Avaruuden laajuus/laajeneminen

[GaryP]

Voi vitalis! Pitääkin kiusata herneen kokoista aivopariani... mutta kun sattuu jo päähän, niin miksei sitten jakaisi muillekin.

Ikäni olen yrittänyt tajuta suhteellisuusteoriaa, päivä päivältä kauemmaksi jään tavoitteesta. T+a 1/2007 ja sivu 54.

Kysymys: Jos kaksi pistettä (A ja B) on kiinni toisissaan mielikuvituksellisella 5 miljardin valovuoden pituisella narulla ja pitää palikat määräetäisyydellä toisiinsa, ja avaruus laajenee. Oletetaan että nämä pisteet olivat hetkellä "pisteen A gammapurkaus" tietyssä paikassa ja ja tämä jana A-B jäi meillä merkiksi siitä. Silloinhan gammasäteily saavuttaisi pisteen B n. 5 miljardin vuoden kuluttua? Tässä ajassa kuitenkin gammalähde (A) on "siirtynyt" johonkin suuntaan suhteellisen hitaalla nopeudella ja maapallo (B) samoin. Tuossa ajassa ei kuitenkin luulisi sen hetkisen laavapallon, nykyisen maapallon, liikkuneen kovinkaan kauaksi. Joten...

Avaruus laajee, mitä se oikeastaan tarkoittaa? Voin vain kuvitella maalaisjärjellä että kaikki sen sisällä olevat osaset etääntyvät toisistaan, kauemmaksi BB:n keskustasta ehtineet vain kiihtyvällä vauhdilla verrattuna muihin? Kuitenkin sanotaan että alkuräjähdys tapahtui yhdessä pienessä pisteessä, mutta kaikkialla yhtäaikaa?

Matematiikkani on surkeaa, enkä tuntemillani käsitteillä ja perinteisellä 3D-ajattelulla pääse yhtään sen pidemmälle. Nyt pää tyynyyn ja miettimään kuinka tämän asian voisi unohtaa...

T:Kari

[Tpw]

Luin itsekin sen jutun, enpä juuri ymmärtänyt miten voi liiikkua kun ei liiku.
Itse ymmärrän tuon niin että se alkuräjähdys on todellakin 3D.
Kuvitellaan että se Gammapurkaus tapahtui vaikka 4 miljardin valovuoden päässä BB:stä ja meidän maapallon alku sillä hetkellä myös
4 miljardin valovuoden päässä BB:stä, mutta toisella puolella alkupistettä.
Niinpä näiden kohteiden etäisyys on tuolla hetkellä jo 8 miljardia valovuotta.
Lisäksi kappaleet liikkuu poispäin toisistaan BB:n eripuolilla nopeudella joka on suuri, sitä on vain lähes mahdoton hahmottaa koska kaikki kappaleet meidän ympärillä liikkuu avaruudessa samaan suuntaan lähes samalla nopeudella, uloimmat hiukan nopeammin kuin sisimmät.
Avaruus itsessään ei laajene minnekkään.

Niinpä TEORIASSA meidänkaikkeudessa voisi olla kohteita, jotka loittonevat toisistaan lähes kaksinkertaisella valon-nopeudella.
Jos meidän pakonopeus  0.5* valonnopeus, emme voi koskaan, edes teoriassa, havaita kohteita jotka ovat toisellapuolella BB:tä  kauempana kuin me nyt tällä puolella, valo ei yksinkertaisesti voi koskaan saavuttaa meitä.
Noin suurihan se ei varmaan ole, numeronmurskaajat voivat sen halutessaan laskea.

[RJ]

Kysymys: Jos kaksi pistettä (A ja B) on kiinni toisissaan mielikuvituksellisella 5 miljardin valovuoden pituisella narulla ja pitää palikat määräetäisyydellä toisiinsa, ja avaruus laajenee. Oletetaan että nämä pisteet olivat hetkellä "pisteen A gammapurkaus" tietyssä paikassa ja ja tämä jana A-B jäi meillä merkiksi siitä. Silloinhan gammasäteily saavuttaisi pisteen B n. 5 miljardin vuoden kuluttua? Tässä ajassa kuitenkin gammalähde (A) on "siirtynyt" johonkin suuntaan suhteellisen hitaalla nopeudella ja maapallo (B) samoin. Tuossa ajassa ei kuitenkin luulisi sen hetkisen laavapallon, nykyisen maapallon, liikkuneen kovinkaan kauaksi. Joten...

Avaruus laajee, mitä se oikeastaan tarkoittaa? Voin vain kuvitella maalaisjärjellä että kaikki sen sisällä olevat osaset etääntyvät toisistaan, kauemmaksi BB:n keskustasta ehtineet vain kiihtyvällä vauhdilla verrattuna muihin? Kuitenkin sanotaan että alkuräjähdys tapahtui yhdessä pienessä pisteessä, mutta kaikkialla yhtäaikaa?

Avaruus itsessään laajenee. Sen voimme havainnoista päätellä. Emme voi havaintojen perusteella sanoa laajeneeko avaruus "jonnekin", koska emme pääse katsomaan tilannetta "ulkopuolelta". "Alkuräjähdyksen keskusta" ei tarkoita mitään tässä kontekstissä, koska koko avaruus oli äärimmäisen lämmin eikä yksinkään kohta ollut erikoisasemassa.

Ensimmäisen ajanhetken pistemmäisyyteen ei kannata kiinnittää liikaa huomiota pohdikeluissa, koska teoreetikotkaan eivät vielä tiedä mitkä luonnonlait tuolloin vallitsivat. Pistemäisyyden sijaan voi ajatella, että maailmankaikkeus oli kauan sitten jollain tavalla päätynyt tilaan jossa se oli paljon paljon nykyistä pienempi, älyttömän kuuma ja laajeni. Nämä lähtökohdat riittävät nykyiselle kosmologian standardimallille ja niitä kutsutaan alkuräjähdykseksi.

Muistan kuulleeni vertauksen, jossa avaruuden laajenemista kuvataan maailmamme taustakantaan venymisenä. Me olemme sidottuja elämään tuon taustan päällä, emmekä voi sanoa onko kangas todellisuudessa esimerkiksi upotettu useampaan ulottuvuudeen. Samaan tapaan pallon pinnalla elävät kaksiulotteiset oliot eivät voisi havaita sijaitseeko heidän kotinsa oikeasti kolmiulotteista avaruudessa. Yhtä hyvin pallo voisi myös olla olemassa ilman kolmatta ulottuvuutta.

Kaiken tämän tekee maalaisjärjen intuitiolle hankalaksi se fakta, että olemme itse sisällä systeemissä jota ihmettelemme. Ymmärtämiseen tarvitaan matematiikka  :P

Mainitsemasi "mielikuvituksellinen naru" on olemassa oikeasti. Se on gravitaatio, joka sitoo erilaisia rakenteita maailmankaikkeuteen. Gravitaatio pitää narun lailla kasassa planeetat, tähdet, aurinkokunnat, galaksit, galaksijoukot jne. Vasta suurilla etäisyyksillä laajeminen on riittävän voimakasta, ja toisaalta gravitaatio heikkoa, jotta rakenteiden väliset etäisyydet alkavat kasvaa.

Jos nykytieto kiihtyvästä laajenemisesta pitää paikkansa, ja se jatkuu riittävän pitään, jossain vaiheessa myös pienempiä rakenteita alkaa etääntymään toisistaan. Äärimmäisyyteen mentäessä edes sähkömagnetistmi ei enään jaksaisi sitoa ainetta kasaan laajenemista vastaan ja jäljelle jäisi vain tylsiä hiukkasia siellä täällä.

No eipäs. Einsteiin keksinnön olennainen osa on että C+ C ei ole 2xC.
Herra Lorenz keksi muuta tarkoitusta varten koordinaatistomuunnoksen jota Einstein keksi käyttää mm. relativististen nopeuksin ynnäämiseen.

Oikeastaan kahden kappaleen etääntyminen toisistaan voi kyllä tapahtua ulkopuolisen havaitsijan mielestä suuremmalla nopeudella kun c. Olennaista on ettei informaatiota tai ainetta siirretä paikasta toiseen c:tä nopeammin.

Relativistista nopeuksien yhteenlaskua tarvitaan, kun ollaan sisällä jommassa kummassa etääntyvistä systeemeistä.

Lisäinfoa:

http://en.wikipedia.org/wiki/Faster-than-light#Apparent_FTL

[Tpw]

Olen pohdiskellut tuota laajenemista ja nopeuden kasvua joka nyt ilmeisesti on totta.
Kävisikö laajentavaksi voimaksi "Galaksituuli".
Juuri oli juttua Suomalaiskeksinnöstä, jossa purje oli korvattu pitkillä antenneilla, joissa ilmeisesti sähkökenttä.
Jos kerran auringon voimalla saadaan luotain tasaiseen kiihtyvyyteen suhteellisen pienellä purjeella, miksei galakseissa toimisi sama voima.
Tuo sattuisi siihen että ensin laajeneminen oli tosi nopeaa ( räjähdys), hidastui sitten ja kiihtyy taas uudestaan (kun galaksit olivat syntyneet).
Galakseissa voimat ovat tasapainossa tästä syystä ne pysyvät kasassa, mutta varmasti kylvävät galaksituulta rajusti ympärilleen.
Maailmankaikkeuden keskustassa materiaa oli  suhteessa enemmän kuin ulompana, tästä seuraa että "valonpaine" keskellä on kovempi kuin ulompana.
Vaikka ero on pieni, luulisi riittävän.

[RJ]

Juuri oli juttua Suomalaiskeksinnöstä, jossa purje oli korvattu pitkillä antenneilla, joissa ilmeisesti sähkökenttä.
Jos kerran auringon voimalla saadaan luotain tasaiseen kiihtyvyyteen suhteellisen pienellä purjeella, miksei galakseissa toimisi sama voima.

Sähköpurjeessa ylläpidetään sähkökenttää aktiivisesti elektronitykin avulla. Galaksit ja maailmankaikkeuden aine ovat puolestaan sähköisesti aika neutraalia, eikä suuren mittaskaalan sähkökenttiä pääse syntymään.

[Tuoli]

Matematiikkani on surkeaa, enkä tuntemillani käsitteillä ja perinteisellä 3D-ajattelulla pääse yhtään sen pidemmälle.

Minusta ei ole mitään syytä huoleen, sillä nämä useampiulotteisten avaruuksien teoreetikot eivät ole esittäneet vielä ensimmäistäkään todistetta useamman kuin 3 ulottuvuuden olemassaolosta. Avaruus on siis 3-ulotteinen ja aika ei muodosta minkäänlaista neljättä spatiaalista ulottuvuutta, vaan se vain kuvaa tapahtumaketjujen peräkkäisyyttä, siis 3-ulotteisen avaruuden peräkkäisiä tiloja. Matematiikallahan voimme leikkiä loputtomasti ja pyöritellä vaikka kuinka monta muuttujaa ja kutsua niitä vaikka ulottuvuuksiksi, mutta se ei tarkoita sitä, että ne kuvaisivat todellista avaruutta. Kyllä minunkin alallani puhutaan joskus hieman leikkisästi useampiulotteisista hyperpinnoista, kun halutaan havainnollistaa useamman kuin kolmen muuttujan vuorovaikutussuhteita, mutta kukaan ei kuvittele, että näitä hyperpintoja olisi oikeasti olemassa.

Olen itse kadottanut jo vuosia sitten uskoni alkuräjähdysteoriaan ja useampiulotteisiin avaruuksiin, kuten myös laajenevaan maailmankaikkeuteen. Laajenevan avaruuden teorian ydinhän on galaksien valon havaittu punasiirtymä, joka tulkitaan Dopplerin ilmiön aiheuttamaksi. Itse olen ajatellut, että valon punasiirtymä voisikin johtua siitä, että kun valo lähtee joistain avaruuden valonlähteestä, se leviää ikään kuin pullistuvan pallon pintana ympäröivään avaruuteen. Tällöin valon sisältämä energiamäärä leviää koko ajan laajemmalle pinta-alalle. Siis pinta-alayksikköä kohden valon energia vähenee. Kun toisaalta tiedämme, että Planckin yhtälö sitoo toisiinsa energian ja valon jaksoluvun (E = hv), niin vähenevä energia merkitsee sitä, että jaksoluvun täytyy laskea eli aallonpituuden täytyy kasvaa, mikä johtaa punasiirtymään. Näin punasiirtymän selittämiseen ei tarvittaisi avaruuden laajenemista. Dopplerin ilmiön mukaista punasiirtymää esiintyisi silloin vain satunnaisesti riippuen yksittäisten kappaleiden liikkeestä suhteessa toisiinsa.

Toinen alkuräjähdysteoriian kannattajien suosikkiargumentti on avaruuden taustasäteily. Sen suhteen voitaisiin ajatella, että avaruus vain sattuu olemaan siinä lämpötilassa, joka tuottaa kyseisen säteilyn mustan kappaleen säteilynä, joka lähtee niistä kivenmurikoista tai pienistä hiukkasista, joita avaruudessa on, galaksien säteilyn kohdistuessa niihin. Tässä yhteydessä usein esiin nouseva väite alkuräjähdyksen säteilyn jäähtymisestä ajan mukana on minusta aika ihmeellinen. Millä tavoin tämä säteilyn jäähtyminen on voinut tapahtua, sillä eihän esim. 10 miljardin valovuoden päästäkään tuleva galaksien säteily ole millään tavoin "jäähtynyt".

Mielestäni on tarpeellista joskus kyseenalaistaa vallitsevia teorioita.

[RJ]

Avaruus on siis 3-ulotteinen ja aika ei muodosta minkäänlaista neljättä spatiaalista ulottuvuutta, vaan se vain kuvaa tapahtumaketjujen peräkkäisyyttä, siis 3-ulotteisen avaruuden peräkkäisiä tiloja. Matematiikallahan voimme leikkiä loputtomasti ja pyöritellä vaikka kuinka monta muuttujaa ja kutsua niitä vaikka ulottuvuuksiksi, mutta se ei tarkoita sitä, että ne kuvaisivat todellista avaruutta.

Hyvä pointti.

Aika ja avaruus riippuvat toisistaan, mutta ei, ne eivät ole sama asia. Aika eroaa avaruudesta, koska sillä on preferoitu suunta!

Ajan viipaloiminen peräkkäisiksi hetkiksi onnistuu ainoastaan jokaisen inertiaalisen havaitsijan omassa lepokoordinaatistossa. Toinen havaitsija näkee kaverin tekemän viipaloinnin erilaisena. Peräkkäiset hetket eivät ole samassa järjestyksessä eri havaitsijoille. Newtonilainen avaruus voidaan viipaloida ajassa yksikäsitteisesti, mutta se ei kuvaa meidän maailmaamme.

Jokainen voi päättää itse onko 4-ulotteinen aika-avaruus liian abstrakti tai harhaanjohtava käsite, kunhan vain ymmärtää mitä ovat Lorentzin muunnokset. Hommassa on kysymys neljästä eri vapausasteesta, jotka riippuvat toisistaan. Ajan ja avaruuden välinen riippuvuus on symmetrinen, eli aika muuntuu samalla tavalla kuin avaruus. Fyysikoille aika-avaruus on matemaattinen työkalu, jota ilman luonnonilmiöitä ei voi kuvata tarkasti.