slawekp pisze: ↑1 sie 2020, o 09:45
JAk Weinberg pisze że po sekundzie ewolucji wszechświat miał rozmiar 300 tys kilometrów, czy HAwking że "obiekt jest odległy od nas o 13 mld lat świetlnych, więc powstał tuz po Big Bangu", to nie trudno to wywnioskować. Jak kiedys wszystko było w kupie, a teraz po 14 mld lat od chwili BB jest odległe o 14 mld lat świetlnych to nawet na moją głowę to proste.
Ja odpowiedzialności za to co Weinberg i Hawking (w szczególności on) piszą w książkach popularnonaukowych brał nie będę, ale nawet jakby wziąć prędkość recesji jako miarę tempa rozszerzania się Wszechświata, to sam pewnie pamiętasz ze studiów, że wzór droga/czas obowiązywał tylko dla stałej wartości prędkości. Więc podstawianie tych danych do tego wzoru nie ma za dużo sensu, bo pewnie sam widzisz, że prędkość recesji nie jest funkcją stałą
Nie wiem dlaczego zakłada się, że jeżeli teraz czynnik zmiany skali ma wielkość rzędu km/s / Mpc to w chwili Wielkiego Wybuchu cała przestrzeń już była a rozproszyła się tylko materia.
Zacznę od tego co rozumiemy przez "chwilę Wielkiego Wybuchu". W kosmologii termin ten ma dwa znaczenia. Pierwsze to osobliwość początkowa, która (wbrew temu co piszą w książkach popularnonaukowych)
nie ma żadnego fizycznego sensu i oznacza po prostu, że nasz model matematyczny się psuje dla
\(\displaystyle{ t=0}\). Dokładnie tak samo jak funkcja
\(\displaystyle{ f(x)=\frac{1}{x}}\) "nie działa" dla
\(\displaystyle{ x=0}\), dlatego zera się tam nie podstawia. Każda osobliwość jest problematyczna i trzeba się zastanowić dlaczego się pojawia. W przypadku wszystkich osobliwości w OTW najpewniejszym rozwiązaniem problemu jest teoria kwantowej grawitacji. W dwóch najpopularniejszych podejściach (pętlowa grawitacja kwantowa i "teorie" strun) osobliwości nie ma, więc wydaje się że to dobry trop.
Drugie rozumienie, bardziej sensowne - chwila WW to okres gwałtownej ekspansji gęstej, gorącej, jednorodnej "plazmy". Od kiedy liczymy ten okres (tzn. ile mikro/nanosekund od
\(\displaystyle{ t=0}\)) to już kwestia tego jak bardzo pewni jesteśmy naszego modelu kosmologicznego dla danego
\(\displaystyle{ t>0}\). A pewni jesteśmy dla bardzo małego
\(\displaystyle{ t}\), ale nie pamiętam ile to konkretnie wynosiło. Dla mniejszych
\(\displaystyle{ t}\) na pewno istotne będą efekty kwantowej grawitacji.
Kolejna sprawa to co rozumiesz przez "cała przestrzeń już była". Wielki Wybuch (jakkolwiek go nie rozumieć) nie jest praktycznie przez nikogo uważany za początek Wszechświata. Sporo kosmologów pracuje teraz na teoriami kosmologii inflacyjnej, która bada i próbuje opisać to co było przed Wielkim Wybuchem. Ale nie robi tego tylko dlatego, że tak wypada, tylko próbuje wyjaśnić pewne rzeczy, których aktualnie panujący nam model (
\(\displaystyle{ \Lambda}\)CDM), nie wyjaśnia. Tak czy inaczej, cała
czasoprzestrzeń w każdym modelu po prostu jest. Nie da się nie mieć czasoprzestrzeni i mówić o materii, bo materia to pola (funkcje) zadane na czasoprzestrzeni. To jak mówić o funkcji bez jej dziedziny.
Jeśli czytałeś ostatnią książkę Hawkinga, to być może będziesz tym zdziwiony, bo pisze on tam że WW był "początkiem wszystkiego". Pisze to w kontekście pytania "czy bóg istnieje" i jego odpowiedź jest mniej więcej taka, że żaden bóg nie jest konieczny bo nauka wyjaśnia powstanie wszystkiego. To bardzo nieładne zagranie z jego strony. Naciąga fakty pod swoje prywatne opinie o świecie. Ja też jestem ateistą, ale uważam za skrajnie niemoralne wykorzystywanie swojej naukowej pozycji i naciąganie faktów po to tylko by powiedzieć "nauka jest po mojej stronie". Nie jest, nauka się bogami nie zajmuje i w żadnym wypadku nie odpowiada na pytanie o to jak powstał Wszechświat. Nie teraz. Być może nawet nigdy nie odpowie. Jakby jakiś student na egzaminie ustnym u Hawkinga zaczął takie rzeczy gadać to najpewniej by nie zdał.
Skoro przestrzeń puchnie
Myślenie o ekspansji jako o "puchnięciu"/tworzeniu się przestrzeni jest niepoprawne (i chyba nawet już kiedyś o tym pisaliśmy). Przestrzeń i czasoprzestrzeń jest. Po prostu. Nie tworzy się tylko jest i zawiera w sobie całą historię. Ekspansja Wszechświata oznacza bardzo konkretną matematycznie rzecz i w uproszczonym języku mówionym oznacza, że odległość dwóch obserwatorów (wybranych z bardzo konkretnej klasy tychże) rośnie wraz ze wzrostem standardowej współrzędnej czasowej używanej w kosmologii. Opisuje to kosmiczny czynnik skali
\(\displaystyle{ a(t)}\), który naturalnie pojawia w tensorze metrycznym modelu czasoprzestrzeni używanego do opisu Wszechświata w dużej skali:
\(\displaystyle{ g= dt\otimes dt-a(t)^2dR\otimes dR}\).
Przy okazji powiem, że tak jak "czas jest względny", tak przestrzeń też. Bezwzględna jest czasoprzestrzeń, natomiast to co nazywamy przestrzenią zależy od wybranego układu współrzędnych. W kosmologii używa się bardzo konkretnego układu, względem którego cały Wszechświat jest jednorodny i izotropowy (tzw. układ obserwatorów współporuszających się). Ekspansja też jest swoją drogą rzeczą od układu współrzędnych zależną, można się jej pozbyć wybierając jakiś super dziwny układ, ale przez taki wybór nie dałoby się praktycznie nic sensownego powiedzieć o Wszechświecie. Dlatego całą kosmologię uprawia się w tym jednym konkretnym układzie współrzędnych.
No i mam jeszcze istotne pytanie - podobno rozszerzanie przyspiesza. Czy \(\displaystyle{ H}\) rośnie z czasem czy odległością? Stwierdzenie sugeruje że z czasem, więc obiekty bliższe mają większe \(\displaystyle{ H}\) niż te, które obserwujemy daleko, bo obserwacje pochodza z przeszłości odleglejszej niz dla obiektów bliskich.
To, że rozszerzanie przyspiesza oznacza, że
\(\displaystyle{ \ddot{a}>0}\), natomiast parametr Hubble
maleje z czasem i nie jest on funkcją współrzędnych przestrzennych, opisuje on przestrzeń jako całość. Wiem że fakt iż
\(\displaystyle{ H}\) maleje wydaje się dziwne, skoro używamy słowa "przyspieszanie" w odniesieniu do rozszerzania się, ale dlatego właśnie musimy trzymać się matematyki i tego co konkretnie przez te zwroty się rozumie. Wartości i znaki omawianych funkcji i ich pochodnych zależą od gęstości materii, promieniowania i ciemnej energii. Ciemna energia ma tendencję do przyspieszania ekspansji (czyli zwiększa wartość
\(\displaystyle{ \ddot{a}}\)), natomiast materia i promieniowanie powodują zwalnianie (zmniejszają
\(\displaystyle{ \ddot{a}}\)). Na samym "początku" wpływ materii i promieniowania był większy od wpływu ciemnej energii, dlatego zachodziło
\(\displaystyle{ \ddot{a}<0}\) i ekspansja zwalniała. Wraz z ekspansją zmniejszała się gęstość materii/promieniowania, natomiast gęstość ciemnej energii jest cały czas stała. Zatem nastąpił taki moment w którym ciemna energia "wygrała", druga pochodna czynnika skali zmieniła znak na dodatni i ekspansja zaczęła przyspieszać. Nastąpiło to albo około 5 miliardów lat "po WW", albo po prostu 5 miliardów lat temu. Nie pamiętam dokładnie i nie mam w tej chwili gdzie tego sprawdzić
Swoją drogą takie rzeczy wyciągamy z obserwacji badając odstępstwa prawa Hubble'a od liniowości.
Co do samego parametru Hubble'a: wzór na tempo jego zmian można łatwo wyznaczyć. Skoro
\(\displaystyle{ H=\frac{\dot{a}}{a}}\) to
\(\displaystyle{ \dot{H}=\frac{\ddot{a}a-(\dot{a})^2}{a^2}=\frac{\ddot{a}}{a}-H^2}\).
Nie jest to to samo co
\(\displaystyle{ \ddot{a}}\) więc
\(\displaystyle{ H}\) może maleć (tzn
\(\displaystyle{ \dot{H}<0}\)) nawet jeśli rozszerzanie "przyspiesza" (czyli
\(\displaystyle{ \ddot{a}>0}\)). Gdyby rozszerzanie nie przyspieszało, to
\(\displaystyle{ H}\) malałoby do zera, a tak maleje asymptotycznie do pewnej ustalonej wartości
\(\displaystyle{ H \approx 55,7\:km/s/Mpc}\) (wg tego co napisałem tu:
Re: Wielki Wybuch? (Post by AiDi #5537131)).
Jeśli miałbyś pytania o to jak praktycznie przerabiamy dane obserwacyjne na to wszystko to ja niestety w większości przypadków nie mam pojęcia. Nie jestem kosmologiem, a ta tematyka nie wydawała mi się na tyle ciekawa żeby ją zgłębiać. Zresztą nawet niuanse eksperymentalne "mojej" dziedziny (kwantowej teorii pola) są mi nieznane. Taki ze mnie zatwardziały teoretyk.