«Реальный радиус» нашей Метагалактики (М).
Тема не содержит конкретных вопросов. Она – результат личной проработки различных современных источников, которые крайне скупо освещают этот вопрос. Она получилась длинной (увы), конечно, субъективной, и, надеюсь, сама вызовет вопросы, замечания, уточнения, которым я буду рад.(читать желательно терпеливо, особенно тем, кто хочет иметь правильную картину Вселенной
)
Тема возникла, в основном, по двум причинам:
Во-первых, она не теряет актуальности для нашего форума (и всех других) в течении долгого времени.
Вопрос не тривиален и по трудности понимания сравним, например, с парадоксом близнецов в СТО.
Во-вторых, теории развиваются, меняются взгляды, подходы, факты и цифры.
На данный момент «физический» радиус нашей М. оценивается ~ 47-49млр.с.л. И это кажется несопоставимым с возрастом Вселенной и, соответственно, радиусом сферы Хаббла ~ 13,7млр.с.л.
Разберемся.
По определению,
радиус М. – это «физическое» расстояние до самых удаленных объектов, от которых мы, так или иначе, получаем информацию.
Тождественно – это расстояние, которое проходит свет ( лучше гравитационная волна (ГВ), она не рассеивается в плотной среде), стартовавший в момент t = 0 от БВ, до . момента t.
Мы в начале координат. С момента своего старта ГВ, удаляясь от нас, в каждой точке пр-ва как бы «подхватывается» пр-вом и к своей скорости С добавляет(!) скорость этой точки пр-ва, удаляющейся от нас в соответствии с законом Хаббла -
V=H(t) * R. В итоге результирующая скорость ГВ, удаляющейся от нас, будет больше С. Еще раз уточняю – пролетая мимо, скажем, звезды, ГВ движется относительно нее со скоростью С, а относительно нас ее скорость в этот момент
> C . Лоренц в этом случае не работает на космологических расстояниях, пр-во Минковского постулируется только в локальной области наблюдателя.
Это, в сущности
point сопутствующей системы координат, в которой решаются ур-я ОТО в применении ко Вселенной. В ней рассматривается пр-во множества неподвижных пылинок с неизменными координатами, как бы вмороженные в пр-во (каждая пылинка – это скопление галактик) и движение фотонов между ними. И применяется нестационарная метрика – увеличение масштабного фактора со временем – расширение пр-ва. Все расстояния увеличиваются пропорционально. Время для каждой пылинки отсчитывается с момента БВ и одинаково для всех пылинок в силу постулата однородности и изотропности Вселенной и возможности каждому наблюдателю его померить. Например, измеряя Н(t) или плотность М, которая уменьшается со временем по известному каждому набдюдателю закону.
Мы рассматриваем современную модель
/\DCM - плоскую, бесконечную и c относительной плотностью вещества и темной материи – 0,24 и ТЭ - 0,76. Надо сказать, что затрагивать многочисленные другие модели с разной геометрией и плотностями – это лишняя головная боль и может только запутать. Просто, надо держать в скобках, что есть тонкости и нет ничего монументально-окончательного. Могут быть варианты.
Расстояние, которое проходит наша ГВ с момента t = 0 (БВ), в итоге, зависит от изменяющегося масштабного фактора -
a(t) - и вычисляется (решение ур-й ОТО) по простой формуле
Rгор. ~ b*С*t где t - возраст Вселенной
b > 1 – постоянная в пределах одного временного периода
Вселенной, но меняется при переходе к следующему периоду, т.к меняется вид функции a(t)
Первые ~ 100000 лет -
a(t) ~ t (1/2) Н(t)~1/2t Rгор. = 2*C*t замедление Вселенной
Далее плавно переходит -
a(t) ~ t (2/3) H(t)~2/3t Rгор. = 3*C*t замедление, но слабее
6-7 млр.лет переходит к -
a(t)~exp[(/\/3)
(1/2)*t ]
H~const. Rгор. ~ 3,6*C*t слабое ускорение
/\ -космол. пост
Для каждого момента времени - свой горизонт, своя Метагалактика, которая значительно меньше нашей М по массе и размером, но этот горизонт расширяется и, в итоге догоняет край нашей М.
Считаем -
Rгор. = 3.6*С*to = ~ 49млр.с.л. - это и есть горизонт видимости, реальный размер нашей современной М.
Для полноты рассмотрим кратко картину расширения М.
Если присоединить к ТБВ теорию инфляции, то через
10 - 36 сек. после БВ возникла материя во всей Вселенной. Наша М. была размером с жемчужину ~
1см(!), (т.е. вся современная масса ЭЧ нашей М. уложилась в
1см3), и составляла ничтожную часть от Вселенной.
М. в этот момент уже быстро расширялась (вместе со Вселенной). Ее поверхность удалялась от нас (мы в центре) со скоростью больше
1022 *C ! Красота!.(Не надо стеснятся говорить о больших и малых сверхсветовых скоростях. Так быстро расширяется пр-во вместе с материей. Сама материя по пр-ву движется со ск.< C ( например пекулярные скорости, которые в начале были близки к С или «пекулярная скорость фотона =С). Расширение пр-ва в СТО не предусмотрено. Поэтому только в ОТО имеем физические ск. > C и только в расширяющемся пр-ве.).
Именно в этот момент – момент возникновения массы - каждая точка М. образовала реликтовые ГВ, которые стали распространятся во все стороны. И от нашей точки пошла ГВ к поверхности М. И эти
5мм. она летела
13,7млр. лет(!!!)со скоростью с начала
2*С, затем
3*С, затем
3,6*С. но постепенно по очереди догоняя галактики, которые в начале (их центры) имели жуткие скорости, но. они сравнительно быстро замедлялись .
За первую секунду после БВ - ГВ прошла 2 св.секунды, а размер нашей М увеличился в
1018 раз и достиг
1 св.год.. Край М удаляется со скоростью ~
10000C Через 380000 лет ГВ прошла
3*С*t ~
1млн.с.л. А размер М был ~
40млн.с.л. В это время М. стала прозрачной, Возникло РИ, присоединилось к ГВ и они вместе стали догонять край нашей М. Сам край М тоже в это время излучил РИ, которое пошло и к нам. Источники РИ на краю М. улетали от нас со скоростью ~
40-50*C , которая продолжала падать, но была еще высока. Край нашей М находился на расстоянии ~
40млн.с.л.. А ГВ пролетели только ~
1млн.с.л - это радиус Метагалактики для наблюдателя тех времен.
(Кстати, это показательный момент.
1млн.с.л и 40млн.с.л - говорит о том, что, примерно, 60000 областей пространства нашей М. к тому моменту были причинно не связаны (не общались с друг другом). Но уже были однородны по плотности и температуре с точностью
1/100000. Это показывает современная карта РИ. Объяснение дает теория инфляции).
Через
6-7 млр. лет скорость края М стала менее
2С , а скорость ГВ больше
3С и она уже стала приближаться к краю. (Ранее, как можно видеть из написанного, фронт ГВ летел в направлении края М, но удалялся от него.) В этот период начала сказываться «расталкивающая», антигравитационная Темная Энергия. Но наша ГВ тоже набирала скорость до
3,6С и догоняла край М.
В итоге только к настоящему моменту ГВ достигла края М., который успел улететь на ~
49млр.с.л. от нас! Т.е. за
13,7млр.л. свет догоняет галактики, которые удалились на
49млр.св.л. А стартовали центры этих галактик с расстояния
5мм. от нас, т.е масштабный фактор вырос в
~ 1029. Z = 1029 . За это время из первоначального газа ЭЧ - и у нас и на краю М успели образоваться различного вида галактики, а кое где жизнь.
Мы равнозначно принимаем такие же ГВ от этих далеких галактик, невидимых пока в диапазонах ЭМИ. (Но видимых с помощью пока гипотетических приемников реликтовых ГВ). То есть мы получаем информацию с расстояния ~
49млр.с.л., а дальше пока не видим. Это есть Горизонт частиц – «реальный» размер нашей М!
Реликтовое излучение тоже приходит с этого расстояния – чуть меньше
49млр.с.л… Т.е. в диапазоне ЭМИ мы видим чуть меньше, чем с ГВ.
Не уверен, что достаточно ясно все объяснил, поэтому попробую немного с другой. Источники РИ в момент старта РИ находились от нас на расстоянии ~
49 млн.с.л. (просто
49млр.с.л./(Z+1)). Во время полета РИ к нам пр-во расширялось и перед фронтом волны, так и за фронтом, т.е. как бы добавлялись новые точки пр-ва. Волне РИ пришлось преодолевать не только 50млн.с.л., но и добавочное пр-во между нами и собой. И за
13.7млр.л. этого добавочного пр-ва набралось аж
~13,699млр.с.л.
, что в сумме дало нужные
13,7.
Но за фронтом волны пр-во тоже расширялось и дало добавку
35.3млр.с.л. Обе добавки пр-ва отодвинули источники РИ на
49млр.с.л. Т.е. свет вместо
50млн.с.л. прошел 13,7млр.с.л. а источники РИ за это время отодвинуты пр-вом намного дальше до
49млр.с.л.Тоже самое имеем с любой галактикой. Только, чем ближе галактика, тем меньше добавочного пр-ва проходит ее изображение, и меньше отдвигается сама галактика из-за расширения пр-ва.
Так от галактики с
Z=1 свет идет ~ 8млр.л, а физическое расстояние до нее оказывается
11млр.с.л. А стартовал свет, когда между нами и галактикой было
5,5млр.с.л.
Для
Z<0,1 расстояния почти сливаются. От галактики на расстоянии, скажем
1млр.с.л. свет идет тот же
1млр.л (разница укладывается в ошибку).
См. далее.
