Kysymys:
Kuinka painovoima voi johtaa Big Crunch -skenaarioon?
Sir Cumference
2016-12-01 03:47:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nykyaikaisen kosmologian mukaan avaruus laajenee aiheuttaen galaksien välillä oikean etäisyyden (mutta ei yhdistävän etäisyyden). Big Crunch -hypoteesissa painovoima pysäyttää ja kääntää maailmankaikkeuden laajenemisen, jolloin kaikki aineet törmäävät ja muodostavat lopulta yhden mustan aukon. Tämä antaa tien muille värähteleville maailmankaikkeuden hypoteeseille, jotka yleensä ehdottavat, että pakatun maailmankaikkeuden olosuhteet olisivat samat kuin Suuren paukun aikana, mikä johtaisi laajenevien ja supistuvien maailmankaikkeuksien kiertoon.

Ohitetaan ongelmia entropian kanssa maailmankaikkeuden palauttamisessa alkuräjähdysolosuhteisiin, miten painovoima voi ensinnäkin aiheuttaa ison murroksen? Erityisesti painovoima (tietoni mukaan) vain käyristää tilaa; ajatus siitä, että se voi palauttaa maailmankaikkeuden Big Bangin olosuhteisiin, näyttää tarkoittavan, että painovoima voi todella supistaa tilaa. Onko tämä tosiasia?

Jos ei, gravitaatioobjektien tulisi liikkua yhdistävän koordinaattijärjestelmän läpi, joten avaruus itsessään ei todellisuudessa supistuisi. Sikäli kuin voin kertoa, meillä olisi kaikki maailmankaikkeuden aine puristettu yhteen avaruuspisteeseen sen sijaan, että avaruus itse supistuisi. Tämän pitäisi olla täysin toisin kuin Big Bang, jolloin avaruus oli paljon vähemmän laajentunut kuin nyt. Jos näin todellakin kuvaa Big Crunch -hypoteesi, olen täysin hämmentynyt siitä, kuinka värähtelevä maailmankaikkeus voisi toimia tällaisessa tilanteessa.

Olenko väärässä vai tekeekö Big Crunch ja oskilloiva universumi. hypoteesit tarkoittavat, että painovoima todella supistaa tilaa (kuten gravitaatiomaisesti houkuttelevien esineiden liitosetäisyydet eivät muutu)? Jos ei, miten painovoima voisi johtaa näihin skenaarioihin?

Ellei sinulla ole aavistustakaan siitä, kuinka laajentuminen pysähtyy, painovoima ei kuitenkaan voi tehdä mitään.
@called2voyage Se ei korjaa sekaannusta. Kuinka iso murskaus voisi olla mahdollista painovoiman vuoksi?
Minäkin tarvitsen lisää selvennystä siihen, huomaten vain, että Big Crunchia ei todennäköisesti tapahdu joka tapauksessa.
Jos kaarevuus on riittävä, niin alkuperä yhdistyy päähän. Ajatuksena oli (en ole varma, että monet ajattelevat, että se kestää nykyään dataa), että alkuräjähdys alkuräjähdyksestä altistui painovoiman hidastumiselle ja lopulta maailmankaikkeus alkaa supistua painovoiman vaikutuksesta.
Tämä ei ole vastaus, mutta maailmankaikkeuden historiassa painovoima on jo hidastanut avaruuden laajentumista. Jopa 5 miljardia vuotta sitten maailmankaikkeutemme hidastui laajentumisessaan painovoiman vuoksi. Vasta sitten siitä tuli riittävän suuri, jotta pimeä energia voisi voittaa painovoiman ja pakottaa laajenemisen kiihtymään. Sitä paitsi, eikö luulisi, että avaruusajan "kaarevuus" merkitsee sen sopimista paikallisesti? 3D-tilaa ei voi käyristää 3D: ssä laajentamatta sitä ja supistamatta toista osaa.
@zephyr Erona on se, vähenevätkö gravitaatiomaisesti houkuttelevien esineiden liitosetäisyydet vai eivät. Tietysti he tekevät, joten ajatus "kaarevan tilan supistumisesta paikallisesti" ei näytä liittyvän avaruuslaajenemiseen ja supistumiseen, josta puhun. : /
Kaksi vastused:
Phiteros
2016-12-01 14:03:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aineksen määrä maailmankaikkeudessa liittyy suoraan avaruuden kaarevuuteen. Voimme tarkastella Friedmannin yhtälöitä nähdäksesi, miten tämä toimii: $$ H (t) ^ 2 = \ frac {R '(t) ^ 2} {R (t) ^ 2} = \ frac {8 \ pi G} {3} (\ rho_ {m} + \ rho_ {r}) + \ frac {1} {3} \ Lambda - \ frac {c ^ 2} {R ^ 2 \ mathscr {R} ^ 2} $$ Tämä on yhtälö mittakaavan määrittämiseksi etäisyyksien löytämiseksi maailmankaikkeudesta milloin tahansa. Tässä $ H $ on Hubble-vakio, $ R $ on asteikkokerroin, $ G $ on gravitaatiovakio, $ \ rho_m $ on aineen tiheys (sekä pimeä aine että bariooni), säteilyn tiheys (fotonit), $ \ Lambda $ on tumman energian aiheuttama kosmologinen vakio, ja $ \ mathscr {R} $ on avaruuden kaarevuussäde.

Seuraavaksi määritämme määrän, jonka kutsu "kriittinen tiheys" ($ \ rho_c $). Tämä on aineen tiheys, jota tarvitaan universumin siirtymiseksi "avoimesta", hyperbolisesta geometriasta "suljettuun" pallomaiseen geometriaan. $ \ rho_c = \ frac {3H ^ 2} {8 \ pi G} $. Luomme arvon $ \ Omega = \ frac {\ rho} {\ rho_c} = \ frac {8 \ pi G \ rho} {3H ^ 2} $ tämän kriittisen tiheyden huomioon ottamiseksi, tehden yhtälömme:

$$ H ^ 2 = \ Omega_m + \ Omega_r + \ Omega_ \ Lambda - \ frac {c ^ 2} {R ^ 2 \ mathscr {R} ^ 2} $$

Lähettäjä täällä syötämme nykypäivän arvomme kaikelle. Määritämme $ R $: n olevan 1 ja $ H $: n $ H_0 $ nykypäivänä. Valitsemme myös laiminlyödä säteilyn tiheyden ja pimeän energian. Yhtälön yksinkertaistaminen hieman antaa meille:

$$ \ frac {c ^ 2} {\ mathscr {R} ^ 2} = H_0 ^ 2 (\ Omega_ {m, 0} - 1) $$

Täältä voimme nähdä, että maailmankaikkeuden kaarevuus riippuu $ \ Omega_ {m, 0} $: sta, joka liittyy suoraan maailmankaikkeuden aineen tiheyteen. Erityisesti $ $ Omega_ {m, 0} \ gt1 $, $ \ mathscr {R} $ ovat positiivisia, mikä tarkoittaa, että tämä on pallomainen, suljettu universumi. Jos $ \ Omega_ {m, 0} \ lt1 $, $ \ mathscr {R} $ on negatiivinen, eli maailmankaikkeus laajenee ikuisesti hyperbolisen kaarevuuden vuoksi. Jos $ \ Omega_ {m, 0} = 1 $, niin $ \ mathscr {R} = \ infty $, joka on tasainen maailmankaikkeus.

Voimme siis nähdä, että riittävän tiheän maailmankaikkeuden ansiosta painovoima käyristää tilaa ja tekee siitä pallomaisen. Voit käyttää Friedmann-yhtälöä myös avaruuden hidastumisparametrin laskemiseen - kuinka nopeasti laajentuminen hidastuu tai nopeutuu:

$$ q_0 = \ frac {\ Omega_ {m, 0}} {2} $$

Täällä voimme nähdä, että positiivisesti kaarevassa maailmankaikkeudessa $ q_0>0 $, mikä tarkoittaa, että maailmankaikkeuden laajeneminen hidastuu. Loppujen lopuksi laajenemisnopeus on negatiivinen ja sitten se alkaa romahtaa itsessään.

Yksi asia, joka on pidettävä mielessä tätä ajatellessa, on se, että painovoimaa voidaan tavallaan pitää 'fiktiivisenä pakottaa'. Painovoima on voima, jonka kohteet tuntevat yrittäessään kulkea suorilla linjoilla kaarevan avaruusajan läpi. Aine on se, mikä on vastuussa aika-ajan kaarevuudesta, joten lisäämällä aineen tiheyttä maailmankaikkeudessa lisäät kaarevuutta ja saatat esineitä haluamaan liikkua lähempänä toisiaan, mikä lisää tiheyttä, mikä lisää kaarevuutta. Sinulla on siis palautesykli, jossa lopulta keräät kaikki aineet yhdessä pisteessä, ja $ \ mathscr {R} = 0 $, joten aika-ajan kaarevuussäde on 0, mikä tarkoittaa, että myös aika-aika on romahtanut.

Näytit, että maailmankaikkeuden kaarevuus riippuu sen massatiheydestä. Voitteko kertoa tarkemmin, miten tämä aiheuttaisi tilaa supistumaan, ellei painovoiman vuoksi? Itse asiassa voin olla hyvin väärässä, mutta kun $ ρ_c <ρ $, eikö painovoiman pitäisi olla tarpeeksi vahva pysäyttämään ja kääntämään laajeneminen?
@SirCumference Luulen sinun oikeutesi, jos maailmankaikkeuden tiheys on suurempi kuin kriittinen tiheys, painovoima lopulta voittaa ja kääntää laajenemisen.
@SirCumference Se on itse asiassa sisäänrakennettu dollariin $ \ Omega $. Koska $ \ Omega = \ frac {\ rho} {\ rho_c} $, kun $ \ rho \ gt \ rho_c $, $ \ Omega \ gt1 $.
@Phiteros, Tiedän tämän. Kysyn, miksi sanoit, että painovoimalla ei ole merkitystä maailmankaikkeuden supistumisessa
@SirCumference Joo, en tiedä miksi sanoin sen näin. Kirjoitin tämän myöhään illalla. Anna minun tarkistaa se.
@SirCumference Lisäsin myös tietoa hidastusparametrista. Auttaako se?
@SirCumference laajensin, miten tämä liittyy painovoimaan, sillä painovoima määritellään voimakohteiksi, jotka tuntevat yrittäessään matkustaa kaarevan avaruusajan läpi. Toivon, että tämä auttaa sinua ymmärtämään sen.
@Phiteros Valitettavasti en seuraa viimeistä osaa. Voitteko näyttää kuinka $ \ mathscr {R} = 0 $?
@SirCumference Koska $ \ Omega_m \ to \ infty $, $ \ frac {c} {\ mathscr {R}} \ to \ infty $, siis $ \ mathscr {R} \ to0 $, koska $ c $ on vakio ja $ \ frac {const} {0} \ - \ infty $.
@Phiteros Joo, jotenkin en tajunnut sitä.
Pahoittelemme, mutta liität hidastumisparametrin $ \ Omega_m $: een, mutta et liitä sitä muihin $ \ Omega $ s: iin. Oletko varma, että tämä ei koske vain tavallisen aineen hallitsemaa universumia?
@SirCumference Kyllä, se riippuu $ \ Omega_r $ ja $ \ Omega_ \ Lambda $, mutta laiminlyöin ne, koska se tekee siitä monimutkaisemman ratkaista, ja tässä puhuimme vain suuresta kriisiskenaariosta.
@Phiteros Eivätkö ne olekaan tärkeitä tekijöitä?
@SirCumference, $ \ Omega_ \ Lambda $ torjuu hidastumisen, joten jos haluamme puhua Big Crunchista, meidän on jätettävä se laiminlyömään. Ja $ \ Omega_r $ on samanlainen kuin $ \ Omega_m $, jossa on joitain eri tekijöitä. Mutta jos haluamme vain puhua siitä, miten iso murskaus tapahtuu, voimme saada kuvan vain $ \ Omega_m $: lla
@Phiteros Vielä yksi kysymys. Sanot sen, koska $ q_0> 0 $, $ \ ddot {R} <0 $ ja $ \ dot {R} $ ovat lopulta negatiivisia. Mutta olemmeko varmoja, että $ \ ddot {R} $ on vakio? Eikö $ \ ddot {R} $ voisi laskea ja lähestyä nollaa, mutta ei saavuttaa sitä? Voimmeko tietää $ \ dddot {R} $ -merkin tai jos $ \ dddot {R} = 0 $ vain tietämällä $ q_0 $?
@SirCumference En tiedä miten $ q_0 $ liittyy dollariin $ \ dddot {R} $. Mutta $ q_0 \ varpropto - \ ddot {R} $, joten jos $ q_0 \ gt 0 $, $ \ ddot {R} $ on oltava alle 0.
@Phiteros Voimme silti varmistaa, että $ \ dot {R} $ on lopulta negatiivinen tietämättä $ \ dddot {R} $?
Niin kauan kuin $ q_0 $ on positiivinen, $ \ dot {R} $ pienenee. Jos $ q_0 $ pysyy vakiona, se tarkoittaa, että $ \ dot {R} $ muuttuu negatiiviseksi.
pela
2016-12-01 20:37:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Lyhyemmillä sanoilla Big Crunch -skenaario tapahtuu, jos maailmankaikkeuden kokonaistiheyden suhde sen laajenemisnopeuteen on riittävän suuri $ ^ \ dagger $.

Kuten ymmärrän kysymyksesi, sinä pohjimmiltaan kysymme: " Miksi riittävän tiheä maailmankaikkeus ei yksinkertaisesti supistuisi kasaan? Miksi sen on vedettävä tilaa itsensä kanssa? "

Ja vastaat periaatteessa siihen kysy itseltäsi: Kyllä, tila on todellakin "sidottu" aineeseen . Tämä on Friedmann-yhtälön ja yleisen suhteellisuusteollisuuden ydin. Tietääkseni tästä ei ole mitään "todistetta" kuin, että se on yksi GR: n perustoista, joka on tähän mennessä osoittautunut erittäin onnistuneeksi teoriaksi. Kohtuullisesti liian tiheillä alueilla (galaksiryhmät) tila laajenee hitaammin kuin alitiheillä alueilla (tyhjät alueet). Hyvin tiheillä alueilla (galaksit, tähdet, kissat jne.) Se ei lainkaan laajene. Ja erittäin ylikuormitetuilla alueilla (mustat aukot) avaruus supistuu. Mustan aukon tapauksessa avaruus supistuu vain paikallisesti, mutta periaatteessa koko maailmankaikkeus voisi tehdä saman. Vain laajentuminen estää tämän ja näyttää pystyvän estämään sen ikuisesti.

Uskomme, että maailmankaikkeus on homogeeninen ja isotrooppinen; jos näin on todellakin, aine ei pystyisi supistumaan pisteeseen maailmankaikkeudessa ja tekemään yhden jättimäisen mustan aukon muuten laajenevassa maailmankaikkeudessa, koska jokainen aineen puoli houkuttelee samanlaista kaikkiin suuntiin. Voisit ehkä kuvitella aineosien supistuvan hyvin suurille, mutta subuniversaalisille asteikoille, jotta saataisiin aikaan monia supersupressiivisia mustia aukkoja, mutta kuten käy ilmi, laajenemisnopeus oli varhaisessa maailmankaikkeudessa yksinkertaisesti liian suuri, jotta tämä tapahtuisi, ja nyt on liian myöhäistä.

$ ^ \ dagger $ Tämä on samanlainen kuin ylöspäin heitetty kallio, joka putoaa takaisin, jos maan ja kiven välisen painovoiman suhde sen nopeuteen, jolla se heitetty on riittävän suuri.

Voit vapaasti käyttää matematiikkaa, olen altistunut Friedmann-yhtälölle ja muille termeille. Joka tapauksessa luulet luulevani, että ehdotan uutta ideaa. Sen sijaan yritän ymmärtää Big Crunch -hypoteesin logiikkaa, joka on melko tunnettu. Mikään löydetyistä kuvauksista ei vastaa ehdotustasi - ja vaikka olen samaa mieltä siitä, että sinun on järkevää, kun $ \ rho_c = \ rho $, puhun maailmankaikkeudesta, jossa $ \ rho_c <\ rho $. Se on tärkeä ajatus Big Crunch -hypoteesista, jonka mukaan maailmankaikkeus lopulta supistuisi. Yritän ymmärtää kuinka supistuminen toimisi.
Et myöskään selvitä, muuttuvatko painovoimalla houkuttelevat kappaleet liukumäillä. Oletan, että kun sanot "liian tiheillä alueilla, avaruussopimukset", tarkoitat, että kaksi houkuttelevaa esinettä ei vähene lähentymisetäisyydellä?
@SirCumference: Ei ei, en usko, että ehdotit uutta teoriaa, luin kysymyksesi "miksi näin ei tapahdu". Ja syy, miksi en käyttänyt matematiikkaa, oli se, että se on periaatteessa annettu Phiteroksen vastauksessa. Joka tapauksessa $ \ rho = \ rho_c $ -universumi ei supistu, vain $ \ rho> \ rho_c $. Ja tämä supistuminen tapahtuu yhdistävissä koordinaateissa. Kohtalainen _paikallinen_ ylikuormitus hidastaa tai pysäyttää supistumisen com. koordinaatit (ryhmät ja galaksit), _ja_ saavat tavaran romahtamaan fyysisissä koordinaateissa, kunnes jokin estää tämän (esim. säteilyn paine tähdessä). Jos ylikuormitus on liian suuri (musta aukko),…
… Mikään ei voi estää romahduksen jatkumista fyysisessä. koordinaatit johtavat romahtamiseen com. koordinaatit, eli singulariteetti. Mutta tämä skenaario eroaa Big Crunchista siinä mielessä, että BH: lle vain BH houkuttelee, joten aine virtaa fysikaalisesti. koordinaatit kohti keskustaa. Maailmankaikkeudelle ei ole keskimmäistä massaa, joten fyysisessä tilassa ei tule liikettä. koordinaatit (lukuun ottamatta tietysti pieniä "erikoisia" velosiitteja).
Todellakin, jos kaikesta aineesta olisi tehty musta aukko, jonka ympärillä on tyhjä tila, se tarkoittaisi, että maailmankaikkeus on kehittänyt keskuksen. Tästä näkökulmasta on otettava huomioon tällaisen skenaarion tietoparadoksi. Jos kaikki aallot taittuvat jälleen toistensa läpi, taajuusmodulaation ja vuorovaikutuksen periaatteiden avulla, se loisi niin paljon monimutkaisuutta, että kyseisen aineen määrän puristaminen aiheuttaisi ajan vääristymän, korkean lämpötilan ja informaation solmun, joka olisi loisi enemmän universumeja kuin alkuperäisessä laajentumistilassaan.


ⓘ
Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...