В многочисленных популярных статейках, статьях, обзорах и даже книгах о Вселенной употребляется разная изначальная терминология о «расширении Вселенной»:
Расширение пространства. Скорость расширения пр-ва или Вселенной. Темп расширения.
«Ускорение замедления Вселенной». Ускорение Вселенной. Ускорение расширения Вселенной. И т.д…
Причем, если не считать просто бульварные СМИ, авторы других (особенно авторитетные) сами понимают, о чем говорят. Но разноголосица путает читателей, и у каждого создаются свои разные ассоциации. А значит у многих - неправильные.
Я попытаюсь прояснить картину.
Из-за конечности скорости света мы видим древние изображения галактик и чем дальше, тем древнее:
Рис. 1
Но измерения плюс ОТО дают нам возможность окинуть нашу Метагалактику(М)
мгновенным взглядом и оценить расположение, расстояния и скорости современных галактик. Поэтому мы можем говорить о реальной динамике М. В ОТО это делается в сопутствующей системе координат. Разрежем Вселенную плоскостью с координатной сеткой. Т.к. сейчас Вселенная считается плоской , мы получим наглядное 2-мерное изображение современной Вселенной. Мебиуса отбросим (другого не нашел).
Рис. 2
Галактики (точки) и скопления Галактик однородно разбросаны и как бы
приклеены в координатной сетке. Теперь начнем увеличивать масштаб этой сетки с о временем, как бы растягивая ее со всех сторон.
Расстояния между приклеенными галактиками будет также растягиваться со временем, причем пропорционально для всех галактик. В результате Галактики удаляются друг от друга. Это можно назвать расширением пр-ва, расширением Вселенной. Причем, растягиваться пр-во может с разной скоростью и по разным законам.
Коэффициент пропорциональности масштабов во времени, так же будет меняться. Он называется масштабным фактором. Возьмем видимую часть вселенной – нашу М. Мы в центре круга. Это будет круг (примерно под Мёбиусом). Радиус М обозначим
Ro. Очевидно, что этот круг, (раз он сейчас растет), ранее был меньше ( по ОТО),
причем строго с теми же самыми галактиками (не путать с горизонтом). Обозначим этот изменяющийся радиус -
R(t). Тогда масштабный фактор выражается как:
a(t)= R/Ro (1)
Он полностью отражает кинематику нашей М.
Он одинаков для любой галактики за один и тот же промежуток времени. (Равные to и t) .
Он отражает – насколько было сжато пр-во в момент времени t.
Для может определен для конкретного времени (для конкретной галактики) путем измерения красного смещения
Z по известному соотношению (ОТО):
a(tизл.)=(1+Z)-1 (2)
(Так во времена образования Реликтового Излучения наша современная М была меньше ~1100 раз.)
Его функциональный вид определяется только начальными условиями и плотностью различных видов энергии во Вселенной. Это означает, что в разные эпохи Вселенной он может быть разным. Т.е. галактики могут двигаться равномерно, ускорено и замедленно в разные эпохи. Динамика Вселенной определяется второй производной от масштабного фактора.
ОТО определяет эти зависимости масштабного фактора от времени:
Рис. 3
Так как по оси ординат отложена относительная величина
a(t) графики показывают относительное изменение расстояний для любой галактики (пекулярные скорости не учитываются)
4 графика отражают разные модели эволюции Вселенной. Но все они характерны тем, что первые миллиарды лет галактики замедляли свое движение. (
причем с одинаковой 2-ой производной - для каждой модели -своей).Нижняя кривая это модель Фридмана замкнутой Вселенной. Галактики со временем останавливаются и (как брошенный вверх камень начинают обратное движение). Пр-во сжимается вплоть до коллапса. 2-й и 3-й график для плоской и открытой Вселенной Фридмана.
А вот 4-й график снизу это современная модель нашей Вселенной с Темной Энергией. Ему всего примерно 10 лет(после открытия ТЭ). Он показывает, что первые 6-7млрд. лет галактики замедляли свое движение, далее вышли на равномерное, а затем ускоренное движение.
Это одномерный график с ускорением, а внизу на рис. 4 - 2-мерный как бы нашего круга из рис (2), только он вертикальный разрез данного рис. Показана его история с момента инфляции до наших дней.
рис. 4
И, наконец, верхний график экспотенциального ускорения расширения Вселенной(рис. 3), где H(t) = Const. Нвш круг это горизонтальное сечение и его изменение за историю Вселенной от БВ до наших дней и далее При этом ускорение возрастет до бесконечности и разорвет все вплоть до атома.
Вдвумерном виде Вы можете видеть на рис.5:
рис.5
Помимо
a(t), ОТО вводит параметр:
H(t)=a’/a (З)
Именно этот параметр (Хаббла) определяет темп расширения Вселенной. Он показывает, какова скорость конца любого Мегапарсека в данный момент времени. Чем больше этот параметр тем больше скорость одной и той же галактикигалактики в разные эпохи.
В современную эпоху любой в Метагалактике мегапарсек увеличивает свою длину на ~70км за секунду. Т.е галактика на расстоянии 10Мпк движется со скоростью ~ 700км/сек.
Т.е. справедлив Закон Хаббла вытекающий из ур-я (3)
V = Ho *R где Но постоянная Хаббла для нашего времени.
Но – неудачно названа постоянной. Она «обратна» времени. В данную эпоху медленно убывает и стремится уже к действительно Const.
Казалось бы можно говорить о скорости галактик, как о мере темпов расширения. Но они разные у разных галактик. Какую выбрать? 2-я производная масштабного фактора характеризует расширение пр-ва. Но при замедлении расширения прозвучит фраза – темп расширения отрицательный. Не вяжется. Выбор Но, по-видимому обусловлен тем, что он измеряем в числовых значениях и входит в простой закон Хаббла. (А также почти во все теоретические и прикладные ур-я.
Закон Хаббла и параметр Хаббла не самые тривиальные понятия и требуют определенного осмысления. Так, ранее темп расширения был заметно выше, галактики в результае имели скорость больше , но замедляли движение. Вот такой как бы парадокс.
Но я уже давно исчерпал все разумные лимиты одного сообщения.
