Что произойдет, если вы путешествуете в пространстве с той же скоростью, что пространство расширяется? - физиков.нет
Купить гитару в Москве
2 голосов
/

Закон Хаббла дает скорость, с которой расширяется вселенная, в зависимости от расстояния.

Примите расчетное значение для $H_0$ 70 (км / с) / Мпк. Если мы уберем звезду на расстоянии 1 Мпк от моего текущего положения, я понимаю, что закон Хаббла говорит, что звезда движется со скоростью 70 км / с от меня.

Теперь, что произойдет, если я буду путешествовать на своем космическом корабле со скоростью 70 км / с в течение одной секунды. Я прошел 70 км, и расстояние между мной и далекой звездой также увеличилось на 70 км. Я все еще на том же расстоянии от звезды?

1 Ответ

2 голосов
/

Определение скорости и расстояния в расширяющейся вселенной нетривиально. Чтобы было ясно, давайте не будем обращать внимания на гравитационное притяжение и предположим, что вы начинаете двигаться к удаленной звезде с такой скоростью, что вы не видите красного смещения. По сути это будет означать, что ваше правильное расстояние до звезды на мгновение постоянное, и в этом смысле ваша скорость относительно звезды равна нулю. (Правильное расстояние измеряется по времени, которое требуется свету от звезды, чтобы достичь вас.) Тогда возникает вопрос, как эта ситуация будет развиваться во времени.

Если вселенная плоская и расширяется без ускорения (например, в космологии Милана 1004 *), то ничего не изменится. Вы всегда будете оставаться на одном и том же правильном расстоянии от звезды с красным смещением нуля. Последние измерения показывают, что Вселенная плоская с небольшим пределом погрешности. Однако Вселенная расширяется с ускорением, описываемым космологической постоянной, приписываемой темной энергии. В этом случае звезда будет ускоряться от вас, постепенно набирая скорость. В настоящее время величина ускорения очень мала, поэтому ваше расстояние до звезды будет меняться очень медленно и по существу останется примерно таким же в течение некоторого времени.

Расширение Вселенной в современной $\Lambda\text{CDM}$ космологии («Лямбда - холодная темная материя», где $\Lambda$ - космологическая постоянная) описывается уравнениями Фридмана, которые зависят от содержания вещества во вселенной. Примерно через 70000 лет после Большого взрыва во Вселенной доминировали излучение, затем материя, а теперь и темная энергия, которая эффективно отталкивает, вызывая ускорение расширения.

Уравнения Фридмана имеют аналитическое решение для плоской вселенной, в которой доминирует комбинация вещества и темной энергии. Это близко описывает вселенную с самого раннего возраста, когда Космическое микроволновое излучение было испущено. В этом решении масштабный коэффициент расширения вселенной в зависимости от времени задается как

$$ a(t)=\sqrt[3]{\dfrac{\Omega_{m,0}}{1-\Omega_{m,0}}}\sinh^{\frac{2}{3}}{\left(\dfrac{3}{2}\sqrt{1-\Omega_{m,0}}\,H_o t\right)} $$

Где $\Omega_{m,0}$ - текущая общая плотность вещества, $H_o$ - текущий параметр Хаббла, а $t$ - текущий возраст Вселенной.

График этого уравнения показывает масштабный коэффициент синим цветом и его производную по времени красным, указывая, что скорость расширения уже превратилась из уменьшения в увеличение. Горизонтальная ось показывает отношение возраста вселенной к текущему времени Хаббла, в настоящее время

$$ \dfrac{t}{t_h}=H_ot\approx 0.99$$

enter image description here

Природа темной энергии в настоящее время неизвестна. Подробнее см. Темная энергия и ускоряющаяся вселенная .

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...