Was versteht man unter „Raumausdehnung“?

Wenn wir sagen, dass „der Raum zwischen Galaxien sich ausdehnt“, was meinen wir wirklich? Wenn ich mir zum Beispiel den Raum als ein kartesisches Gitter vorstelle, sollte ich dann, wenn sich der Raum ausdehnt, daran denken, dass mehr Gitterpunkte hinzugefügt werden oder dass der Abstand zwischen den Gitterpunkten größer wird? Oder ist dies ein fehlerhaftes Bild der Raumzeit, selbst wenn sie weit von signifikanten Massendichten entfernt ist?

Mir scheint, dass es so sein muss, dass wir „mehr Gitterpunkte hinzufügen“, weil wir sonst die Ausdehnung nicht beobachten würden, da sich alles, was diesen Teil des Gitters einnimmt (z. B. Licht, meine Hand usw.), ebenfalls ausdehnen würde um einen entsprechenden Betrag (andernfalls könnten wir nach einer ausreichenden Expansion Prozesse im subatomaren Maßstab als makroskopisch betrachten). Aber wenn es so ist, dass wir weitere Gitterpunkte hinzufügen, dann erscheint die „Expansion“ des Raums wie eine Fehlbezeichnung: sollte es nicht die „Erschaffung“ des Raums heißen?

Davon abgesehen könnte jeder Fall (Hinzufügen von Gitterpunkten oder Dehnen von Abständen) je nach Art der Raumzeit möglicherweise derselbe Prozess sein (dh wenn es diskret, aber dicht wäre - wie die Rationals - und nicht entweder streng diskret (Integers) oder streng kontinuierlich (Reale) ... Ich hoffe, dass die Analogie Sinn macht).

Was passiert also wirklich im intergalaktischen Raum? Welchen Sinn hat seine Erweiterung? Entspricht es der Schaffung von mehr Raum, der Erweiterung des bereits vorhandenen Raums oder etwas Subtilerem?

Obwohl es kein exaktes Duplikat ist, meine Antwort auf Expandiert die Zeit mit dem Raum? enthält eine Beschreibung dessen, was wir unter Raumausdehnung verstehen.
Es klingt so, als ob die Bedeutung der Raumausdehnung darin besteht, dass unsere Messlatten zu späteren Zeiten größere Abstände zwischen Punkten im Raum finden (was natürlich nur eine Quantifizierung der Aussage "Raum dehnt sich aus"). Das ist eine ziemlich unbefriedigende Antwort. Aber ist das wirklich die beste Erklärung, die die Theorie hat: Raum dehnt sich aus, bedeutet, dass der Abstand zwischen zwei Punkten mit der Zeit zunimmt? Sicherlich gibt es einen tieferen Einblick in das, was die Theorie darüber zu sagen hat, wie sich der Raum selbst ändert, wenn es so ist, dass unsere Messlatten zu größeren Zeiten größere Entfernungen finden.
Ich kann Ihren Punkt verstehen (was ich denke). Das Problem ist, dass die tiefere Einsicht, nach der Sie sich anstrengen, sehr tief ist. Das Verhalten der Raumzeit ist mit einer grundlegenden Symmetrie verbunden, die als allgemeine Kovarianz bezeichnet wird . Die Raumzeit dehnt sich aus, weil sie es tun muss, um diese Symmetrie zu respektieren.

Antworten (1)

Ich könnte diese Antwort damit beginnen, dass der Raum nicht wirklich das Ding ist, das sich ausdehnt; dass es der Skalierungsfaktor der Metrik ist, der größer wird. Aber ich werde es nicht tun, weil das nur eine überkomplizierte Art ist zu sagen, dass sich der Weltraum ausdehnt. Aber um Ihre Frage zu beantworten, die richtigste Art, darüber nachzudenken, wäre, dass die Gitterpunkte weiter auseinander gehen. Es ist nicht so, dass wir weitere Gitterpunkte hinzufügen.

Sie haben Recht, dass die „Dehnung“ des Raums für alle Dinge gelten würde. Wir wissen zum Beispiel, dass, wenn Licht durch den Raum reist, die Ausdehnung dazu führt, dass sich seine Wellenlänge entsprechend ausdehnt. Der Grund, warum wir uns nicht damit ausdehnen, ist, dass wir Kräfte haben, die uns zusammenhalten. Der Raum zwischen unseren Atomen dehnt sich nicht aus, weil die elektromagnetische Kraft stärker ist und unsere Atome relativ am selben Ort hält. In ähnlicher Weise hält die Schwerkraft der Sonne die Erde trotz der Ausdehnung auf ihrer Umlaufbahn. Tatsächlich ist die Schwerkraft für alle Objekte innerhalb unseres lokalen Clusters stark genug, um dem Effekt der Trennung der Gitterpunkte entgegenzuwirken.

TLDR: Die Erweiterung des Raums gleicht eher dem „Ausdehnen“ als dem Hinzufügen von neuem Raum

Wenn eine Kraft zwei Objekte zusammenhält, obwohl sich der Raum unter ihnen ausdehnt, würde dies bedeuten, dass sich die Objekte auf einer Art Tretmühle befinden. Das heißt, die Objekte bewegen sich aufeinander zu, scheinen aber in der gleichen Entfernung zu sein, da sich der Raum zwischen ihnen selbst ausdehnt. Wenn das der Fall ist, wird von der Kraft Arbeit verrichtet, und die Objekte sollten potentielle Energie verlieren, nicht wahr?
@SujoyGupta Sie könnten diesen Standpunkt einnehmen, aber denken Sie daran, dass, wenn die Arbeit von der Kraft geleistet wird, die sie hält, auch die Arbeit von der Erweiterung geleistet wird, um sie im Wesentlichen am selben Ort zu halten. Der Nettoeffekt hebt sich auf und es bleibt die Tatsache, dass es keine Nettoänderung der potentiellen Energie gibt, da sich die Objekte nicht nähern oder voneinander entfernen
Hier ist also der Haken: Wenn dies der Fall ist, sollte die Expansion des Weltraums dann nicht nach sehr langer Zeit bedeuten, dass Vakuumprozesse, die früher auf sehr kleinen Längenskalen stattfanden, jetzt makroskopisch beobachtbar wären? Da Vakuumfluktuationen durch die Felder gesteuert werden, die Funktionen des Raums sind, hindert das, was die Entfernungen, über die (zum Beispiel) paarweise erzeugte Teilchen existieren können, auch daran, sich auszudehnen (mit anderen Worten, den Wert von zu erhöhen). ℏ )? Ist es einfach so, dass expansionistische Theorien an dieser Grenze scheitern, oder vermisse ich etwas Subtilität?
Wenn sich der Raum ausdehnt, dann dehnen sich auch unsere Maßstäbe mit dem Raum aus. Würde das nicht bedeuten, dass sich auch die Gesetze der Physik "strecken", und wir daher eigentlich keinen Unterschied bemerken würden? Ich denke, es ist genauer zu sagen, dass Leerzeichen hinzugefügt werden, dh - mit den Worten des OP - Gitterpunkte hinzugefügt werden.
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