังคงเป็นอย่างต่อเนื่องโดยไม่คำนึงถึงวิธีการเปลี่ยนแปลงของจักรวาลเล่นออก) ฉันควรจะชี้ให้เห็นว่า 0หมายถึงสัญกรณ์ห้อยที่วัดในวันนี้$\Omega$$0$

ในข้างต้นฮับเบิลพารามิเตอร์ที่เรียกว่าปัจจัยระดับซึ่งมีค่าเท่ากับ 1 ในวันนี้และเป็นศูนย์ที่จุดเริ่มต้นของจักรวาล ทำไมส่วนประกอบต่างๆขนาดที่แตกต่างกันกับ? ทุกอย่างขึ้นอยู่กับสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณเพิ่มขนาดของกล่องที่บรรจุสิ่งของภายใน หากคุณมีสสารหนึ่งกิโลกรัมภายในลูกบาศก์ 1 เมตรที่ด้านข้างและคุณเพิ่มแต่ละด้านเป็น 2 เมตรจะเกิดอะไรขึ้นกับความหนาแน่นของสสารภายในลูกบาศก์ใหม่นี้ มันลดลง 8 เท่า (หรือ2 3 ) สำหรับการฉายรังสี, คุณจะได้รับการลดลงที่คล้ายกันของ3ในจำนวนความหนาแน่นของอนุภาคที่อยู่ภายในและยังเป็นปัจจัยเพิ่มเติมของ$a$$a$$2^{3}$$a^{3}$$a$เพราะการยืดของคลื่นที่มีขนาดของกล่องให้เรา4 ความหนาแน่นของพลังงานมืดยังคงที่ในการทดลองทางความคิดประเภทเดียวกันนี้$a^{4}$

เนื่องจากองค์ประกอบที่แตกต่างกันทำหน้าที่แตกต่างกันเมื่อพิกัดของเอกภพเปลี่ยนไปจึงมียุคสมัยที่สอดคล้องกันในประวัติศาสตร์ของจักรวาล มันค่อนข้างง่ายที่จะคิดออกเช่นกัน ที่ปัจจัยขนาดเล็ก (เร็วมาก) ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดคือรังสี พารามิเตอร์ของฮับเบิลในช่วงต้นอาจจะใกล้เคียงกันมากโดยนิพจน์ต่อไปนี้:

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

ที่ประมาณ:

=โอห์มแกมมา,

$$\frac{\Omega_{m,0}}{a^{3}} = \frac{\Omega_{\gamma,0}}{a^{4}}$$ เรามีเรื่องรังสีความเท่าเทียมกันและจากจุดนี้เป็นต้นไปขณะนี้เรามีเรื่องอำนาจเหนือการเปลี่ยนแปลงของจักรวาล สิ่งนี้สามารถทำได้อีกครั้งสำหรับพลังงานสสารมืดซึ่งเราจะพบว่าตอนนี้เราอยู่ในช่วงพลังงานมืดของจักรวาล คำทำนายหนึ่งของการมีชีวิตอยู่ในระยะเช่นนี้คือการเร่งความเร็วของพิกัดของจักรวาล - สิ่งที่ได้รับการยืนยัน (ดู:2011 รางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์) $$a = \frac{\Omega_{\gamma,0}}{\Omega_{m,0}}$$

คุณจะเห็นว่ามันซับซ้อนกว่าที่จะหาระยะทางจากขอบฟ้าจักรวาลมากกว่าการคูณความเร็วแสงตามอายุของจักรวาล ในความเป็นจริงหากคุณต้องการหาระยะทางนี้ (หรือที่รู้จักกันอย่างเป็นทางการว่าระยะทาง comoving ถึงขอบฟ้าจักรวาล) คุณจะต้องทำอินทิกรัลต่อไปนี้

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

$z_{e}$$\sim 1100$ซึ่งเป็นตัวชี้วัดซึ่งรวมถึงความโค้งและการขยายตัว นี่คือบางสิ่งที่ Minkowski metric ขาด

กล่าวโดยย่อ: สิ่งต่าง ๆ ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสงนั้นด้วยตนเอง แต่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสงเนื่องจากการขยายทั่วไป ยิ่งไกลยิ่งเร็วเท่าไหร่

ฉันแค่คิดถึงเรื่องนี้และนี่คือคำอธิบายของคนธรรมดาของฉัน ลองจินตนาการว่าคุณกำลังติดตามจุดสองจุดบนกระดาษที่ยู่ยี่จุดกำลังเคลื่อนที่ แต่ขณะที่พวกเขากำลังเคลื่อนที่ดังนั้นกระดาษที่ได้รับ 'ไม่ได้แยกกัน' ระยะทางจริงระหว่างจุดนั้นจะมากกว่าระยะทางรวมที่พวกเขามี เดินทาง.

คำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่สมบูรณ์ ...

ลองนึกภาพเอกภพที่จะเป็นบอลลูน ร่างสองร่างเริ่มใกล้กัน แต่อยู่บนพื้นผิวตรงกันข้าม การขยายตัวของบอลลูนจะพาพวกเขาออกจากกันด้วยความเร็วที่เท่ากันและอัตราดังกล่าวที่แสงจากจุดหนึ่งที่จุดเริ่มต้นจะใช้เวลาเกือบประวัติศาสตร์ทั้งหมดของจักรวาลไปถึงอีก ระยะห่างระหว่างสองตอนนี้ไม่ใช่อายุของจักรวาลสองเท่า - เพราะคุณไม่สามารถเดินทาง "ผ่าน" บอลลูน - แต่ต้องเดินไปรอบ ๆ บอลลูน ... 13.8 * PI พันล้านปีแสง = 43 พันล้านปีแสง

ไม่ถูกต้อง แต่อย่างน้อยก็หลีกเลี่ยงความกังวลเกี่ยวกับฟิสิกส์ดาราศาสตร์และจักรวาลมากเกินไป!