Si el espacio-tiempo mismo se está expandiendo, ¿cómo podríamos saberlo?

Question

Si el espacio es la distancia medida entre 2 objetos, diciendo que el espacio se expandió tiene sentido a menos que tengamos una vara de medición fuera del espacio de la tela para medir la expansión. 2 los objetos que se mueven fuera de sí mismos no es el mismo que el espacio en expansión.

¿Qué vara de medir es el espacio exterior? El corrimiento al rojo Doppler muestra la velocidad relativa de una de las estrellas en relación a nosotros, pero no tienen ningún efecto en un espacio de expansión.

Edit: parece haber habido un poco de confusión (muy posiblemente por mi parte) sobre la naturaleza de mi pregunta. No estoy hablando de una explosión-tipo de situación, donde la materia en el universo se está moviendo aparte (con las fuerzas nucleares de la celebración de las estrellas/los planetas y la gravitación de las fuerzas de la celebración de sistemas de energía solar, y cúmulos de estrellas juntos). Esto es intuitivo. Estoy hablando acerca de las declaraciones hechas por los físicos de que "el mismo espacio que" se está expandiendo. Un extracto de un artículo de scientific American: "el espacio-tiempo que contiene la materia no puede permanecer inmóvil y deben expandir o contraer" https://www.scientificamerican.com/article/where-is-the-universe-exp/

Editar después de la pregunta relacionada con la presentación: de acuerdo a las respuestas en las que se pregunta relacionada, debemos ser capaces de medir exactamente ese extra de energía que se gasta la celebración de la materia juntos en contra de la aceleración en el espacio-tiempo de expansión. Sería la desintegración radiactiva sería acelerar demasiado? Sería más fácil y más fácil dividir un átomo? Así que eso es lo que nos gustaría medir el espacio-tiempo de expansión?

Answer 1

Si el espacio-tiempo en sí mismo se está expandiendo, ¿cómo podríamos saberlo?

Es una pregunta común, si todo está expandiendo lo que le da la escala? La respuesta: por las mediciones del movimiento cósmico masas.

La respuesta más simple es visto en la analogía del pan de pasas, las pasas de ser de la materia, la masa de estar espacio de expansión.

¿Por qué las pasas no se expanden como la hogaza de pan que se expande, pero el espacio entre ellos crece? Debido a que las pasas se llevan a cabo por enlaces químicos, las fuerzas eléctricas y magnéticas mucho más fuerte que la de expansión, y se quedarán, porque ellos no participan en la química de la masa.

Esta es una simple analogía. Una pasa de uva (si está consciente) deduce que el pan se está expandiendo porque todas las demás pasas se alejan unas de otras. No es una explosión, debido a que no hay un centro.que puede ser equipado con tres dimensiones de la cinemática.

Lo que le da una vara de medir para la pasas a medida de la expansión es el mantenimiento de la estabilidad de las pasas sí mismos :son hechos de materia sólida que se mantienen juntas por electromagnética y fuerte de las fuerzas y mantener el tamaño, porque la fuerza efectiva que participan en la expansión de la barra de pan es de varios órdenes de magnitud más pequeño que el fuerte y las fuerzas electromagnéticas que componen la pasas. Las pasas mantener su tamaño, así que se puede deducir de la expansión de la barra de pan porque tienen diferentes propiedades químicas de la masa. La vara de medir es su tamaño.

El corrimiento al rojo Doppler muestra la velocidad relativa de una de las estrellas en relación a nosotros, pero no tienen ningún efecto en un espacio de expansión.

El corrimiento al rojo Doppler desde todas las direcciones sobre nosotros, ver a la izquierda de la imagen anterior, mostró que cada cosa que se aleja de todo lo demás. Como esto sucede en las explosiones, el Big Bang modelo cosmológico entró en vigor. Que los átomos y moléculas de la materia no se expanden con la expansión de la "explosión" es debido a los fuertes, fuerzas electromagnéticas, la celebración de la materia juntos en contra de esta explosión, permitiendo varas de medir en el tamaño de las estrellas; incluso las fuerzas gravitacionales de la celebración de las galaxias juntas. La efectiva fuerza de expansión es mucho más débil y por lo tanto la medición de palos de mostrar un "big Bang".

Es interesante leer Hubbles biografía. Sus observaciones coincidió con el momento en que la Relatividad General se convirtió en dominante en el campo de la cosmología:

Empezando por Albert Einstein en 1917 papel "Kosmologische Betrachtungen zur Allgemeinen Relativitätstheorien" ("Cosmológico Consideraciones sobre la Teoría General de la Relatividad"), un número de físicos, matemáticos y astrónomos habían aplicado la relatividad general a las propiedades a gran escala del universo. El corrimiento hacia el rojo de la distancia de la relación establecida por el Hubble y Humason fue rápidamente malla por diversos teóricos con la relatividad general basado en la teoría de un universo en expansión. El resultado fue que a mediados de la década de 1930 el redshift relación a distancia se interpreta generalmente como una relación velocidad-distancia tal que los cambios espectrales de las galaxias fueron una consecuencia de sus movimientos. Pero el Hubble a lo largo de su carrera se resistió a la clara identificación de los desplazamientos hacia el rojo como la velocidad de los cambios.

El concepto de las cuatro dimensiones espacio-tiempo para ser conectado directamente con las masas y energía en el universo y todas las variaciones de la modelización del universo viene con la Relatividad General y sus matemáticas. El modelo Big Bang es un GR modelo y es la corriente principal del modelo cosmológico en la actualidad. Que los modelos de los desplazamientos hacia el rojo como la expansión de cuatro dimensiones del espacio y no está falsificado en la actualidad, ya que se extiende para adaptarse a cualquier nuevas observaciones.

La respuesta a:

Estoy hablando acerca de las declaraciones hechas por los físicos de que "el mismo espacio que" se está expandiendo.

es que tenemos una teoría General de la Relatividad modelo matemático que se ajuste a todos los datos y observaciones en la actualidad, incluyendo los desplazamientos hacia el rojo, por la hipótesis de que las cuatro dimensiones del espacio se está expandiendo a partir de un original de cuatro dimensiones "de la región". La expansión es medible porque la materia se lleva a cabo junto con mucha más fuerza que la tasa de expansión.

Esto demuestra una de dos dimensiones de corte de las cuatro dimensiones, siendo el tiempo el eje x y en el espacio la y. Se trata de un ajuste a las observaciones, incluyendo el Hubble de la velocidad. Las otras dos dimensiones no han demostrado la curvatura del espacio también. Es de las ecuaciones matemáticas que dan estas parcelas, y que dependen de la relatividad general.

Podemos decir, porque el G. R. modelo se adapta a todos los datos que tenemos hasta ahora.

Ver esta amplia respuesta aquí.

Answer 2

NB: la naturaleza de La pregunta ha cambiado desde que he puesto esta respuesta. Esta respuesta no la dirección de la versión actual de la cuestión. Esta respuesta se ocupa de cómo distinguir la expansión del espacio a partir de un modelo en el que las galaxias se alejan de nosotros a través del espacio (que no es tan sencillo).

En el momento en que se Hubble de la ley, algunas mediciones indirectas y un poco de filosofía.

Observamos que las galaxias parecen alejarse de nosotros, en una isotrópica de la moda, a una tasa que es proporcional a su distancia de nosotros.

Mientras que uno podría argumentar que estamos en (o cerca de) el centro de esta muy uniforme de expansión se plantea la pregunta de por qué Hubble de la ley debe existir y por qué el universo parece isotrópica para nosotros, pero no desde una posición diferente en el universo. La explicación más simple es que la Relatividad General se aplica (como se observa en un número de otros casos) y vivimos en un universo en expansión, lo que significa que no es necesario ocupar alguna posición privilegiada en el universo (una suposición errónea de que se ha equivocado una vez que se ha hecho).

En tal universo, el desplazamiento al rojo de galaxias distantes no es causado por el movimiento relativo, pero por la expansión del espacio. A alto desplazamiento al rojo, estos fenómenos llegado a ser distinto en el que la relación entre la velocidad y el desplazamiento al rojo es diferente, por ejemplo, permitir "más rápido que la luz" (aparente) es la velocidad.

Así que, básicamente, en la actualidad, la expansión encaja con los hechos (ahora) la mejor y más simple que cualquiera de las alternativas.

Una pieza más de evidencia indirecta proviene de un análisis cuidadoso de las condiciones físicas de gas a alto desplazamiento al rojo, iluminado por el fondo de los cuásares y las alteraciones sutiles en el fondo cósmico de microondas (CMB) espectro, causada por la Sunyaev-Zel'dovich efecto, hacia los cúmulos de galaxias en los bajos de los desplazamientos al rojo. Ambos de estos métodos proporcionan la temperatura del CMB en esos lugares.

En el modelo del universo en expansión, la temperatura debe aumentar a medida que $1+z$, donde $z$ es el desplazamiento al rojo. Si un lugar tiene un no-universo en expansión, y explicar el CMB ya que debido a algunos expansión de la shell de material, entonces el promedio de la temperatura no lo cambio por galaxias lejanas, a menos que el shell gas ha sido uniformemente enfriamiento por una cantidad que sólo pasa a estar de acuerdo con el desplazamiento al rojo de la galaxia.

Avgoustidis et al. (2015) revisión de la evidencia para la evolución de la temperatura de la CMB y la conclusión de que está de acuerdo con una expansión adiabática hasta mejor que el 1%.

La evidencia directa de la expansión en el horizonte, aunque. En un universo en expansión, la velocidad a la que las galaxias se alejan de nosotros puede cambiar lentamente con el tiempo (y con la distancia) por del orden de 10 cm/s por año, a pesar de ser ninguna fuerza sobre ellos. Esto se conoce como el corrimiento al rojo de la deriva. Hay planes para medir este efecto pequeño con el Telescopio Europeo Extremadamente Grande en el transcurso de una década.

Answer 3

Tomar el modelo que el espacio tiene un neto de curvatura positiva, tanto que es como una 3-esfera. A continuación, tomar una sección transversal a través de la 3-esfera, y se obtiene una 2-esfera, que podemos imaginar como la superficie (N. B. la superficie, no en el interior) de un globo esférico situado en abstracto, el espacio Euclidiano.

La afirmación de que el espacio se está expandiendo corresponde a la afirmación de que este ámbito es cada vez más grande. Lo que significa es que si usted toma ordinaria de la regla de acero, y la pongo en la superficie de la esfera, y otro junto a él, etc., hasta que se vaya todo el camino, así como para medir la circunferencia, entonces, si usted hizo el mismo experimento de nuevo después de que ha pasado algo de tiempo, entonces usted tendrá más de estos acero gobernantes. La razón es que el espacio expandido, pero el acero gobernantes no.

Para hacer un experimento en nuestro universo, los gobernantes tendrían que ser de millones de años luz de largo, y usted tendría que esperar millones de años para conseguir un efecto apreciable, pero estos son meros detalles técnicos....

Por último, he utilizado la circunferencia de un universo cerrado, para hacer el punto. Uno podría medir otras propiedades, tales como las distancias entre una gran colección de galaxias. A continuación, las observaciones pueden ser hechas por un espacio plano o universo abierto demasiado. Pero incluso tales universos también puede tener un número finito de la circunferencia si tienen una inusual topología (aunque en ese caso no sería isotrópica).

Answer 4

Se podría decir que el más cercano galaxias se están acelerando lejos de nosotros, y el siguiente están acelerando aún más rápidamente, y el siguiente más rápido todavía, y eso que las galaxias muy lejanas se alejan aún más rápido que la velocidad de la luz (bueno, sólo podemos asumir, y porque el universo no es lo suficientemente viejo para que podamos ver esas galaxias acelerando a FTL velocidad) tan cerca de la velocidad de la luz sería invisible.

El problema con este modelo es el que nos pondría en ángulo recto en el centro del universo, que sería muy raro. Parece mucho más probable que, simétricamente, cada galaxia se ve a todos los demás acelerar como la vemos (en promedio). Añadir a esto que esperamos que nada puede acelerar a FTL velocidad, y se obtiene que la explicación más probable es que el propio espacio de expansión es. El modelo más simple que se ajusta a ese escenario-donde no hay centro preferido para el exterior acelerando galaxias-es considerar que las distancias está aumentando en todas partes y en todas las direcciones, lo que podemos resumir como "el universo está en expansión".

EDIT: como Rob Jeffries comentario implícita, la FTL argumento realmente no tiene sentido, así que me golpeó fuera.

Answer 5

La respuesta de anna v ya es grande, pero podría ser vale la pena abundar en el punto siguiente. En la última edición (v3), OP ha añadido la siguiente frase:

Si "espacio propio" se está expandiendo, entonces el tamaño de los átomos, planetas, estrellas también estaría expandiendo a lo largo de con el espacio entre ellos, lo que nos haría ajena al "espacio propio" de la expansión.

Esto es incorrecto. ¿Por qué los átomos, planetas o las estrellas se expanden junto con el espacio entre ellos? La más probable es la distancia entre el protón y el electrón en un átomo de Hidrógeno está dada por el radio de Bohr $a_0 = \frac{\hbar}{m_e c \alpha} \approx 5 \cdot 10^{-11} m$, es fijado por la fuerza electromagnética y ninguno de estos elementales constantes son cambiantes a través del tiempo.

La expansión del espacio "dentro del átomo" (suponiendo que la relatividad general sigue siendo válida aquí) no introducir un ligero "a la deriva", tirando de protones y de electrones aparte. La velocidad de esta deriva puede ser aproximada por calcular el producto del radio de Bohr y la constante de Hubble, lo que da una velocidad de aproximadamente $10^{-28} m/s$ - demasiado lento para tener algún efecto. (Aquí es donde la pasas analogía de las otras respuestas viene en el juego).

Consideraciones similares se aplican a los planetas y las estrellas.