Question:
Pourquoi l'expansion spatiale n'a-t-elle pas d'importance?
SoulmanZ
2010-12-21 09:59:29 UTC
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J'ai regardé d'autres questions sur ce site (par exemple "pourquoi l'expansion spatiale affecte-t-elle la matière") mais je ne trouve pas la réponse que je recherche.

Voici donc ma question: Une souvent entend parler de l'expansion de l'espace lorsque nous parlons de la vitesse des galaxies par rapport à la nôtre. Pourquoi, si l'espace est en expansion, cela n'a pas d'importance aussi? Si un cercle est dessiné sur un ballon (plan 2D) et que le ballon se développe, le cercle se développe également. Si la matière est un objet avec 3 dimensions spatiales, alors lorsque ces 3 dimensions s’étendent, l’objet devrait aussi se développer.

Si tel était le cas, nous ne verrions pas du tout l’univers en expansion, car nous le ferions être en expansion (spatialement) avec.

J'ai quelques réponses potentielles à cela, qui soulèvent leurs propres problèmes:

  1. Les particules fondamentales ont la taille d'un point objets. Ils ne peuvent pas s'étendre car ils n'ont pas de dimension spatiale au départ. Le problème avec ceci est que même si les particules ne se dilateraient pas, l'espace entre elles le ferait, conduisant à un point où les 3 forces non gravitationnelles ne maintiendraient plus la matière ensemble en raison de la distance

  2. Les particules fondamentales sont enroulées dans des dimensions supplémentaires selon la théorie des cordes. Ces dimensions ne sont pas en expansion. Mêmes problèmes que 1, avec le problème supplémentaire d'être un peu insatisfaisant.

  3. La réponse semble être (d'après Marek dans la question précédente) que la force gravitationnelle est tellement plus faible que les autres forces que les grands (macro) objets se séparent, mais les petits (micro) objets restent ensemble. Cependant, cette explication simple semble impliquer que l'expansion de l'espace est une «force» qui peut être surmontée par une plus grande. Cela ne me semble pas normal.

Parce que l'expansion spatiale signifie l'expansion du champ, le champ dû à la matière est beaucoup plus étendu que la matière elle-même.
Landau Lifshitz a montré comment l'énergie + l'énergie gravitationnelle sont conservées.L'augmentation de la taille d'un atome augmenterait en fait son énergie alors que l'univers en expansion semble prendre l'énergie du tenseur d'énergie de stress.Ainsi, si quelque chose, on pourrait s'attendre à ce qu'un atome rétrécisse de rayon à mesure que l'univers grandit!haha
Je ne suis pas sûr, ce serait bien si quelqu'un pouvait me corriger, mais quand les gens disent que l'univers est en expansion, ne disent-ils pas que les limites de l'espace augmentent?
@Adamawesome4 peut-être que vous avez appris depuis que vous avez publié le commentaire ci-dessus, mais je crois comprendre, et la plupart seront d'accord, que l'univers est illimité et que l'expansion de l'espace se produit partout.D'autres pourraient argumenter différemment.C'est seulement l'univers * observable * qui est borné.Limité par la vitesse de la lumière et notre capacité à observer les premiers objets lumineux.
Comme indiqué, la question affirme un mensonge et demande ensuite pourquoi c'est vrai.Il n'est pas vrai que l'expansion cosmologique ne produit aucune tension sur la matière.Il est vrai que la souche est beaucoup trop petite pour être mesurée.
@marek "que la force gravitationnelle est tellement plus faible que les autres forces que les grands (macro) objets se séparent, mais que les petits (micro) objets restent ensemble."il doit s'agir d'une citation erronée car elle est erronée dans le contexte donné ici, mais aucun lien n'est donné vers la question posée.
Voir https://physics.stackexchange.com/questions/70047/can-the-hubble-constant-be-measured-locally.
Une extension de l'analogie du ballon est d'imaginer un insecte sur le ballon.Il ne se développera pas en raison du gonflage du ballon, bien qu'il sentira ses jambes se séparer (mais il pourra alors les ajuster).
Même si la matière était élargie par l'espace, comment réaliserions-nous que nous en ferions partie?
Votre hypothèse selon laquelle les particules fondamentales sont classiquement considérées comme des points n'est peut-être pas correcte: la théorie d'Einstein-Cartan, élaborée à travers des conversations entre Einstein et le mathématicien Elie Cartan à la fin des années 1920, suppose un espace minuscule (mais supérieur à la longueur de Planck).étendue pour les fermions, et a été élaborée plus tard par Sciama et Kibble, de sorte qu'elle est actuellement connue sous le nom de théorie ECSK.Apparemment plus complexe mathématiquement que la GR de 1915, cette théorie relativiste a raté son essor initial, mais a été utilisée par Nikodem J.Poplawski dans plusieurs articles cosmologiques, 2009-2019.
@Barmar - Merci, c'est une analogie beaucoup plus claire, car si vous deviez peindre un point sur un ballon à l'aide d'un Sharpie, le point se dilaterait au même rythme que le ballon.Ce qui est déroutant.
Treize réponses:
#1
+74
Marek
2010-12-22 06:24:44 UTC
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Parlons d'abord du ballon car il fournit un très bon modèle pour l'univers en expansion.

Il est vrai que si vous dessinez un grand cercle, il s'agrandira rapidement lorsque vous soufflez dans le ballon. En fait, la vitesse apparente à laquelle deux des points du cercle à une distance $ D $ se déplaceraient l'un par rapport à l'autre sera $ v = H_0 D $ $ H_0 $ est la vitesse à laquelle le ballon lui-même se développe. Cette relation simple est connue sous le nom de loi de Hubble et $ H_0 $ est la fameuse constante de Hubble . La morale de cette histoire est que l'effet d'expansion dépend de la distance entre les objets et n'apparaît vraiment que pour l'espace-temps aux plus grandes échelles.

Pourtant, ce n'est qu'une partie de l'image complète parce que même sur de petites distances, les objets doivent s'étendre (juste plus lentement). Considérons les galaxies pour le moment. Selon wikipedia, $ H_0 \ approx 70 \, {\ rm km \ cdot s ^ {- 1} \ cdot {Mpc} ^ {- 1}} $ donc pour la Voie Lactée qui a un diamètre de $ D \ approx 30 \, {\ rm kPc} $ cela donnerait $ v \ approx 2 \, {\ rm km \ cdot s ^ {- 1}} $ . Vous pouvez voir que l'effet n'est pas terriblement grand mais avec suffisamment de temps, notre galaxie devrait grandir. Mais ce n'est pas le cas.

Pour comprendre pourquoi, nous devons nous rappeler que l'expansion spatiale n'est pas la seule chose importante qui se produit dans notre univers. Il existe d'autres forces comme l'électromagnétisme. Mais surtout, nous avons oublié la bonne vieille gravité newtonienne qui maintient ensemble de gros objets massifs.

Vous voyez, lorsque des équations d'expansion spatio-temporelle sont dérivées, rien de ce qui précède n'est pris en compte car tout cela est négligeable à l'échelle macroscopique. On suppose que l'univers est un fluide homogène où les particules de fluide microscopiques ont la taille des galaxies (il faut un certain temps pour s'habituer à penser que les galaxies sont microscopiques). Il n'est donc pas étonnant que ce modèle ne nous dise rien sur la stabilité des galaxies; sans parler des planètes, des maisons ou des tables. Et inversement, lorsque vous étudiez la stabilité des objets, vous n'avez pas vraiment besoin de tenir compte de l'expansion spatio-temporelle à moins que vous n'atteigniez l'échelle des galaxies et même là, l'effet n'est pas si grand.

"avec suffisamment de temps, notre galaxie devrait grandir. Mais ce n'est pas le cas" - source? Et après cela, votre réponse est (reformulée): "Avec les hypothèses que nous avons faites pour dériver l'expansion, nous avons supposé que les galaxies sont des points" - Vous avez donc seulement dit que "notre dérivation ne dit rien sur les galaxies de taille finie", ce qui est intéressant, mais la question posée par @SoulmanZ reste sans réponse: Peut-on expliquer pourquoi les galaxies ne se développent pas? J'aimerais une réponse moi-même.
@user3141592 D'un point de vue énergétique (pseudotenseur de gravité landau lifshitz plus énergie tenseur conservée), un univers en expansion semble retirer l'énergie des systèmes locaux (comme l'onde em) de ce point de vue, on peut voir que l'expansion d'une galaxie augmente son énergie, donc onpourrait s'attendre (contre-intuitivement) plutôt qu'une galaxie éprouverait une force intérieure de contraction.
Les galaxies @doublefelix ne se développent pas parce qu'elles sont maintenues ensemble par des forces gravitationnelles locales qui ne sont pas prises en compte dans le modèle cosmologique simple.C'est en fait contenu dans la réponse de Marek.
vous êtes mal cité dans la question.
@doublefelix Pour plus d'informations sur les raisons pour lesquelles les galaxies ne se développent pas, consultez ma réponse à cette question.
L'appel à la «bonne vieille gravité newtonienne» pourrait être mal interprété comme une suggestion selon laquelle la gravité newtonienne se situe au-dessus ou en plus des effets d'espace-temps décrits par G.R.(Je sais que vous n'avez pas l'intention de suggérer cela).
@Marek Quand vous faites référence à la "bonne vieille gravité newtonienne", faites-vous référence à la gravité qui prévaut dans cet univers fini, occupant une partie d'un vide infini, que Newton a émis avant 1692-3, ou à l'univers statique infini qu'il a émis l'hypothèsepar la suite, après avoir reconnu que cette version antérieure se serait effondrée immédiatement?Comme Guth l'explique algébriquement p.295-297 dans l'édition 1997.de "The Inflationary Universe", la 2ème version se serait également effondrée, donc, étant donné son tag actuel de "cosmologie", votre réponse ne s'applique pas tout à fait à cette question.
#2
+30
FrankH
2012-09-17 03:17:14 UTC
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Si la question est interprétée comme pourquoi les atomes et autres systèmes liés ne s'étendent pas, la réponse est que l'expansion générale de l'espace ne peut pas faire un travail continu contre la force électromagnétique qui maintient un atome ensemble ou contre toute autre force qui maintient un système lié ensemble.

Cependant, l'expansion accélérée de l'univers peut exercer une petite force négative "constante" entre les électrons et le noyau et rendre l'atome très très légèrement plus grand qu'il ne l'aurait été dans un univers en expansion sans accélération. Mais dans la meilleure théorie actuelle de l'énergie noire qui est qu'il s'agit d'une énergie de vide constante, cet effet sera constant et les atomes se sont déjà développés autant qu'ils ne le feraient jamais.

Il existe des spéculations théoriques sur un accélération de l'expansion accélérée de l'univers où cet effet augmente avec le temps de telle sorte que finalement de manière exponentielle l'univers se termine par une grande déchirure où les atomes et éventuellement les noyaux seraient déchirés.

Sur un autre site, je a répondu à une question sur la possibilité d'extraire de l'énergie de l'univers en expansion et voici la réponse que j'ai écrite qui, je pense, sera utile pour comprendre ce problème:

L'univers se développe à 74 km / sec / Mpc (Mpc est un méga parsec qui fait 3,26 millions d'années-lumière). Prenons donc deux objets lourds et plaçons-les loin de tout amas de galaxies ou de toute autre influence et écartons-les d'un parsec (3,26 années-lumière). Ensuite, ils s'écarteront effectivement à 7,4 cm / s. Imaginez maintenant que votre corde de filament monomoléculaire entre les objets exerce une force sur les objets qui va décélérer les objets. Ensuite, pendant le temps qu'ils ralentissent, vous pouvez extraire le travail des objets. Ce travail par seconde provient de la force exercée par la corde sur les 7,4 cm / s pendant lesquels les objets s'écartent. Cependant, une fois que la force fait chuter leur vitesse relative à 0, vous ne serez pas capable d'obtenir plus d'énergie des objets puisqu'ils ne se séparent plus. Il y aura toujours une force constante sur votre corde, mais vous devez avoir une force appliquée sur une distance pour obtenir du travail.

Maintenant, tout cela vient de l'expansion de l'espace "Big Bang". Une fois que la force de la corde a atteint sa vitesse relative à zéro, les deux objets sont comme un système lié gravitationnel et il cessera de "s'étendre". Cependant, en plus de l'expansion "standard" de l'espace, nous savons maintenant qu'il y a de l'énergie noire qui provoque une expansion accélérée de l'univers. Cela signifie que les deux objets ne se "déplacent" pas simplement à une vitesse constante de 7,4 cm / s, mais que cette vitesse augmente en fait avec le temps. Donc, si vous configurez votre corde de telle sorte que la force qu'elle exerce sur les objets entraîne une décélération légèrement inférieure à cette accélération cosmique, vous pouvez extraire du travail en continu et indéfiniment. Malheureusement, je n'ai pas été en mesure de convertir les mesures d'énergie sombre en unités d'accélération dans ce cas particulier d'objets à un parsec. Je soupçonne que c'est un petit nombre, mais les estimations actuelles indiquent qu'il est définitivement positif. Notez que si votre corde exerce plus de force qui provoque une décélération plus grande que l'accélération cosmique, les objets finiront par s'arrêter de s'éloigner et le travail que vous pouvez extraire retombera à zéro.

Notez que de la normale l'expansion de l'univers, vous ne pouvez extraire qu'une quantité totale d'énergie finie, mais qu'avec l'expansion accélérée, vous pouvez extraire une quantité petite mais positive d'énergie par seconde pour toujours. Cependant, votre corde a besoin de s'allonger de plus en plus avec le temps (à la vitesse de 7,4 cm / sec, dans cet exemple), donc, comme on dit TANSTAFL (il n'y a pas de déjeuner gratuit). La corde doit s'allonger car vous devez appliquer votre très petite force sur des objets en mouvement continu pour faire le travail. Puisqu'il Il faudra de l'énergie continue pour fabriquer une corde qui s'allonge continuellement, et vous ne pouvez pas gagner cette bataille en commençant par des objets plus éloignés puisque la corde s'allonge à un rythme encore plus rapide que les 7,4 cm / s de cet exemple. Vous pouvez augmenter l'énergie par seconde que vous extrayez en rendant les objets plus massifs, mais la force sur la corde augmente donc vous devez faire une corde plus épaisse.

En fin de compte, je pense que cette énergie gratuite projet est irréalisable, même s'il est théoriquement possible. Le problème à résoudre est le coût énergétique de la corde qui s'allonge continuellement.

* Si la question est interprétée comme pourquoi les atomes et autres systèmes liés ne s'étendent pas, la réponse est que l'expansion générale de l'espace ne peut pas faire un travail continu contre la force électromagnétique qui maintient un atome ensemble ou contre toute autre force qui maintient un système lié ensemble.* C'est faux.Par exemple, le système solaire se dilate en raison de l'expansion cosmologique, mais l'effet est indétectablement petit.Voir Cooperstock, Faraoni et Vollick, «L'influence de l'expansion cosmologique sur les systèmes locaux», http://arxiv.org/abs/astro-ph/9803097v1
* Cependant, l'expansion accélérée de l'univers peut exercer une petite force négative "constante" entre les électrons et le noyau et rendre l'atome très très légèrement plus grand qu'il ne l'aurait été dans un univers en expansion sans accélération. * C'est également faux.La déformation sur un système lié est proportionnelle à $ (d / dt) (\ ddot {a} / a) $, où $ a (t) $ est le facteur d'échelle cosmologique.Cette quantité n'est pas constante dans les modèles réalistes et peut être différente de zéro même si la constante cosmologique est nulle.De plus, il disparaît à l'identique dans une cosmologie qui consiste uniquement en énergie noire (= constante cosmologique).
@BenCrowell Je crois que votre réponse passe à côté de l'essentiel.La déclaration "le système solaire se dilate ... mais l'effet est faible" semble suggérer que nous pouvons appliquer l'expansion cosmologique sans ajustement à des choses comme les systèmes solaires.Ceci, je crois, est faux (voir ma réponse à cette question).Cela ne veut pas dire qu'il n'y a aucune influence sur le système solaire, mais l'influence est en concurrence avec la gravité du Soleil et cette dernière domine.
@Ben Crowell Cet article (Cooperstock, Faraoni et Vollick, astro-ph / 9803097v1) est faux.Un vide avec une géométrie FLRW viole l'équation de champ d'Einstein.En supposant la géométrie FLRW à l'échelle du système solaire, ils supposent implicitement une distribution uniforme de la matière FLRW à cette échelle.L'effet qu'ils calculent est l'influence gravitationnelle locale de cette matière.Vous pouvez même utiliser la gravité newtonienne et obtenir la même réponse.Mais la question n'est pas réellement là, donc l'effet n'existe pas réellement.
@Ben Crowell Votre deuxième commentaire est également incorrect.À grande échelle, il y a une tension qui, je pense, est proportionnelle à $ \ ddot a / a $ (et non à $ (d / dt) (\ ddot a / a) $).Encore une fois, ce n'est que l'influence gravitationnelle ordinaire de la matière (+ énergie noire) réellement présente;ce n'est pas un effet «supplémentaire».À petite échelle, il y a une tension proportionnelle à Λ (l'énergie noire étant présente à toutes les échelles), plus une certaine pression de l'auto-gravité, plus les effets de marée de la matière proche, et c'est tout.GR est une théorie de la gravité, pas des arrière-plans spatio-temporels fixes.
#3
+16
Lawrence B. Crowell
2011-01-24 02:05:12 UTC
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Ceci a été écrit pour une question qui s'est clôturée pendant ma composition. La question est de savoir comment le CC affecte la physique atomique, par Ashton.

L'énergie sombre a l'équivalent masse-énergie d'un proton tous les 1 à 10 mètres cubes. C'est une énergie assez diffuse. Un atome a une longueur de 10 $ ^ {- 8} $ cm ou un volume d'environ 10 $ ^ {- 30} m ^ 3 $. Donc, à peu près cette proportion de la valeur massique-énergie d’un proton de l’énergie noire agit sur un atome ou perturbe ses niveaux atomiques. Soit environ 10 $ ^ {- 21} $ Gev ou 10 $ ^ {- 12} $ ev. C'est très petit.

Maintenant, votre question n'est pas entièrement sans fondement. Certaines mesures atomiques très sensibles obtiennent des fractionnements de niveau atomique à moins de 10 $ ^ {- 6} $ ev. Je ne le dirai pas avec certitude, mais ces spécialistes de l'optique atomique-quantique peuvent être assez intelligents sur le banc. Il n'est pas tout à fait inimaginable qu'avec des états serrés, des états serrés intriqués de photons et d'électrons et ainsi de suite, cela puisse être mesuré. S'il y a une réponse EM due à un niveau de division, l'onde serait autour de la gamme sub-hertzienne.

L'interaction hamiltonienne pour la constante cosmologique serait un potentiel d'oscillateur harmonique inversé $ H_ {cc} ~ = ~ \ Lambda r ^ 2/3 $. Une analyse des croisements évités de niveaux d'énergie et d'états et le reste n'est peut-être pas une chose déraisonnable sur laquelle travailler.

Bien que la réponse de Marek soit bonne, elle ne répond pas à la question, même si elle-même pose la même question, en argumentant: «Vous pouvez voir que l'effet n'est pas terriblement grand mais le temps donné, notre galaxie devrait grandir.Mais ce n'est pas le cas. ».Je pense que cela ne répond pas à cela.Par contre, j'estime que cette réponse donne quelque chose: c'est que nous attendons toujours que les expériences se terminent.Peut-être, B. Crowell, s'il y a un tel résultat, vous pourriez s'il vous plaît poster une mise à jour.Je vous remercie.
Commentaire juste @ConstantineBlack;voir ma réponse.
#4
+8
oink
2014-12-28 11:17:58 UTC
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Analogie rapide et amusante:

Si nous considérons l'expansion de l'espace comme un étirement de feuille, les particules de matière s'éloignent les unes des autres. Hourra, comme expliqué plusieurs fois auparavant.

En étendant cela à la 3D, nous étirons essentiellement les objets à une vitesse très lente. 1,62038964 × 10 ^ -17 m / s / mètre, pour être précis. Ainsi, une personne typique est étirée à environ 3x10 ^ -17 mètres par seconde. Je n'ai pas trouvé de bonnes estimations sur la constante de ressort idéale du corps humain, mais vous seriez probablement étirée de 10 ordres de grandeur de 10 ^ -15 mètres.

(En raison de la force électromagnétique étant si forte, votre résistance à la traction est très élevée.)

Ainsi, avec l'expansion Hubble, vous êtes environ 0,000000000000001% plus grand. Félicitations!

donc la densité de la matière diminue?
y a-t-il une unité de mesure qui détermine la densité d'un objet indépendamment de l'espace.donc le mètre dirait toujours que vous êtes n mètres.mais comme vous le dites, la personne est 0,000000000000001% plus grande.Une unité qui montrerait cela?
#5
+6
RogerJBarlow
2018-04-29 20:14:08 UTC
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Revenons au ballon en expansion, qui est une très belle analogie même s'il manque de dimension.Supposons qu'il y ait une fourmi à la surface du ballon.Avec le temps, il se rendra compte que ses six jambes s'éloignent de plus en plus.Comme il commence à se sentir inconfortable, il les mélangera pour s'ajuster.S'il y a deux fourmis qui parlent ensemble, elles s'éloignent l'une de l'autre, de sorte qu'elles se rapprochent l'une de l'autre.De même, les électrons dans les atomes et les atomes dans les solides seront dilatés mais se reculeront ensemble.

#6
+5
Brad Cooper - Purpose Nation
2015-05-03 08:59:06 UTC
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Ma compréhension de la théorie actuelle est que les galaxies s'éloignent les unes des autres à un rythme accéléré en raison de la répulsion de l'énergie noire - créant un univers en expansion.

Cependant, dans les galaxies, la matière noire maintient le les galaxies elles-mêmes ensemble - à tel point que le bord extérieur de la galaxie tourne à la même vitesse que le bord intérieur - ce qui signifie qu'il doit y avoir énormément de matière qui maintient les galaxies elles-mêmes ensemble.

#7
+3
Andrew Steane
2018-11-16 05:24:05 UTC
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La réponse à votre question, dans le cas de la taille de choses comme les systèmes solaires et les galaxies, est contenue dans une simple observation en Relativité Générale appelée Théorème de Birkoff que je vais expliquer ci-dessous. Le résultat principal est qu'en première approximation, des choses comme les systèmes solaires et les galaxies ne participent pas à l'expansion cosmologique. Les galaxies s'éloignent les unes des autres tout en restant à peu près de taille fixe. Et de plus, la raison à cela, et la façon dont cela se produit, est que l'espace-temps local autour d'objets isolés tels que les étoiles est statique, c'est-à-dire qu'il ne se développe pas, et qu'il n'y a donc aucune raison pour que les objets physiques situés dans cet espace-temps, comme la planète La Terre, les tables, les chaises, les atomes, etc., devraient avoir une quelconque tendance à se développer. Dans l'analogie du ballon en caoutchouc, la situation est que le caoutchouc du ballon ne s'étire pas du tout à proximité d'une étoile donnée, mais entre ces plaques, le caoutchouc s'étire.

Il n'est pas trop difficile d'esquisser les mathématiques sous-jacentes pour ce qui précède, que le reste de cette réponse présente brièvement.

Nous considérons un cas simple pour avoir l'idée principale. Le cas simple est le vide autour d'une distribution sphérique symétrique de la matière. Cela donne la solution Schwarzschild. Cette métrique Schwarzschild est la formule du comportement de l'espace-temps; il nous indique à son tour les orbites possibles des planètes et des choses comme ça. Le point important est que cette solution est unique, ce qui signifie que la symétrie sphérique suffit à fixer la solution pour la métrique d'espace-temps suffisamment pour que le seul paramètre restant soit la masse du corps central. Cette observation importante est appelée théorème de Birkoff . Cela a des conséquences simples. Une conséquence est que si le corps au centre oscille dans la direction purement radiale tout en conservant sa forme sphérique, aucun changement ne se produit dans l'espace-temps à l'extérieur du corps (pas d'ondes gravitationnelles). Une autre conséquence est que si la région de vide à symétrie sphérique est elle-même un trou dans un fluide à symétrie sphérique plus grand, alors encore une fois l'espace-temps dans la région est inchangé. Et cela reste vrai même si le fluide environnant se dilate vers l'extérieur. C'est l'observation cruciale pour nous.

Considérons maintenant le système solaire. L'espace-temps local et sa courbure sont dominés par l'effet du Soleil. L'univers à la plus grande échelle est comme un fluide continu, également dense dans toutes les directions. Au fur et à mesure que ce fluide se dilate, l'espace-temps autour du Soleil reste inchangé, de sorte que les planètes suivent les mêmes orbites aux mêmes rayons, et de plus chaque planète est située dans un espace-temps statique, qui ne se développe pas localement.

Bien sûr, la symétrie sphérique ne sera pas parfaite, mais cet argument donne l'histoire principale des systèmes liés par gravitation à des échelles allant jusqu'à celles où vous ne pouvez plus approximer la contribution dominante à la gravité locale comme provenant d'un corps central sous vide autour de. Il ignore également la constante cosmologique.

L'expansion de l'espace n'est pas un fait inexorable auquel rien ne peut résister ou s'opposer, c'est plutôt le résultat net de la gravitation et des conditions initiales aux plus grandes échelles.Dans n'importe quelle région locale, à peu près n'importe quelle force peut empêcher l'expansion localement.

Je ne pense pas que vous ayez raison.Par exemple, la solution de Schwarzschild à GR n'est qu'une solution à l'équation GR avec constante cosmologique = 0. Par contre, la solution à GR pour un univers vide avec une constante cosmologique non nulle a une métrique avec un facteur d'échelle a(t) multiplier la partie spatiale qui est une fonction exponentielle du temps.La solution de Schwarzschild correcte avec une constante cosmologique non nulle devrait présenter ce comportement à de grandes distances du trou noir, et donc elle sera également différente à toutes les distances du BH.
Merci;Je reconnais que ma réponse a laissé de côté la constante cosmologique.Je le trouve toujours utile comme exemple du fait que la gravitation locale peut «gagner» dans une compétition avec des effets cosmologiques, qui sont le résultat net des conditions initiales et de la distribution à plus grande échelle.
Cette réponse est bonne.Il serait plus précis d'utiliser la [solution de Sitter – Schwarzschild] (https://en.wikipedia.org/wiki/De_Sitter–Schwarzschild_metric), mais la différence est trop petite pour être détectée localement.Le point clé est que la géométrie FLRW n'est que le champ gravitationnel d'une certaine distribution de matière.Localement, la matière n'est pas distribuée de cette façon et le champ est différent.Le champ ne "veut" pas être FLRW.Si vous supprimez toute matière localement, vous obtenez de l'espace de Sitter, et si vous pouviez également supprimer l'énergie sombre, vous obtiendrez de l'espace Minkowski, quelle que soit l'époque.
Je suis peut-être naïf et j'apprécierais des corrections verbales, mais il me semble que cette réponse a le meilleur potentiel de correspondance avec les univers locaux de la cosmologie rebondissante, en particulier s'ils auraient un arrangement plus ou moins concentrique sur des échelles séquentiellement décroissantes.Parce que la première analyse des données CMB pour prendre systématiquement en compte la lentille gravitationnelle par les galaxies (décrite sur https://arxiv.org/abs/1911.02087) semble avoir très récemment suggéré que de telles LUs seraient fermées, Andrew Steane a mon voteici.
#8
+2
Helder Velez
2012-01-02 17:59:38 UTC
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Pour accepter que l'espace s'agrandisse, il faut admettre que la règle, faite d'atomes, est invariante, c'est-à-dire qu'elle a toujours la même longueur, et personne n'a fourni un argument convaincant à ce sujet. L'expantion spatiale repose sur la croyance que c'est un fait: si les atomes se dilatent à la même vitesse, nous n'avons pas été en mesure de mesurer une expantion.Si, au contraire, les atomes rétrécissent dans le temps, nous pouvons mesurer une expantion spatiale sans aucune expantion. il arrive de facto à l'espace, je ne sais pas pourquoi l'espace s'agrandit sauf que nous le mesurons. La matière peut se contracter parce que les champs gravitoélectriques ont une énergie qui est en expansion et proviennent des particules depuis la naissance de la matière et, de toute évidence, nous ne sommes pas en mesure de mesurer ce fait en laboratoire. évalué par des pairs, est «Un modèle autosimilaire de l'Univers dévoile la nature de l'énergie noire» qui n'a pas besoin d'énergie noire, d'inflation, etc.

Conclusion: pour la question `` Pourquoi l'expansion de l'espace n'élargit-elle pas la matière? '': si la matière se dilatait au même rythme, personne ne serait en mesure de mesurer une variation.L'acte de mesure est d'obtenir un rapport entre deux standard) peut changer pour obtenir une valeur mesurée spécifique. Mais la norme est basée sur les propriétés «atome» (dans le premier lien et dans celui-ci récent La base physique des unités naturelles et des constantes vraiment fondamentales) que nous supposons invariables.

Les deux liens fournissent un aperçu des unités, mais le premier lien est beaucoup plus intéressant car il donne un aperçu de la justification de l'acte de mesure.


EDIT add: Habituellement, il est admis qu'il n'y a aucun effet sur l'échelle du système solaire de l'expansion spatiale, mais récemment, il a été rapporté, c'est-à-dire mesuré, que la distance SUN-Terre augmente beaucoup plus que prévu:
Mesure expérimentale des modèles de croissance sur les coraux fossiles: variation séculaire des anciennes distances Terre-Soleil par Weijia Zhang, 2010 (derrière le mur payant)

Les résultats expérimentaux indiquent une expansion particulière avec un coefficient d'expansion moyen de 0,57 $ H_0 $

Augmentation séculaire de l'unité astronomique à partir de l'analyse des mouvements majeurs de la planète et de son interprétation par GA Krasinsky, 2004 (derrière le paywall )

a mesuré $ \ fraq {dAU, dt} = 15 \ pm 4 m / cy .. à l'heure actuelle, il n'y a pas d'explication satisfaisante de l'augmentation séculaire détectée de l'UA

- non révisé par les pairs de Weijia pdf de 'Un test de la suggestion d'une orbite terrestre éternellement constante dans le Phanérozoïque et Cryptozoïque à partir d'observations astronomiques et de rythmes géologiques' (sur http://www.paper.edu.cn)

L'auteur a passé en revue tous les développements dans la recherche sur le système lunaire et la paléontologie depuis 1963, a trouvé trois contradictions entre différentes méthodes: ... Cela signifie que l'ancienne Terre est plus proche du Soleil. .. La période de révolution de la Terre augmente, enregistrée par la NASA. Le demi-grand axe de la Terre est croissant, enregistré par JPL.

dans la page 13, nous trouvons un tableau avec les valeurs mesurées de la longueur d'une année sidérale (croissante) après 1900.

La distance croissante est déduite dans le modèle présenté, comme vu à l'éq. 35), pag 10 de l'article préliminaire de 2002 (arxiv) par Alfredo Oliveira
Une variation temporelle relativiste de la matière / espace s'adapte à la fois aux données locales et cosmiques

Donc, à la question «Pourquoi l'expansion spatiale n'élargit-elle pas la matière?»
la réponse est que «l'expansion spatiale est le résultat de l'évanescence de la matière», c'est-à-dire que la matière se rétrécit.

Comme exercice: imaginez que vous vous installez au milieu d'une pièce et que vous commencez à voir les murs s'éloigner de vous. Au réveil de ce rêve, ou de l'hallucination si vous êtes dopé, comment le décririez-vous? :
J'étais sh-shr-shri-shrinking, comme Alice au Pays des Merveilles l'a naturellement fait, ou que la maison s'agrandit-PLUS GRANDE?

Je vais voter car ce message tente de répondre à la question, contrairement à d'autres réponses ici.En outre, je voterai parce que personne n'explique les votes négatifs.
#9
+2
SigSeg
2017-10-13 05:05:54 UTC
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Je suis un non-physicien qui utilise le raisonnement cognitif et non mathématique, donc j'aime les réponses non-physiciennes parce qu'elles ont plus de sens.

Vous avez deux bateaux, un à 20 pieds au large et un à 100 pieds au large.Le bateau le plus proche du rivage est tiré vers le rivage par de grosses vagues.Le bateau à 100 pieds est éloigné du rivage à cause du courant de l'océan.

Considérez l'océan comme un espace et les bateaux comme des galaxies.Parce que les deux flottent librement, avec le temps, leur distance augmentera de plus en plus.

Maintenant, attachez les deux bateaux ensemble via une corde.Pensez à la corde comme à la gravité.

Maintenant, à moins que le courant et les vagues deviennent assez forts pour casser la corde, ils ne dériveront jamais l'un de l'autre.

Puisque l'espace n'est pas seulement en expansion, mais en expansion à un rythme toujours plus rapide;finalement, dans des milliards d'années, il accélérera plus vite que les forces faibles, fortes, électromagnétiques et gravitationnelles ne peuvent le contrer, et elles voleront en fait à part.

C'est un peu insultant pour les physiciens, n'est-ce pas?
#10
+1
bright magus
2014-05-07 14:14:06 UTC
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Eh bien, d'après la réponse donnée à cette question: À quel point de l'univers $ R _ {\ mu \ nu} = 0 $ s'il y a une source de gravitation (masse ponctuelle), l'expansion de l'univers se réfère en fait à l'expansion de la matière:

"Donc les équations d'Einstein dans le vide signifient exactement cela: que $ G _ {\ mu \ nu} = 8 \ pi T _ {\ mu \ nu} = 0 $ in une région sans masse-énergie. C'est loin de dire qu'il n'y a pas de gravité, tout comme il serait ridicule de dire qu'il n'y a pas de champ électrique à l'extérieur d'une balle chargée. "

Alors si ça est vrai que l'équation d'Einstein:

$$ R _ {\ mu \ nu} - \ frac {1} {2} g _ {\ mu \ nu} R + g _ {\ mu \ nu} \ Lambda = \ frac {8 \ pi G} {c ^ 4} T _ {\ mu \ nu} $$

(s'il n'est pas nul) est limité à la matière uniquement (car si le $ T _ {\ mu \ nu} = 0 $ alors le côté gauche de l'équation disparaît également), et comme il contient la constante cosmologique $ \ Lambda $, la conclusion logique est que la matière doit être en expansion.

En résumé: l'équation d'Einstein sous vide exige que soit (1) l'univers unde La considération doit toujours être vide de matière, ou (2) la matière est en expansion (ou (3) l'équation d'Einstein est fausse). Puisque (1) est considéré comme faux et que (3) n'est pas revendiqué par la physique traditionnelle, il ne nous reste plus que (2) - c'est-à-dire que la matière est en expansion.

P.S. Vous pouvez également le formuler différemment - la gravité ($ T _ {\ mu \ nu} \ neq0 $) est la source de l'expansion de l'univers dans la matière.

EDIT: Il devrait être évident que $ \ Lambda $ est pas seulement une force qui peut être surmontée (et donc non apparente). C'est du côté de l'équation qui montre la courbure réelle.

EDIT2: Comme je l'ai écrit ailleurs, l'expansion (possible) conserverait des valeurs relatives (de diverses " constantes, constante de Planck, masse électronique, vitesse de la lumière, charge élémentaire et permissivité de l'espace libre" ) intact. C'est comme avec la dilatation du temps et la contraction de la longueur en SR - pour le cadre en mouvement, rien ne change et l'observateur local ne le remarquerait pas. La différence étant ici que l'observateur extérieur ne remarquerait pas non plus, car le changement aurait lieu partout, en même temps et avec une accélération égale.

#11
+1
Sushant23
2014-11-05 03:57:24 UTC
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La réponse à cette question se fait uniquement par la compréhension et non par la preuve. Si l'Univers est en expansion, alors je dis Oui, à cela la Matière est également en expansion. L'explication à cela est que toute la matière est en expansion, même l'échelle pour mesurer la matière est également en expansion. Prenons un petit exemple: Un bloc de bois rectangulaire est en expansion, Mesurez les dimensions initiales du bloc, disons qu'elles sont x, y, z après l'expansion du bloc de bois uniquement, mesurez à nouveau, puis c'est x + a, y + b, z + c. Mais que se passe-t-il si l'échelle se dilate également au même rythme que celui du bloc de bois, alors mesurez-la à chaque fois que vous obtiendrez ses dimensions en x, y, z uniquement et non en x + a, y + b, z + c. Pour en revenir à la réalité, la même chose se passe dans l'Univers. c'est-à-dire que l'univers se développe avec lui, tout le reste est également en expansion. La seule chose est que nous ne pouvons pas remarquer les petites choses. Nous pouvons remarquer des choses plus importantes telles que les galaxies, les planètes, les étoiles, etc.

Dans «Annie Hall» de Woody Allen, cette question se pose;la réponse?"Brooklyn ne se développe pas!"La raison en est que c'est l'espace-temps qui s'agrandit;les objets qui ont une sorte d'énergie de liaison sont maintenus ensemble par des forces.Les photons se dilatent, de même que les ondes sonores cosmiques.Mais Brooklyn est unie par l'amour maternel.Voir la scène sur https://www.youtube.com/watch?v=5U1-OmAICpU
[email protected] et Sushant23.Mais pourquoi Brooklyn ne le fait pas?Si à petite échelle nous sommes d'accord sur la réponse affichée, que nous ne pouvons pas voir l'expansion puisque tout est en expansion, alors pourquoi la voir à grande échelle?Est-ce parce qu'il se dilate plus vite sur les grandes échelles mais sur les petits, la vitesse est la même pour tous les objets?Merci.
@ConstantineBlack: l'expansion équivaut à une force très faible - les forces de liaison locales la submergent toujours: atomes, molécules, personnes (par exemple, pas une excuse valable pour la taille!), Planètes, systèmes solaires et galaxies.Mais vous pouvez le voir sur de très grandes distances - par conséquent, le décalage vers le rouge dû à l'expansion cosmique est un bon indicateur de la distance, bien que d'autres proxy soient utilisés pour définir l'échelle de distance.Voir [Loi de Hubble] (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/hubble.html)
@PeterDiehr Merci pour la réponse rapide.Je trouve conceptuellement faux d'admettre que l'expansion est une force telle que vous pouvez utiliser une équation comme celle de Newton ou tout autre argument disant au moins que: la force totale sur l'objet est expansion + other_forces de sorte que le résultat à petites échelles n'est pas l'expansion.Il est plus raisonnable de dire que les expériences disent ceci ou cela ou qu'à petite échelle, le taux d'expansion est le même pour tous les objets (même à l'intérieur de la galaxie ??) afin que nous ne l'observions pas.Est-ce que je perds quelque chose ici?Merci.
@ConstantineBlack: en fait une nouvelle question, et nous fournirons une réponse qui, espérons-le, est correcte à tous les niveaux.
@PeterDiehr l'a fait: http://physics.stackexchange.com/questions/258479/on-the-expansion-of-space-on-small-distances
Non, tout (matière ordinaire, bâtons de mesure, etc.) ne se dilate pas.L'expansion cosmologique signifie que si, un an, vous pouviez placer des bâtons de $ x $ mètre (en acier ou en bois ou autre) entre deux amas de galaxies donnés, alors après un an, vous pouvez maintenant ajuster $ y $ mètre-sticks entre eux, où $ y> x $.
Je pense que la confusion ici est que ce soit "en expansion" ou "repoussant".Si c'est repoussant, alors là où d'autres forces plus fortes que la force répulsive garderont la matière ensemble.S'il s'agrandit, l'échelle s'agrandit avec lui.Les choses s'agrandissent.Mais alors, cela ne m'explique pas pourquoi les choses vont plus loin.Si tout s'étend ensemble, la distance doit rester la même, c'est comme si vous étiez le diagramme à 10x.À moins que les choses ne se développent à des rythmes différents.De plus, si les forces n'augmentent pas avec l'expansion, la gravité devrait s'affaiblir avec le temps, même si la densité est la même quantité de masse.
#12
+1
benrg
2019-10-01 12:59:40 UTC
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Il n'y a pas de concept d '"espace en expansion" en relativité générale

De nombreuses réponses sur ce site disent qu'il existe une différence fondamentale entre l'expansion cosmologique, qui est due à l'expansion de l'espace entre objets, et l'expansion ordinaire, qui est due au mouvement relatif d'objets .

Ce que vous ne trouverez jamais dans aucune de ces réponses est un critère mathématique que vous pourriez utiliser pour faire la différence entre les deux cas, comme un champ tenseur différent de zéro lorsque l’espace s’élargit et nul lorsque les objets s’éloignent simplement de L'une et l'autre. C'est parce que rien de tel ne peut être défini dans GR. Dans la mesure où il semble y avoir une différence, c'est un artefact du choix des coordonnées.

(Les gens doutent souvent que l'expansion "superluminale" puisse être expliquée par un mouvement relatif ordinaire, ce qui peut expliquer en partie la croyance en l'expansion de l'espace. Mais cela peut être et c'est le cas. Je viens d'écrire à ce sujet dans une autre réponse.)

Le résultat est que l'effet de l'expansion à grande échelle de l'univers sur la physique locale n'est ni plus ni moins que l'effet gravitationnel d'objets éloignés s'éloignant de vous. Cela ne peut consister qu'en une accélération globale dans une direction particulière et une force de marée, qui seront toutes deux en moyenne presque nulles lorsque la matière est éloignée et presque uniformément répartie. Il est prouvé qu'il ne peut pas inclure un composant qui agit pour étendre un objet dans toutes les directions ou le comprimer dans toutes les directions; cela ne peut venir que de la matière locale. (Ceci est également vrai dans la gravité newtonienne, où c'est une conséquence de la loi de Gauss.)

Le ballon en expansion est un excellent modèle de ce que beaucoup de gens pensent que GR dit de la cosmologie. C'est un mauvais modèle de ce que GR dit réellement de la cosmologie.

L'énergie sombre a un effet d'étirement local, mais ne fait pas augmenter continuellement les objets

Selon le modèle cosmologique actuellement favorisé, l'énergie noire exerce une force symétrique vers l'extérieur sur les objets à toutes les échelles. Ce n'est pas à cause d'un effet descendant de l'expansion cosmologique, mais simplement parce qu'elle est présente à toutes les échelles. Contrairement à la matière ordinaire, elle ne s'agglutine pas - elle est uniformément répartie partout, même à l'intérieur des atomes et des protons.

Il y a donc une force d'expansion de l'énergie sombre qui agit sur vous. Mais les objets solides ne grandissent pas ou ne rétrécissent pas continuellement sous l'application d'une force d'expansion / compression, à moins qu'ils ne soient suffisamment forts pour les séparer ou les comprimer en un trou noir. Par exemple, l'air vous presse dans toutes les directions en ce moment. Cela vous rend légèrement plus petit que vous seriez dans le vide, mais cela ne vous fait pas rétrécir à un point au fil du temps. De même, si les gens essaient de tirer vos bras dans des directions opposées, cela vous rend légèrement plus large, mais cela ne vous fait pas vous dilater continuellement. Vous vous développez jusqu'à ce que la force de restauration de votre élasticité interne équilibre la force exercée sur vos bras, puis vous arrêtez de vous développer.

L'auto-gravitation (l'attraction gravitationnelle de chaque partie de votre corps vers chaque autre partie) est une autre force de compression qui agit sur vous. Bien qu'il soit très petit, il est environ 10 $ ^ {27} $ fois plus grand que la force d'expansion de l'énergie sombre, si j'ai bien calculé. Donc, même en considérant uniquement les effets gravitationnels, il n'y a pas de force d'expansion nette . Il est présent, cependant, en théorie.

#13
-1
Rick
2019-03-20 02:48:57 UTC
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Réponse courte: À l'heure actuelle, il n'y a pas assez d'énergie noire dans l'univers pour affecter la distance entre les particules. Ce n'est peut-être pas toujours le cas ...

Un article intéressant a été soumis en 2003 par Robert Caldwell du Dartmouth College et son équipe, sur la théorie du Big Rip.

Un univers dominé par l'énergie fantôme est un univers en accélération, qui se développe à un rythme toujours croissant. Cependant, cela implique que la taille de l'univers observable diminue continuellement; la distance au bord de l'univers observable qui s'éloigne à la vitesse de la lumière de n'importe quel point se rapproche de plus en plus. Lorsque la taille de l'univers observable devient plus petite que n'importe quelle structure particulière, aucune interaction par aucune des forces fondamentales ne peut se produire entre les parties les plus éloignées de la structure. Lorsque ces interactions deviennent impossibles, la structure est «déchirée». Le modèle implique qu'après un temps fini, il y aura une singularité finale, appelée "Big Rip", dans laquelle toutes les distances divergent à des valeurs infinies.

$$ t_ {rip} -t_0 \ approx {2 \ over3 | 1 + w | H_0 \ sqrt {1- \ Omega_m}} $$

Dans leur article, les auteurs considèrent un exemple hypothétique avec $ w $ = −1.5, $ H_0 $ span> (constante de Hubble) = 70 km / s / Mpc, et $ \ Omega_m $ (densité de matière dans l'univers) = 0,3

En utilisant ces chiffres dans leurs calculs, ils estiment que dans 21,94 milliards d'années, la force de gravité cessera de maintenir les galaxies ensemble.

59,1 ans plus tard, les systèmes solaires cesseraient d'être maintenus ensemble par la gravité.

Alors peut-être que des jours ou des heures avant la grande déchirure, les planètes et la matière se décomposeraient et finalement à la grande déchirure, les particules subatomiques seraient déchirées.

Il y a un débat sur la valeur de w. Les preuves indiquent que w est très proche de −1 dans notre univers, ce qui fait de w le terme dominant dans l'équation. Plus w est proche de −1, plus le dénominateur est proche de zéro et plus le Big Rip est loin dans le futur. Si w était exactement égal à −1, le Big Rip ne pourrait pas se produire, quelles que soient les valeurs de $ H_0 $ ou $ \ Omega_m $ .

Selon les dernières données cosmologiques disponibles, les incertitudes sont encore trop grandes pour discriminer entre les trois cas w < −1, w = −1 et w> −1. ("Résultats de la mission WMAP sur 9 ans". Wmap.gsfc.nasa.gov.) & (Allen, SW; Rapetti, DA; Schmidt, RW; Ebeling, H .; Morris, RG; Fabian, AC (2008). "Amélioré contraintes sur l'énergie sombre des observations aux rayons X de Chandra des plus grands amas de galaxies détendues ". Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.)

Si l'article se révèle vrai, alors l'univers ne durera encore que 22 milliards d'années environ ... Nous devrons attendre pour voir.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 2.0 sous laquelle il est distribué.
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