Астрономия физика космология квантовая механика
· 19 авг 2022
В космологии в понятие форма Вселенной вкладывает несколько инной смысл, чем может показаться на первый взгляд. Она связана как с локальной кривизной, так и с глобальной топологией, как единого и целого непрерывного объекта. Попробуем оценит разные варианты ответов в рамках ТБВ.
Пока можем опереться на исследования её видимой части, которая к тому же ограничена метагалактикой. Это сфера радиусом в 46,5 млрд св. лет от точки наблюдения, которая уходят все дальше назад во времени вплоть до микроволнового фона. Дальше всё непрозрачно для э/м излучения. Таким образом исследовать структуру всей Вселенной путём прямых наблюдений не представляется возможным.
Но исходя из предположения, что наблюдаемая её часть является однородной и изотропной можно сделать некоторые выводы относительно топологии всей Вселенной. Единственное препятствие на этом пути, это неопределённость в оценке параметра плотности Омега (Ω) (в рамках ОТО). Ω = ρ/ρс, где ρс, это значение критической плотности, а ρ-плотность на текущий момент. Оценить значение критической плотности можно по упрощенному уравнению Фридмана: Pc= 3H^2/8пG
Как мы видим всё сводится измерению скорости расширения Н на настоящий момент. С учетом последних данных значение критической плотности оказывается равной 10^-26 кг м-3
Если Ω > 1, то мы имеем сферическую вселенную с плотностью большей критической. Кривизна положительна.
Если Ω < 1, то форма вселенной гиперболическая с недостаточной плотностью, имеет место отрицательная кривизна.
Если Ω = 1, Вселенная плоская с точно заданной критической плотностью. Аналоги трехмерного пространства для каждого из этих случаев в двумерной проекции имеют вид:
В случае, когда Ω > 1, когда кривизна достаточно сильная, наряду со сферой, вселенная может имет и вид трёхмерного тора. И сфера и тор,как математические объекты, являются замкнутыми многообразиями. При этом важно, отметить, что математически такие пространства являются компактными - без границ (отсутствие краёв). При таком геометрическом раскладе во Вселенной можно было наблюдать странные явления. Например космический путешественник двигаясь в одном направлении мог бы вернутся в конечном итоге в то же место, откуда он начал своё путешествие, но с противоположной стороны. Или можно было видет один и тот же объект с разных направлений наблюдения притом на разных расстояниях. Но Вселенная вряд ли допустила бы такую "насмешку" над собой, когда люди в ней могли бы видет свои затылки без помощи зеркал.
Не случайно подобного рода явления во Вселенной не проявляемы. На возможности наблюдений накладываются ограничения, связанные с конечной скоростью взаимодействий и получения информации. При этом Вселенная условно делится на множество, как бы, причинно не связанных областей (каждая точка наблюдений имеет свою наблюдаемую Вселенную).
В случае, когда Ω < 1 кривизна отрицательна. Плотность меньше критической. Это гиперболическая Вселенная-трехмерный аналог бесконечно протяженной седловидной формы. Она однозначно является открытой. Т.е. расширение будет продолжаться "вечно".
Если Ω = 1, кривизна нулевая, а локальная геометрия плоская. При этом плотность Вселенной с высокой степенью точности равна критической. Последователи идеи тонькой настройки ставят параметр плотности во главу угла. Ранняя Вселенная должна была иметь плотность, еще более близкую к критической. Даже небольшое отклонение плотности от критического значения в ранней Вселенной привело к большому расхождению плотности от критического значения в течении миллиардов лет .
В случае, если плотность в начальной стадии создания Вселенной была больше критической, это привело бы к тому, что Вселенная стала бы настолько плотной, что за короткое время перестала бы расширяться.
Если плотность оказалась бы меньше критической, то она расширялась бы очень быстро и сложные структуры в ней не успели бы сформироваться.
Исходя из сказанного возникает обоснованное предубеждение, что параметр плотности был задан с самого начала с максимально возможной степенью точности- равной единице.
Итоги. Пока результаты астрономических наблюдений говорят о том, что пространственная кривизна очень близка к нулю. Т.е. плотность близка к критической с точностью Ω ≈ 1,00 ± 0,12. Хотя локальные геометрии задаются ОТО, в целом 3-пространство задаётся евклидовой геометрией (сумма углов треугольника=180 гр.). С большей долей вероятности Вселенная открытая, чем замкнутая.
@Андрей Егорычев, дальше всё проще. Для трёх возможных состояний: Ω > 1, Ω < 1 и Ω = 1 возможны два вероятных исхода- или вселенная является открытой, т.е. вечное расширение с последующим распадом структур, образований, вещества, молекул, атомов, и т.д. , или смена расширения на сжатие с последующим отскоком и перерождением пространства-времени.
"В случае, если плотность в начальной стадии создания Вселенной была больше критической, это привело бы к тому, что Вселенная стала бы настолько плотной, что за короткое время перестала бы расширяться.
Если плотность оказалась бы меньше критической, то она расширялась бы очень быстро и сложные структуры в ней не успели бы сформироваться."
Вопросы:
А что значит "короткое время" и "очень быстро" в масштабе Вселенной? Может это 50 млрд лет или 500 млрд лет?
Если верна ТБВ, то почему на больших расстояниях не наблюдается увеличение плотности вещества, а наоборот, наблюдается увеличение скорости расширения?
@Леонид Литвинов, 1. Имеется ввиду время необходимое для формирования структур- планет, звёзд, галактик.
Таким теориям нельзя выносить вердикты-верно, неверно. Пока ТБВ лучше остальных объясняет наблюдаемые явления.
Увеличение скорости расширения можно объяснит наличием отрицательного давления- тёмной энергии. Действительно, если её значение постоянно ( не зависит от расстояния и времени), то скорость расширения должна увеличиваться. Ведь сила тяготения ослабляется на больших расстояниях.
@N & O, возможно, планеты, звёзды и галактики это не основные структуры Вселенной. Вполне вероятно, что основные структуры уже распались, или ещё не созданы? Может все самые главные структуры невидимы, находятся в межгалактическом пространстве или внутри "чёрных" дыр?
ТБВ не лучше некоторых других теорий объясняет наблюдаемые явления. "Тёмная" материя и энергия, которую никто никогда не видел и не измерил, хороший пример "костылей" ТБВ.
Любые утверждения о возможной форме Вселенной должны опираться на факты, полученные из астрономических наблюдений. Многолетние наблюдения показывают, что Вселенная обладает рядом свойств. Главное свойство топологии Вселенной -ее кривизна. Реликтовое излучение однородно (обнаруживает очень слабые флуктуации), эта однородность Вселенной указывает, что кривизна ее... Читать далее
Форму вселенной можно представить, если знать, как она возникла. Кроме того можно предположить относительно тех форм, которых наибольшее количество во Вселенной. Как мне известно, Вселенная возникла в точке названой словом образа Хаос. (Нематериального мира). Это трудно представить нам материальным. Но задумайтесь, прежде чем, что то сотворить необходимо представить... Читать далее
широкий круг научных интересов в основном физика · 7 авг 2022
Я уже много высказывал гипотез о многомерном пространстве-времени (конечно не свои собственные а взятые из трудов других ученых). в них наша трехмерная вселенная погружена в пространство-время более высокой размерности и может иметь форму гиперсферы тора и т д . но видимо людям трудно представить такие сложные геометрические конструкции и все заметки на эту тематику не... Читать далее
Ну я обычный человек,сейчас не работаю.Увлечения-сериалы,игры,наука,техника,программирован... · 12 авг 2022
Вселенная бесконечная,а значит не имеет формы.Сфера Хаббла-это только видимая часть,в центре которой мы находимся только из-за того,что свет из более далёких галлактик не дошёл сюда.Вот во времени Вселенная конечная-13,7 млрд лет,именно поэтому конечная её и видимость из-за ограничения скорости света
Военный, путешественник, юрист, авантюрист. Химик-практик и физик-теоретик. Физика мое... · 8 авг 2022
Вселенная плоская. При двух других вариантах не имелось бы доказательства расширения или сжимания метрики. Я с большим удовольствием смотрел лекцию американского ученого-космолога (не помню ФИО), который рассказывал в юмористическом стиле об этом, найдете в ютюбе. Кроме того, только при плоской вселенной можно вывернуть сферу на изнанку. Хотя, сам не проверял, могу и ошибадзе… :)