Przestrzeń, rozszerzanie się, oddalanie się - to wszystko pojęcia opisujące wymagające zdefiniowania i oznaczają one, czasem coś zupełnie intuicyjnie innego niż nasze dobre intuicyjne euklidesowskie 3d+t. Często tłumaczy się to wszechświatem z balonika.
Założenia: Niech nasza przestrzeń będzie balonikiem o jednoatomowej grubości ścianki jakiegoś fikcyjnego pierwiastka (punktu materii). Nasza przestrzeń ma określoną stałą masę. Odległości w naszej przestrzeni mierzy się po powierzchni naszego balonika. Nie można mierzyć na przełaj, bo to nie jest nasza przestrzeń więc w niej nie operujemy jej nie ma.
Przy takich założeniach i normalnej metryce - rozszerzanie tej przestrzeni to zatem zwiększanie powierzchni naszego balonika (nadmuchiwanie). Wówczas odległości pomiędzy punktami materii go tworzącymi wzrastają. W tym modelu średnie odległości pomiędzy punktami materii na pewno wzrastają wraz z powiększeniem przestrzeni. I wynika to z jej właściwości.
Dla tego modelu, jeżeli jesteśmy obserwatorem (jednym z punktów materii) możemy zaobserwować, że inne punkty się od ciebie oddalają. Jeżeli w tej balonikowej przestrzeni materia jest rozłożona równomiernie to mamy ekspansję przestrzeni. Jeżeli rozkład masy nie jest równomierny to, aby stwierdzić, że przestrzeń się rozszerza należy zaobserwować zwiększenie średniej odległości pomiędzy punktami materii dla całej ich masy.
Możemy skomplikować model dalej.
Załóżmy że: z przyczyn własności fizykochemicznych budulca naszego balonikowego świata lub praw fizyki w nim funkcjonujących możemy obserwować tylko pewną maksymalną skończoną odległość (nasz radar ma ograniczony zasięg).
Wówczas nie mając pewności co do rozłożenia masy w naszej balonikowej przestrzeni na podstawie odczytów takiego radaru będziemy mogli tylko stwierdzić lokalne rozrzedzenie materii bez możliwości wnioskowania o rozszerzaniu przestrzeni na podstawie takich obserwacji.
Zatem co to oznacza, że przestrzeń się rozszerza i jak to stwierdzić - zależy od przyjętego modelu.
A co do mylenia efektu i przyczyny - wróćmy do balonika.
Założenia: Dla ułatwienia rozważmy przypadek wszechświata będącego balonikiem o równomiernym rozkładzie punktów materii. Na skutek jakiegoś zjawiska wynikającego z wzajemnych oddziaływań punktów materii wzrosła ich temperatura - czyli zaczęły oscylować.
Spowodowało to wzajemne odpychanie się punktów - nastąpiło rozszerzenie przestrzeni - balonik się powiększył.
A teraz inny przypadek - po prostu nadmuchujemy balonik. Efekt ten sam ale nie ma oscylacji.
Założone przez nas prawa fizykochemiczne dotyczące materii nie tłumaczą zjawiska. To rozszerzenie przestrzeni spowodowało wzrost odległości pomiędzy punktami. Tu nasz model jest bezradny - bo owo nadmuchanie nastąpiło niejako jako efekt innego wymiaru, którego nasza przestrzeń nie obejmuje. Taka obserwacja obala przyjęty model, gdyż dane obserwacyjne nie zgadzają się z założeniami i prawami ujętymi w modelu.
I tak możemy wrócić do prawdziwej przestrzeni. Co pokazałem na wariantach modelu balonika trzeba mieć dobry pomysł na przestrzeń i mieć niezłe pojęcie o występującej w nim materii i prawach jej dotyczących. A tu mamy problem - nie ma zunifikowanej kwantowej teorii grawitacji. Oba te wielkie konstrukty matematyczne mają ograniczenia jedno nieźle działa w mikroskali drugie w makroskali. Dodatkowo pojawiają się wyniki doświadczalne i obserwacyjne będące zagadką dla obu tych podejść a nawet czasem z nimi sprzeczne. W ostatniej dwu dekadach diametralnie zmieniła się nasza wiedza obserwacyjne dotycząca rozkładu masy w naszej przestrzeni i zmian odległości pomiędzy obserwowalnymi z naszej perspektywy punktami.
I się zaczyna kombinowanie - jaka przyjąć przestrzeń skończoną czy nieskończoną. Jaką geometrię - sposób mierzenia odległości. Jakie cechy materii włączyć do założeń do modelu - czy w ogóle je włączać czy mają się okazać wynikiem tegoż modelu.
I wychodzą różne rzeczy. W teorii Wielkiego Wybuchu mamy punkt zerowy w którym niejako nie ma czasu i dopiero po wybuchu wraz z materią i grawitacją mamy czas. Ale są teorie w której wszechświat nie ma początku ani końca -trwa, w innych oscyluje czyli rozszerza się potem kurczy do punktu i ponownie to samo w nieskończoność, po teorie wielowymiarowe i koncepty strun.
A i tak może się okazać, że żyjemy niczym na powierzchni balonika nieświadomi innych wymiarów i jakbyśmy się nie starali zaobserwujemy zjawiska, których nijak przyjęte przez nas teorie i modele nie tłumaczą. Dlatego tak ważne są doświadczenia i obserwacje - bez nich do niczego fizyka teoretyczna z matematyką nie dojdą.
PS.
Ponieważ już się dość naprodukowałem niech pierwsza chetna osoba zada jakieś fajne pytanko
Pozdrawiam
Użytkownik xetnoinu edytował ten post 02.11.2011 - |22:37|