¿Cuál es la definición física del espacio?

Question

¿Cuando los astrónomos, los físicos dicen que espacio se está expandiendo, la definición del espacio incluye materia, energía y las partículas en?

¿O es espacio un vacío 'stage' en el que todos de la existencia anterior?

Si está vacía la expansión es sólo el movimiento de toda materia, energía, etc. de uno a otro. Y la cambio roja cuantifica.

Así que ¿por qué llamamos la expansión del espacio? ¿No es como multiplicar cero por un factor para tratar de hacerlo más grande?

Answer 1

"Espacio vacío" es la abreviatura de un estado donde todos los campos cuánticos son en su suelo (vacío) de los estados. Como para todo lo demás en el resto del Universo, la física moderna se considera que el espacio vacío está hecha de campos cuánticos.

"La expansión del espacio" simplemente se refiere a la creciente-con-$t$ factor de escala $a(t)$ en la métrica FLRW. Desde mi capacidad técnica bastante termina con la clásica de la Relatividad General (que a la gente le digo que se extiende hasta el final de el gran libro negro), no estoy calificado para contestar, pero el aumento de la $a(t)$ no significa "más espacio", simplemente que el espacio es de alguna manera el cambio de su estado con el tiempo.

Answer 2

En la teoría general de la relatividad, el espacio-tiempo (un objeto que unifica la clásica de Newton, las nociones de espacio y tiempo) es una de cuatro dimensiones pseudo-Riemann colector de la firma (1,3) o (3,1).

"Espacio" es ahora un término que se puede asignar a cualquier llamado spacelike hipersuperficie dentro de este colector, aunque pueden ser patológicas de los casos, uno puede pensar de una hipersuperficie como un "intervalo de tiempo" en el sentido de que todos los acontecimientos que en él están, al menos desde el punto de vista de algunos observadores, simultánea pero a una distancia espacial.

La expansión del espacio a través de la FLRW factor de escala significa, simplemente, que si se toman dos puntos en una hipersuperficie que están a una cierta distancia y evolucionar el "espacio" hacia adelante en el tiempo, usted encontrará que los dos puntos correspondientes sobre el "futuro" espacial hipersuperficie están a una distancia más grande que eso. Esta es la expansión del espacio - si usted designe algunas volumen espacial y evolucionar hacia adelante en el tiempo, su volumen aumentará. La noción de evolución en el tiempo estoy pensando de aquí está arraigada en el valor inicial de la formulación de la relatividad general, donde se inicia con un espaciales hipersuperficie como datos iniciales y evolucionar hacia delante en el tiempo para obtener un espacio-tiempo que es foliada por el momento evolucionado versiones de esta hipersuperficie.

Como una analogía, usted puede pensar acerca de los puntos en la superficie de una ampliación del balón de oro. Estamos buscando en una de tres dimensiones espacio-tiempo, que es dada por la unión de el balón de superficie en cada instante de tiempo. El espacio es bidimensional aquí, está dada por el balón de superficie en un tiempo fijo. Marca dos puntos en la superficie de un balón. Como volar el balón de oro, la distancia entre ellos (medido como la ruta más corta sobre la superficie de la ballon la conexión de ellos) aumenta. El único defecto de esta analogía es que no es relativista no es claro lo que el cambio de los observadores que se corresponden, pero se lleva bien la idea de tiempo de la evolución de un (hiper)de la superficie y de aumentar la distancia.

Es importante tener en cuenta que una partícula que se encuentra en un lugar en el pasado de la superficie no es necesariamente lleva al punto correspondiente en el futuro superficie determinada sistemas no se expanden cuando el espacio se expande, ver a esta pregunta y sus respuestas. En ninguna parte ha asunto entrado en este debate, tanto la noción de espacio y la noción de espacio de expansión son puramente geométricos y hacer - al menos teórica - sentido en un universo vacío, aunque, por supuesto, tienen un tiempo difícil de observar el espacio de expansión en el vacío del universo. En el globo analogía, dos cosas que adhiera a la superficie del globo y que están conectados por una banda de goma se mantenga a la misma distancia que el globo se expande, mientras que el puramente geométrica puntos marcados aumento en la distancia.