Ist die Ausdehnung des Weltraums universell oder lokal?; hindert Materie die Ausdehnung des Raums?

Michael Strauss beschreibt in seinem kürzlich erschienenen Buch „Welcome to the Universe“ mit den Autoren Tyson & Gott, dass sich der Weltraum NICHT innerhalb von Galaxien ausdehnt, sondern eher zwischen Galaxien. Also ist die Erweiterung lokal und nicht universell?

Hemmt die Anwesenheit von Materie die Ausdehnung des Raums?

Hallo Doc, ist dies verwandt: physical.stackexchange.com/q/2110
@Countto10 Hallo Graf. Ich muss mir heute Abend die Zeit nehmen, die Antworten durchzulesen, aber vielleicht. Sieht so aus, als hätte Soulman nie die "richtige" Antwort gegeben. Ein schneller Scan zeigt, dass die Antworten die Frage in Bezug auf ausgeglichene Kräfte ansprechen. Aber ich glaube, der Raum übt keine Kraft aus und „zieht“ keine Materie. Die Expansion des Weltraums im Wettbewerb mit elektromagnetischen oder Gravitationskräften? Wie beziffern Sie das? Es sei denn, ich vermisse sehr, was es bedeutet, dass sich der Raum ausdehnt.
Ich wollte das fragen, aber es gibt einen (nicht sehr gut aufgenommenen) Duplikat/Antwort: physical.stackexchange.com/questions/172953/… Irgendwann, wenn es groß genug ist, könnte es ein Gleichgewicht zwischen der Materie in der Galaxie geben und die kosmische Expansion, aber ich weiß auch nicht, wie groß eine Galaxie werden kann, trotzdem viel Glück damit.
@ Countto10 Interessante Frage. Eine schnelle Suche fand dies arxiv.org/abs/astro-ph/0301527 , aber die interessantere Frage ist, warum - vielleicht unter Berücksichtigung von galaktischen dynamischen Modellen, Stabilität usw. Was ist, wenn eine Galaxie zu klein oder zu groß ist? Von dem, was ich bisher gesehen habe, scheint es eine Tendenz zu Größe und Form zu geben.
Stell es dir so vor. Die Andromeda-Galaxie und unsere Milchstraße sind etwa 1 Mpsec (oder so, keine genaue Zahl) voneinander entfernt. Wenn sie sich wie der kosmische Fluss relativ zueinander bewegen würden, würden sie sich mit etwa 70 km/s voneinander entfernen. Aber ihre gravitative Newtonsche Anziehungskraft ist stärker, und das Ergebnis ist, dass sie mit etwa 119 km/s aufeinander zu kommen, also werden sie in etwa 3 Milliarden Jahren kollidieren. Die schwache Gravitation einer Galaxie für eine andere, die so weit entfernt ist, ist stärker als die Expansion. Andere Kräfte wie die, die Atome und Moleküle zusammenhalten, sind sogar noch stärker.
@Bob Bee Die OP-Frage ist genau, ob es eine Weltraumexpansion gibt, die gegen die Schwerkraftexpansion innerhalb von Galaxien kämpft oder nicht . Die berichtete Theorie besagt, dass sich der Weltraum innerhalb von Galaxien nicht ausdehnt, was ich auch immer seltsam fand. Darüber hinaus betrifft die (erste) Frage die Ausdehnung des Raums selbst, nicht die Objekte darin.
Mir wird langsam klar, dass der Raum nicht weniger mysteriös ist als die Zeit. Materie, Energie, Felder die Dinge, die wir fühlen und messen können. Aber Raum und Zeit scheinen ohne ihre Existenz zu verschwinden. Wie sonst würden Sie einen Maßstab oder eine Uhr herstellen? Raum und Zeit scheinen Eigenschaften von all dem oben Genannten zu sein , nicht Dinge . Sie sind ohne Substanz.
@Claude Chuber, was Sie sagen, ist überhaupt nicht klar, aber ich kann Ihnen versichern, dass meine Antwort in meinem Kommentar Teil der üblichen und bekannten Erklärung ist. Innerhalb von Galaxien, zwischen Galaxien, innerhalb der Erde, zwischen Planeten, zwischen Molekülen oder Atomen oder Festkörpern usw. ist alles gleich, nur unterschiedliche Größen und Kraftarten, die der Ausdehnung Widerstand leisten. Die 67-70 Kms/sec/Mpsec sind allgemein bekannt und ein nützliches Maß für die Expansion überall, aber andere Kräfte, einschließlich lokaler Gravitation, Atomkräfte und so ziemlich alles andere, was nicht kosmisch ist, werden es überwältigen. Mein Beispiel war eine einfache Art, es zu sehen
@Claude Ihre Aussage zum Kampf gegen die Expansion des Weltraums gegen die Expansion der Schwerkraft ist ebenfalls Unsinn. Innerhalb von Galaxien gibt es Schwerkraft von Sternen und Materie in der Galaxie, und das ist anziehend. Das hält es zusammen. Die Raumausdehnung - und es ist nicht klar, was Sie meinen, aber vorausgesetzt, Sie meinen die kosmologische Ausdehnung, ja, das ist überall wirksam. Mein vorheriger Kommentar erklärt, warum es für ein Beispiel vernachlässigbar ist, für alle anderen, wo die lokalen Kräfte die Dinge zusammenhalten. Wenn Sie es mit meinem Beispiel nicht visualisieren können, müssen Sie nur rechnen und rechnen
@docscience. Raum und Zeit sind durch die Relativitätstheorie untrennbar miteinander verbunden - in einem Koordinatensystem messen Sie "mehr Raum und weniger Zeit", und in einem anderen könnte es umgekehrt sein, und beides für die gleiche physikalische Situation. die Allgemeine und Spezielle Relativitätstheorie beschreibt das alles so gut, man muss es nur lernen. Was wir nicht wissen, sind ein paar Dinge wie was. Passiert für Plancksche Raum- und Zeitdimensionen, wie hat eine Raumzeit dunkle Energie und ein paar andere Feinheiten. Die Physik kümmert sich wenig um philosophische Konzepte, die nicht überprüfbar sind.
@Bob Bee Danke für die Klarstellung, ich verstehe jetzt deinen Standpunkt. Sie sagen also eindeutig, dass die erwähnte Theorie "Der Weltraum dehnt sich NICHT innerhalb von Galaxien aus, sondern zwischen Galaxien" falsch ist (natürlich ist die kosmologische Expansion innerhalb von Galaxien gering, aber nicht Null, was einen wichtigen theoretischen Unterschied ausmacht). Ich schlage vor, Sie posten Ihren Kommentar ("Innerhalb von Galaxien [...], zwischen Molekülen oder Atomen oder Festkörpern usw. ist alles gleich [...]") als Antwort. Das würde sehr helfen, mit all dem Unsinn aufzuräumen, den man hier und da zu diesem Thema lesen kann.
Ich verstehe. Werde das heute machen.
@Bob BeeDanke, ich habe gerade deine Antwort gelesen und fand sie sehr interessant. Ich wusste nicht, dass die kosmologische Expansion als Gravitationseffekt (also als Folge der Gravitation) angesehen wird.
@claude chuber. Es ist die Raumzeitgeometrie (in diesem Fall des Universums), die durch die Anfangsbedingungen (Urknall), die Materie-Energie des Universums und die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die Einsteins Feldgleichungen (die Gleichungen für die Gravitation sind) verursacht wird man bekommt dieses Ergebnis. Eine 'Folge der Gravitation' ist eine verkürzte Form, um diese kompliziertere Version zu sagen .... Aber ja, es ist im Grunde der Beginn (Urknall) und die Evolution aufgrund der Gravitation der Materie-Energie des Universums. Danke für die freundliche Anregung zur Antwort.

Antworten (1)

Diese Antwort wird ein wenig durch den Kommentar von @claude chuber beflügelt. Ich schätze seine Erläuterungen zu meinen Kommentaren und auch sein Hinterfragen.

Wie er feststellt: Die Aussage des OP aus einem Buch, "der Weltraum dehnt sich nicht innerhalb von Galaxien aus, sondern innerhalb von Galaxien", ist "falsch".

Zuerst eine Beschreibung und Erklärung dessen, was mit der kosmologischen Expansion (was das OP Raum nennt) passiert. Die einfachste Beschreibung ist, ja, es gibt überall kosmologische Expansion, innerhalb von Galaxien, dazwischen in einem Haufen von Galaxien, innerhalb von Planeten und dem Sonnensystem, innerhalb von Atomen und Molekülen usw. Aber die Expansion ist ein Gravitationseffekt, und das kann es anderen Kräften entgegenwirken - wie der Gravitation aufgrund der anderen Körper in ihrer Nähe, elektrische Kräfte, nukleare Kräfte usw. Und es stellt sich heraus, dass für alle oben genannten Fälle (Sonnensystem, Galaxien, Haufen, Atome, Planeten usw ), mit Ausnahme der Kräfte zwischen Galaxienhaufen, sind diese anderen Kräfte stärker als der Gravitationseffekt, der die kosmologische Expansion verursacht. So, Die kosmologische Expansion ist in diesen Fällen im Vergleich so gering, dass sie vernachlässigbar ist, oder, wenn nicht vernachlässigbar, einen sehr geringen Beitrag leistet. Bei der Expansion zwischen Galaxienhaufen und größeren Größen haben die anderen Kräfte wenig Einfluss, und die Expansion schreitet voran und ist messbar.

Der Grund, warum die Expansion bei größeren Entfernungen deutlicher und effektiver ist, liegt darin, dass die Expansionsrate (dh die Geschwindigkeit des Zurückweichens zwischen zwei Objekten bei diesen großen Entfernungen) mit der Entfernung zunimmt. Das hat Hubble entdeckt, die Rezessionsgeschwindigkeit ist linear proportional zur Entfernung. Denken Sie daran, dass sich in der kosmologischen Expansion alles von allem anderen entfernt (stellen Sie sich zwei beliebige Punkte vor, die auf die Oberfläche eines sich aufblasenden Ballons gemalt sind, wenn der Ballon aufgeblasen wird, trennen sie sich immer mehr), und je weiter sie entfernt sind, desto schneller trennen sie sich sogar mehr.

Aber zwei Atome oder zwei Planeten im Sonnensystem oder zwei Sterne in einer Galaxie sind nicht weit genug voneinander entfernt, und die Ausdehnung wäre gering. Aber es kommt noch schlimmer: Ihre elektrischen und magnetischen Wechselwirkungen (bei Atomen) und gravitativen Anziehungskräften (bei Sonnensystem, Planeten und Galaxien) untereinander sind stark genug, dass dem schwachen Inflationseffekt entgegengewirkt wird. Sie werden gebundene Systeme genannt, und die Inflation betrifft sie nicht. So sind zum Beispiel für unsere Galaxie die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie etwa 1 Mpsec (etwa 3 Lichtjahre) (die Zahl ist ungefähr, könnte etwas abweichen) voneinander entfernt. Basierend auf der Hubble-Konstante von 67-70 km/s/Mpsec sollten sie sich mit etwa 67-70 km/s voneinander entfernen. Gemessen wird aber, dass sie mit einer Geschwindigkeit von etwa 119 km/s aufeinander zufahren. Ihre massive Gravitationsanziehung überwältigt die kosmologische Expansion in diesen Entfernungen. Wir werden in etwa 3 Milliarden Jahren mit der Andromeda-Galaxie kollidieren.

Der Gravitationseffekt in jeder kleinen Region der Raumzeit ist die Kombination vieler Effekte (in vielen Fällen kann man einen als Störung des Haupteffekts behandeln, aber wenn sie alle ungefähr gleich stark sind, muss man sie alle zusammen behandeln, und das ist es auch mehr als wir jetzt tun können. Jetzt behandeln wir sie als gegenseitige Störungen). Die nahen Objekte haben relativ zueinander eine große Wirkung, aber auf einer großen Skala, nennen wir es kosmologische Skalen, diese ganze Gruppe von Galaxien, die unseren lokalen Haufen bilden, entfernen sich aufgrund der Expansion von allem anderen. Es liegt auf Skalen von vielleicht 10 Mpsec oder so und sicherlich im Bereich von 30-50 Mpsec, wo die Inflation überhand nimmt und messbar ist. Das lineare Verhältnis von Rezessionsgeschwindigkeit zu Entfernung ist bis zu Entfernungen von einigen Milliarden Lichtjahren gut, dann treten einige Nichtlinearitäten auf.

Also, ja, es gibt eine kosmologische Expansion auf allen Ebenen, aber sie ist sehr klein und wird von lokalen Kräften in Größenordnungen von weniger als etwa 10-30 Mpsec überwältigt.

Es ist auch erwähnenswert, dass die kosmologische Expansion IM DURCHSCHNITT genau so ist, wie sie geschätzt und modelliert wurde. Es gibt Unregelmäßigkeiten auf kleineren Skalen, wo die Materie- und Energiedichte höher ist, und auf anderen Gebieten, wo sie geringer ist. Auf der 100-Mpsec-Skala sieht das Universum homogen und isotrop aus. Aber diese Überdichten und Unterdichten führen dazu, dass lokale Gruppen von Sternen und Galaxien einige besondere Geschwindigkeiten in Bezug auf die Gesamtausdehnung haben. Wenn wir von der Erde unsere eigentümliche Gesamtgeschwindigkeit in unseren Messungen abziehen, sehen wir zum Beispiel den kosmischen Hintergrundhintergrund (CMB) als homogen und isotrop (mit Ausnahme der Überreste der Planckschen supermikroskopischen Quantenstörungen direkt nach dem Big Knall, der später, als sich das Universum entwickelte, zu den Galaxien und Sternen führte) - wir

Das heute akzeptierte kosmologische Modell ist das Lambda-CDM-Modell, dessen Parameter am besten aus der neuesten Veröffentlichung von Satelliten-/Kollaborationsdaten von Planck stammen.

Siehe Referenzen

Chronologie des Universums https://en.m.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe

Universumserweiterung und kleine Effekte https://en.m.wikipedia.org/wiki/Metric_expansion_of_space

Das Hubble-Gesetz und konstant. Siehe die Zahlen von Wikipedia unter https://en.m.wikipedia.org/wiki/Hubble 's_law, meistens 67 bis 72.

Siehe die Zahlen aus der Veröffentlichung der Planck-Daten, sie zeigen weniger Schwankungen, wenn sie mit verschiedenen Messungen gemittelt werden. Siehe es unter https://en.m.wikipedia.org/wiki/Planck_(spacecraft)#2015_data_release

"Diese anderen Kräfte sind stärker als der Gravitationseffekt, der die kosmologische Expansion verursacht" Warte, der Gravitationseffekt verursacht die kosmologische Expansion?
Gravitation und die Materieenergie im Universum definieren die Raumzeitgeometrie des Universums. Diese Geometrie stammt aus der Lösung der Einstein-Feldgleichungen (EFE). Die Lösung für das Universum besteht darin, dass es sich ausdehnt und alles mit einem Urknall beginnt. Das sind EFE oder Gravitation, auch Allgemeine Relativitätstheorie genannt. Es ist eine Art, all dies zu sagen, wenn man sagt, dass die Expansion auf die Allgemeine Relativitätstheorie oder die Gravitation oder den Urknall und den materiellen Energiegehalt des Universums zurückzuführen ist. So ist Gravitation und Materieenergie für die Ausdehnung und ihre Parameter verantwortlich.
Ist die Ausdehnung des Weltraums universell oder lokal?; hindert Materie die Ausdehnung des Raums?
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