Ekspansja kosmiczna w kategoriach laika

Do tej pory zrozumiałem, że ekspansji przestrzeni nie należy rozumieć jako gwiazd dryfujących dalej w przestrzeni. Jest coś bardziej fundamentalnego - np. Nie można po prostu zmierzyć jego prędkości, ani powiedzieć, gdzie jest środek wszechświata (środek ekspansji). Cóż, niektórzy sprytni ludzie sprawili, że poznałem odpowiedź „Proste, oczywiste, zadbane i złe” na „Nie mam pojęcia, co to jest”.

Czy istnieje zasób / metoda, która pozwoliłaby laikowi zrozumieć, jak myśleć o zakłóceniach przestrzeni, takich jak jej ekspansja; wizualizować i rozumieć pojęcie poprawnie i bez błędnych uproszczeń; rozumiesz to, zanim spróbujesz zagłębić się w podstawowe szczegóły fizyki?

Zasadniczo, jeśli dwie cząstki zostaną umieszczone bez innych interakcji między nimi , odległość między nimi wzrośnie.

Wyobraź sobie życie na powierzchni dmuchanego balonu. Twój rozmiar pozostaje stały, ponieważ jesteś mniej lub bardziej sztywny, ale przedmioty, które nie są do ciebie przymocowane, odejdą dalej. Twoja linijka, kolejne sztywne ciało, pozostaje w stałym rozmiarze (chociaż może się zgiąć, aby dostosować się do nowej krzywizny - to nie jest tak ważne). Ale dwóch władców (którzy nie są ze sobą związani) oddalają się.

... także, jeśli wszystko, w tym wszystkie nasze urządzenia pomiarowe, rozwija się z tą samą prędkością, jak możemy określić fakt, że się rozwija? :RE

Na początku wydaje się to prawdą, jednak grają tutaj inne siły. Nasze urządzenia pomiarowe są utrzymywane razem przez oddziaływania elektromagnetyczne, a ich siła się nie zmieni. Urządzenie pomiarowe utrzyma się razem.

Wyobraź sobie dwa odległe atomy. Kiedy przestrzeń się rozszerza, odległość między dwoma atomami wzrasta. Jednak rozmiar ¹ atomu nie zmienia się - jest to określane przez równowagę elektrostatyczną (i względy mechaniki kwantowej) i pozostaje to niezmienione. Nawet jeśli atom zostanie rozciągnięty, odbije się.

To skaluje się do urządzeń pomiarowych, aby nie ulegały zniekształceniu. Rzeczywiście, ekspansja przestrzeni ma sens tylko wtedy, gdy spojrzysz na galaktyki - są one dość daleko (gdy nie są w tej samej supergromadzie) i nie mają żadnych interakcji utrzymujących odległość równowagi między nimi.

^{1. Jakikolwiek najbliższy analog „mierzymy” atomy; np. obszar zawierający 99% gęstości ładunku; lub n-ty promień Bohra.}

Dobrą analogią, która pokazuje, że ekspansja nie ma środka, jest arkusz 2D pokryty jednolitymi kropkami - reprezentującymi galaktyki, w których ta w środku to my:

Gdy wszechświat rozszerza się, kropki (galaktyki) oddalają się od siebie:

Teraz, jeśli nałożysz na siebie przyszłość i przedstawisz obrazy w linii centralnej galaktyki (nas), zobaczysz, że wszystkie inne galaktyki wydają się oddalać od nas i im dalej są oddalane, tym szybciej wydają się cofać:

Jeśli jednak ustawisz linię na jakiejkolwiek innej galaktyce na obrazie, zobaczysz, że wszystkie inne galaktyki wydają się oddalać od nich:

Ponieważ żadne dwa punkty nie mogą być centrum wszechświata, możemy jedynie stwierdzić, że nie ma centrum wszechświata.

Źródło obrazu