Wenn sich das Universum ausdehnt, wird die Anziehungskraft schließlich auf Null gehen?

Die Berechnung des Hubble-Parameters beschreibe ich in Wie ändert sich der Hubble-Parameter mit dem Alter des Universums? . Sie sollten sich dies schnell durchlesen, da es für den Rest Ihrer Frage relevant ist.

Wir wissen, dass sich das Universum ausdehnt. Wir beschreiben seine Größe durch einen Parameter namens Skalierungsfaktor,$a$. Die Expansionsrate ist die Änderungsrate von$a$mit der Zeit, die wir als schreiben$\dot{a}$.

Unsere alltägliche Erfahrung mit der Schwerkraft ist, dass sie Dinge beschleunigt, dh beschleunigt oder verlangsamt. Wenn Sie einen Ball fallen lassen, beschleunigt die Schwerkraft ihn nach unten, und wenn Sie den Ball nach oben werfen, verlangsamt ihn die Schwerkraft. Im Kontext eines expandierenden Universums ist die entsprechende Größe die Änderungsrate von$\dot{a}$mit der Zeit, die wir als schreiben$\ddot{a}$. Wenn$\ddot{a} \lt 0$das bedeutet, dass sich die Expansionsrate verlangsamt, während if$\ddot{a} \gt 0$das heißt, die Expansionsrate beschleunigt sich. Wenn Sie also fragen, ob die Gravitation jemals Null sein wird, dann verstehe ich das so$\ddot{a} = 0$dh die Expansion des Universums wird weder verlangsamt noch beschleunigt.

Die Gleichung für$\ddot{a}$kommt aus den Friedmann-Gleichungen . Für ein flaches Universum wie unseres und unter der Annahme, dass der Druck Null ist,$\ddot{a}$wird gegeben von:

Wo$\rho$ist die Dichte des Materials im Universum und$\Lambda$ist die kosmologische Konstante, dh die dunkle Energie. Beachten Sie, dass die Dichte$\rho$nimmt mit der Zeit ab, wenn sich das Universum ausdehnt, weil die gleiche Menge an Materie ein größeres Raumvolumen einnimmt. Allerdings die kosmologische Konstante$\Lambda$ändert sich nicht mit der Zeit.

Also gibt es eine Zeit, wann$\ddot{a} = 0$? Wenn wir Gleichung (1) nehmen und setzen$\ddot{a} = 0$wir bekommen:

oder Umordnen gibt uns:

und dieser Wert von$\rho$geschah vor etwa 5 Milliarden Jahren an dem Punkt, an dem sich die Expansionsrate von einer Verlangsamung zu einer Beschleunigung änderte. Dies ist der Wendepunkt im Graphen von$a$gegen Zeit:

Es gab also vor etwa 5 Milliarden Jahren einen Moment, in dem die Nettogravitation im Universum praktisch Null war. Dieser Moment wird nie wieder kommen, weil dunkle Energie jetzt die Expansion beschleunigt.

Aber wenn das der Fall ist, dann würde alles technisch an allem ziehen, oder?

Nein. Ein Gravitationsfeld ist ein Ort, an dem der Raum „weder homogen noch isotrop“ ist . Sie können sehen, wie Einstein hier darüber spricht . Und die FLRW-Metrik "beginnt mit der Annahme von Homogenität und Isotropie des Raums" . Ich bin zuversichtlich, dass dies richtig ist, weil sich das Universum nicht zusammengezogen hat, als es klein und dicht war. Wenn es so wäre, wären wir nicht hier. Ein Gravitationsfeld ist also ein Ort, an dem der Raum inhomogen ist, aber im großen Universum ist der Raum homogen, also gibt es im großen Maßstab, wenn es um das Universum geht, kein allgemeines Gravitationsfeld. So zieht nicht alles an allem anderen. Stattdessen ziehen Energiekonzentrationen in Form von Materie an anderenEnergiekonzentrationen in Form von Materie, und das ist nicht alles.

Aber wenn sich das Universum ständig ausdehnt, aber keine Masse erzeugt oder zerstört werden kann, es sei denn, es handelt sich um oder um Energie, dann zieht sich alles aneinander, aber mit der Zeit würde es immer schwächer werden. Meine Frage ist also, kann es jemals einen Zeitpunkt erreichen, an dem die Gravitation Null erreicht?

Analysiert nicht! Die Gravitation war null, als das Universum klein und dicht war, und sie ist jetzt null. Ein Gravitationsfeld ist ein Ort, an dem der Raum inhomogen ist und infolgedessen die Bewegung von Licht und Materie nach unten fällt. Aber es ist kein Ort, an dem "der Weltraum herunterfällt". Das Universum ist kein Ort, der sich aufgrund der Schwerkraft zusammenzieht, und war es nie. Die Expansion des Universums hat viel mit der Allgemeinen Relativitätstheorie zu tun, aber nicht mit der Schwerkraft. Warum stellst du nicht eine weitere Frage zur Expansion des Universums?

Oder wenn Masse durch die Expansion des Universums geschaffen werden kann, bedeutet das dann, dass es keine Änderung der Gravitation gibt, da es sich ausdehnt?

Ja. Im Großen ist der Raum homogen, während ein Gravitationsfeld ein Ort ist, an dem der Raum inhomogen ist. Wenn es also um das Universum geht, gibt es im großen Maßstab kein allgemeines Gravitationsfeld. Es gibt keine Änderung von Null.