Astronomie

Si les objets ne bougent pas lorsque l'univers s'étend, comment l'expansion peut-elle entraîner un décalage vers le rouge ?

Si les objets ne bougent pas lorsque l'univers s'étend, comment l'expansion peut-elle entraîner un décalage vers le rouge ?


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J'aborde ce sujet du point de vue d'un profane et je considère cela comme un casse-tête logique, mais lorsque quelqu'un essaie de me faire accepter la logique, je ne suis jamais convaincu par ses arguments.

Selon la page wiki sur l'univers en expansion, l'univers est en expansion (c'est ainsi que nous voyons la lumière décalée vers le rouge des galaxies lointaines), mais cette expansion n'entraîne pas le déplacement des objets dans l'espace les uns des autres. Au lieu de cela, cette expansion est la formation d'un nouvel espace tel que tous les objets dans l'espace maintiennent une relation statique avec l'espace.

Cela devrait signifier que, en tant que lumière produite par une source lumineuse distante qui s'éloigne de nous, elle ne s'éloigne pas du photon. Le photon voyage ensuite dans l'espace, et ce voyage prend plus de temps en raison de l'expansion, mais une fois que le photon est dans l'espace près de la Terre, la terre ne s'éloigne pas de la lumière. Au moment où la lumière est à la même distance du télescope qu'une lampe de poche tenue devant le télescope, le télescope ne s'éloigne pas plus du photon qu'il ne s'éloigne du photon produit par la lampe de poche.

Donc, SI l'expansion n'est pas le résultat d'un mouvement dans l'espace, COMMENT montrer le redshift ??????

Un autre commentaire, point de vue des profanes
Toute la raison pour laquelle il peut être logique que des objets suffisamment éloignés puissent s'étendre loin de nous PLUS RAPIDEMENT que la vitesse de la lumière (ce qui est la raison pour laquelle les télescopes ne peuvent pas voir plus loin) est que ces objets ne se déplacent pas dans l'espace pour réaliser cette expansion.

Un autre commentaire en référence au gâteau aux raisins. comprendre l'univers en expansion comme un gâteau aux raisins gonflant, donc le gâteau réel qui est en contact avec un raisin reste en contact avec ce raisin, les raisins ne se déplacent pas à travers le gâteau,,, UNE PART. MAIS, dans l'espace, les raisins secs se déplacent réellement à travers le gâteau. De plus, le PHOTON qui voyage à travers l'espace de la source lumineuse lointaine au télescope, voyage à travers l'espace. De plus, il n'est PAS utile de penser à cette transaction d'énergie dans un gâteau aux raisins secs, car les raisins secs voyagent dans l'espace en s'éloignant les uns des autres lorsque le gâteau gonfle, mais ce n'est PAS ainsi que nous pouvons comprendre les objets dans l'espace qui s'éloignent de nous sur Terre plus vite que la vitesse de la lumière.


Le décalage vers le rouge n'est en effet pas causé par le mouvement des objets, mais par l'expansion elle-même. Il s'agit d'un résultat théorique en considérant la métrique FLRW pour un rayon lumineux se déplaçant sur une géodésique nulle.

Une dérivation peut être trouvée ici.

Le décalage vers le rouge cosmologique $z$ est donné par $z+1 = 1/a$, où $a$ est le facteur d'échelle (la taille de l'Univers) au moment où la lumière a été émise. Notez que ce résultat ne se soucie pas comment l'Univers s'est élargi. En principe, vous pourriez imaginer un univers qui était statique lorsque la lumière a été émise, et statique lorsque la lumière est observée, mais agrandi par le facteur $a$ à un moment donné entre les deux, et vous observeriez le même décalage vers le rouge comme si cet univers s'était progressivement étendu entre-temps. Cela contraste fortement avec un décalage Doppler normal, où dans un tel cas hypothétique, aucun décalage vers le rouge ne serait observé.

Notez également que les galaxies reculent plus vite que la vitesse de la lumière $c$ n'est pas un obstacle pour nous de les voir; toutes les galaxies avec un décalage vers le rouge observé supérieur à $zsimeq1.4$ reculer plus vite que $c$. La galaxie observée la plus éloignée GN-z11 a un décalage vers le rouge de $z=11.09$, et recule à $vsimeq2.2c$. Lorsqu'il a émis la lumière que nous voyons, il a reculé encore plus vite, à savoir à $v simeq 4.3 c$. Voir la fourmi sur une corde en caoutchouc "paradoxe" pour une explication intuitive.


Si les objets ne bougent pas lorsque l'univers s'étend, comment l'expansion peut-elle entraîner un décalage vers le rouge ?

Parce que les objets sont se déplaçant les uns par rapport aux autres. Ni l'un ni l'autre ne se déplace dans l'espace, mais l'espace est en expansion. Ainsi, deux galaxies qui étaient distantes de 1 milliard d'années-lumière sont maintenant distantes de 2 milliards d'années-lumière.

Selon la page wiki sur l'univers en expansion, l'univers est en expansion (c'est ainsi que nous voyons la lumière décalée vers le rouge des galaxies lointaines), mais cette expansion n'entraîne pas le déplacement des objets dans l'espace les uns des autres. Au lieu de cela, cette expansion est la formation d'un nouvel espace tel que tous les objets dans l'espace maintiennent une relation statique avec l'espace.

Oui, ils entretiennent une relation statique avec leur espace local, mais pas entre eux. Voir l'analogie du gâteau aux raisins. Les galaxies s'éloignent car elles sont encastrées dans un espace en expansion.

Cela devrait signifier que, en tant que lumière produite par une source lumineuse distante qui s'éloigne de nous, elle ne s'éloigne pas du photon. Le photon voyage ensuite dans l'espace, et ce voyage prend plus de temps en raison de l'expansion, mais une fois que le photon est dans l'espace près de la Terre, la terre ne s'éloigne pas de la lumière. Au moment où la lumière est à la même distance du télescope qu'une lampe de poche tenue devant le télescope, le télescope ne s'éloigne pas plus du photon qu'il ne s'éloigne du photon produit par la lampe de poche. Donc, SI l'expansion n'est pas le résultat d'un mouvement dans l'espace, COMMENT montrer le redshift ?

Parce que l'espace se dilate, donc deux galaxies s'éloignent, donc elles ont une vitesse relative, donc le photon semble décalé vers le rouge. Il n'a pas réellement été redshifté. Il n'a pas perdu d'énergie. Lorsque vous vous éloignez d'une source de lumière, elle semble décalée vers le rouge, mais la lumière n'a pas changé, à la place vous avez changé. La cosmologiste Tamara Davis dit la même chose dans l'article de 2010 du Scientific American Is the Universe leaking energy? :

Image de Tamara Davis et Scientific American, voir Is the Universe leaking energy?

Toute la raison pour laquelle il peut être logique que des objets suffisamment éloignés puissent s'étendre loin de nous PLUS RAPIDEMENT que la vitesse de la lumière (ce qui est la raison pour laquelle les télescopes ne peuvent pas voir plus loin) est que ces objets ne se déplacent pas dans l'espace pour réaliser cette expansion.

Nous pouvons voir des galaxies qui se sont toujours éloignées de nous plus rapidement que la lumière. Voir Expansion de la confusion : idées fausses courantes sur les horizons cosmologiques et l'expansion supraluminique de l'Univers par Tamara Davis et Charles Lineweaver. Voir aussi la fourmi sur la corde en caoutchouc


L'Univers en expansion suit-il la contraction de Lorentz ?

En tant qu'objet séparé avec une vitesse de recul proportionnelle à la distance, il semblerait approprié de penser que les objets et l'espace lui-même, qui sont situés à une distance suffisamment éloignée (et au-delà) pour que les vitesses de récession soient suffisamment grandes pour que les effets de contraction de la longueur de Lorentz être perceptible.

Suivant cette logique, à des distances où les vitesses de récession sont proches de c, l'univers semblerait plus plat dans le sens de l'expansion. Au point où la vitesse de recul est c, la longueur de tout objet (et de l'espace le contenant) dans la direction de l'expansion serait zéro. Cela semble bien sûr affecter l'horizon de l'univers observable.

Cependant, ce n'est clairement pas ainsi. Il y a une profondeur observée bien au-delà du point où la vitesse de recul atteint c, et il n'y a pas un tel aplatissement.

La seule explication que je puisse trouver est que l'expansion de Lorentz ne s'applique qu'aux référentiels inertiels et bien sûr à l'univers en expansion avec une vitesse augmentant différentiellement avec la distance, les référentiels inertiels n'existent pas, mais il semble néanmoins que les effets relativistes devraient être perceptible dans d'autres que les redshifts.

Veuillez m'indiquer où chercher une explication, merci.


Comment mesurer précisément la lumière et comment l'univers peut-il s'étendre ?

Comment est-il possible que nous puissions mesurer la vitesse de la lumière si précisément ?? La vitesse de quelque chose ne peut être mesurée qu'en référence à un autre objet, ne pouvons-nous pas simplement mesurer la vitesse de la lumière dans deux directions et avoir la vitesse exacte à laquelle ce point de la terre se déplace ( C - mesuré C = vitesse de ce pointe de terre.

Question supplémentaire : Comment se fait-il que l'univers soit en expansion ? J'ai une grosse théorie à ce sujet mais comment se fait-il qu'on puisse mesurer l'expansion de l'univers ?? Cela n'a aucun sens pour moi car si l'univers est en expansion, nous sommes également en expansion, comment pouvons-nous savoir que ce que nous percevons comme 10 mètres est maintenant 20 mètres si nos instruments de mesure se sont également étendus et notre propre corps, esprit, yeux , les atomes et même les photons de l'univers se sont également étendus ?

Je dis cela parce que les scientifiques disent que l'univers s'étend plus vite que la vitesse de la lumière.

Question facile supplémentaire sur le boss final du bonus supplémentaire

Comment quelque chose peut-il ne pas dépasser la vitesse de la lumière si la formule de la quantité de mouvement est f=m.v étant f force, m masse et v volume. Pour déplacer quelque chose de 1 kg plus vite que la vitesse de la lumière, il faut plus de newtons que la vitesse de la lumière, est-ce qu'un newton prend toujours la même énergie pour atteindre ou est-ce qu'un newton prend plus d'énergie par rapport à celui qui était appliqué auparavant ??

Merci d'avance de m'éclaircir l'esprit ! Je pense beaucoup à ces choses mais l'école c'est de la merde, j'ai 16 ans et nous apprenons le mouvement, je veux en savoir plus sur les plans, pas sur les putains de a.t+iv=fv, c'est de la merde facile et ennuyeuse. (Désolé pour le petit coup de gueule)

Edit: c'est mon record de points Internet sur ce site, merci à tous d'avoir répondu.

La vitesse de quelque chose ne peut être mesurée qu'en référence à un autre objet, ne pouvons-nous pas simplement mesurer la vitesse de la lumière dans deux directions

La vitesse de la lumière est toujours la même chose, même si vous déménagez. Il n'y a que des vitesses au dessous de la vitesse de la lumière qui sont relatives.

Ce que vous décrivez est presque exactement l'expérience de Michelson-Morley - mesurer la vitesse de la lumière dans deux directions. Mais cela ne fonctionne pas parce que la lumière est toujours mesuré comme se déplaçant à c, même par deux personnes qui mesurent la même lumière mais se déplacent elles-mêmes à des vitesses différentes.

L'espace et le temps "tournent" l'un dans l'autre lorsque vous modifiez votre vitesse d'une manière qui conspire essentiellement à maintenir la vitesse de la lumière lorsque vous la mesurez. Ce qu'un expérimentateur voit comme espace (et temps) n'est pas tout à fait le même que ce qu'un autre expérimentateur (relativement en mouvement) voit comme espace (et temps).

Détourner ce premier commentaire pour poser une autre question connexe :

Nous savons que les effets de la dilatation du temps augmentent de façon exponentielle à mesure que nous nous approchons de c, le temps se "gelant" littéralement en C (ce qui, nous le savons, est impossible pour tout objet de masse). Dans un univers théorique où le voyage c est possible, le voyage à partir de deux points quelconques de l'univers est littéralement instantané. Dans cet esprit, et avec la compréhension évidente que la lumière n'a pas de concept de "temps", nous ne supposerions pas que la lumière émise par le big bang a atteint le bord de l'univers actuel. immédiatement? Comme dans, l'âge de l'univers est 0? Comment confondons-nous notre perception du temps et l'âge mesuré de l'univers avec le fait que le référentiel contenant la lumière émise par le big bang n'a connu aucun passage du temps ?

Je suppose qu'une façon plus directe de poser cette question est la suivante : je comprends que l'expérience du temps est entièrement relative, et qu'en substance, l'âge calculé de l'univers ne devrait pas être pris en compte dans notre concept de la "longueur" d'une année -- c'est littéralement le nombre de fois que la terre a fait le tour du soleil (ou aurait fait s'il existait), ce qui est objectif et mesurable. Mais je ne peux pas comprendre le fait que dans les cadres de référence existants, l'âge de l'univers reste nul

Est-ce que quelque chose d'étrange se produirait si la lumière voyageait à une vitesse inférieure ou supérieure ? Deviendrait-elle finalement quelque chose de différent de la lumière ?

A la première question. Vous pouvez mesurer la vitesse en synchronisant deux horloges, en en prenant une très loin puis en envoyant un objet de l'une à l'autre à un moment bien précis et en comptant ensuite le temps qu'il faut avant qu'il n'arrive. Si vos mesures sont suffisamment rapides vous pouvez même mesurer le retard de la lumière sur de très petites distances dans des processeurs par exemple.

A la deuxième question. Je ne connais pas grand-chose des détails derrière les mécanismes de l'expansion de l'univers, mais ce n'est pas tellement que tout s'agrandit mais que l'espace dans lequel se trouvent les objets s'agrandit. Il agit comme une sorte de force accélérant le contenu à l'intérieur de l'espace. Tant que les forces qui maintiennent les objets ensemble sont plus grandes, les objets ne grossiront pas eux-mêmes. Nous savons qu'il est en expansion parce que des objets distants s'éloignent de nous, ce qui provoque un décalage Doppler de la fréquence à laquelle ils envoient leur lumière. Ils ont l'air plus rouges s'ils s'éloignent de nous et plus bleus s'ils se dirigent vers nous. Semblable à la façon dont une ambulance sonne différemment lorsqu'elle vient à vous et s'éloigne de vous.

La formule f=mv n'est pas correct. Il devrait être F=mune. Où tout est pareil mais a est l'accélération. Ces équations doivent cependant être corrigées si vous tenez compte de la relativité qui limite notre vitesse et ces équations deviennent beaucoup plus compliquées à un point où je ne suis pas à l'aise d'entrer dans les détails et je ne pense pas non plus que cela vous aiderait trop à ce sujet point. Je pense que la leçon la plus importante à retenir de cela est que certaines équations en physique ne sont pas parfaites mais juste suffisamment bonnes dans certaines conditions et tant que vous n'allez pas à une fraction significative de la vitesse de la lumière par exemple. Les principes qui se produiront une fois que vous aurez commencé à atteindre la vitesse de la lumière sont que le temps ne se déplace pas aussi rapidement pour différents cadres de référence, ce qui empêche toutes sortes de physiques non relativistes de fonctionner correctement.

Si quelque chose va très vite (vitesse de la lumière à 99,99% par exemple), son temps du point de vue d'un observateur stationnaire serait presque immobile. Vous pourriez voir le problème avec les définitions de la force ici.

"La formule f=mv n'est pas correcte. Il devrait être F=ma."

Comme le PO a mentionné Momentum, je pense que la correction dans son équation est "v" à "a", mais "f" à "p". p=mv est l'équation correcte pour la quantité de mouvement

La première expérience dont vous avez parlé n'a pas de sens dans mon esprit, qu'est-ce que l'envoi d'un objet entre deux points a à faire si vous ne pouvez pas l'envoyer à la vitesse de la lumière.

Ensuite, à partir de votre deuxième réponse, comment se fait-il que les choses se dilatent mais ne le font pas si la gravité est plus forte entre elles ?? Les objets éloignés ont de la gravité vers leurs propres particules, si les forces qui "les séparent" sont plus fortes que la gravité qu'ils ont vers l'univers, alors ils ne s'étendent pas, ils se déplacent simplement dans une direction, je me souviens avoir lu que l'univers est s'étendant à un rythme croissant, soit il s'étend avec ses propres atomes, il s'étend également, donc c'est une erreur logique (on ne peut pas prouver le contraire), soit il ne s'étend pas et il est simplement séparé par d'autres choses en dehors de l'univers, ou il y a d'autres facteurs que nous ne prenons pas en compte. J'avais l'habitude de penser que nous ne pouvons pas voir des choses très loin de nous puisque nous ne sommes pas au centre de l'univers et que la lumière n'a pas encore tracé ici, mais idk.

Vous m'avez éclairci l'esprit sur la troisième question et m'avez produit plus de questions pour les deux autres, alors merci beaucoup d'avoir répondu.

Nous pouvons simplement mesurer la vitesse de la lumière comme nous pouvons mesurer n'importe quelle autre vitesse. La vitesse de la lumière n'est que de 300 000 000 mètres par seconde. Nous pouvons facilement faire des choses qui font des mesures à 1000 fois par seconde ou plus. Ainsi, tout ce dont vous auriez besoin pour mesurer la vitesse de la lumière est une distance de 150 kilomètres, un miroir et un taux d'échantillonnage de 1000 fois par seconde. C'est exactement ainsi que nous avons obtenu notre première mesure de la vitesse de la lumière. Nous avons créé un faisceau de lumière pulsée, puis l'avons tiré sur un miroir, puis nous avons eu un disque rotatif dont nous pouvions changer le RPM à côté de l'émetteur, cela nous permet de mesurer très précisément le temps de trajet des impulsions.

Nos propres corps, atomes et yeux ne sont pas en expansion. La force qui éloigne tout les uns des autres est ridiculement faible et la gravité de presque tous les objets peut la surmonter. L'espace entre les galaxies est cependant très très grand, beaucoup plus grand que l'espace à l'intérieur des galaxies, donc la force de l'énergie noire qui provoque l'expansion de l'univers est plus grande que la force incroyablement petite qui tire les galaxies les unes vers les autres, donc les galaxies s'éloignent les unes des autres. autre, mais les forces à l'intérieur des galaxies et entre des galaxies très proches comme notre propre groupe local sont plus que suffisantes pour maintenir ces choses ensemble.

La vitesse de la lumière ne fonctionne pas comme vous le pensez et n'a rien à voir avec la lumière elle-même. Ce que nous appelons la vitesse de la lumière est en fait la vitesse de causalité. La lumière dans son propre cadre de référence se déplace sur une distance presque infinie en un temps presque nul. La lumière se déplace beaucoup plus vite que la vitesse de la lumière dans son propre cadre de référence. Donc f=ma fonctionne jusqu'à l'infini dans votre propre référentiel. Ce ne sont que des observateurs fixes extérieurs qui voient les choses se déplacer à la vitesse de la lumière. Nous ne savons pas vraiment ce qui cause cela, mais une théorie est qu'il s'agit du champ de Higgs. Le champ de Higgs est une mer de particules quantiques qui remplit l'univers et confère une masse aux objets de l'univers, leur permettant d'interagir avec d'autres objets.

Si vous connaissez le fonctionnement de la vitesse du son dans un milieu, nous obtenons la vitesse du son car c'est la vitesse maximale à laquelle les particules dans l'air, l'acier ou l'eau peuvent transmettre une onde d'une particule à une autre. On pense que la vitesse de la lumière/la vitesse de la causalité fonctionnent de la même manière. Lorsque vous vous déplacez d'un endroit à un autre dans l'univers, votre masse doit vous accompagner avant que vous puissiez vous déplacer à nouveau. Ainsi, à mesure que vous vous déplacez de plus en plus vite, le champ de Higgs a du mal à transférer votre masse des particules de votre position précédente à votre nouvelle position assez rapidement. Parce que vous ne pouvez pas expérimenter le temps sans masse, vous ne rencontrez pas ces retards avec le champ de Higgs mettant à jour votre position, mais les observateurs extérieurs vous voient bouger au ralenti, un peu comme regarder une vidéo lente sur YouTube qui est constamment mise en mémoire tampon. Ce n'est pas parce que les gens qui regardent une vidéo d'un Blackbird SR-71 avec une mise en mémoire tampon très lente qu'il faut beaucoup plus de temps pour parcourir une distance que l'avion dans la vidéo va un peu plus lentement. L'avion se déplace toujours à une vitesse ridiculement élevée, c'est juste que vous, en tant qu'observateur extérieur, le ressentez beaucoup plus lentement en raison de la mise en mémoire tampon. De même, les observateurs extérieurs voient les choses se déplacer à ou près de la vitesse de la lumière avec de plus en plus de tampon. Ces objets proches de la vitesse de la lumière se déplacent toujours incroyablement vite, des milliards de mètres par seconde ou plus dans leurs propres cadres de référence, mais nous ne pouvons mettre à jour leurs positions qu'à une vitesse maximale d'environ 300 millions de mètres par seconde lorsque nous observons ces objets. .


ELI5 : Comment le diamètre de l'Univers peut-il dépasser son âge ?

Fondamentalement, comment l'univers peut-il avoir 93 milliards d'années-lumière de diamètre s'il n'a que 13,8 milliards d'années et que rien ne peut voyager plus vite que la lumière ?

Rien ne peut voyager dans l'espace plus vite que la lumière. Mais l'espace peut faire ce qu'il veut. Pour autant que nous puissions en juger, l'univers s'étend plus vite que la vitesse de la lumière.

Nous pouvons voir la lumière des objets émis il y a 13,8 milliards d'années. Ces objets, s'ils existent encore, sont désormais beaucoup plus éloignés (45 milliards d'années-lumière) en raison de l'expansion de l'espace.

Je pensais que les neutrinos pouvaient?

Ou plus probablement c'est juste une théorie incorrecte pour ce que nous ne comprenons pas encore.

le expansion de l'espace-temps peut être plus rapide que la vitesse de la lumière. Quoi en fait est Espace-temps? Personne ne sait. D'une certaine manière, le temps et l'espace sont les mêmes, en quelque sorte. Cela a-t-il du sens? Non.

Voici quelque chose d'autre qui n'a pas de sens, mais qui est vrai-

La vitesse de la lumière est différente de toute autre vitesse, et la lumière peut essentiellement faire de la magie. La lumière peut simplement ignorer le temps et existe dans le "temps de la ville". La vitesse de la lumière est constante, quelle que soit la vitesse de l'observateur. Cela signifie que quelle que soit la vitesse à laquelle vous vous déplacez, la vitesse de la lumière s'éloignera toujours de vous à la vitesse de la lumière.

Supposons que vous soyez immobile et qu'une voiture vous dépasse à 60 mph. Cette voiture s'éloignera de vous à. 60 mph, non?

Dites maintenant que vous êtes dans une voiture roulant à 30 mph et qu'une autre voiture vous dépasse à 60 mph. cette autre voiture ne s'éloigne de vous qu'à une vitesse de 30 mph, parce que vous faites la moitié de la différence.

La lumière ne fait pas ça. Si vous êtes immobile et que vous allumez une lampe de poche, le faisceau s'éloignera de vous à. la vitesse de la lumière, non ?

Mais. si vous êtes dans un vaisseau spatial se déplaçant à la moitié de la vitesse de la lumière et que vous allumez une lampe de poche vers l'avant dans le cockpit, ce faisceau s'éloignera toujours de vous à la vitesse de la lumière. Même si vous faites la moitié de la différence, cela n'a pas d'importance, de votre point de vue, la lumière s'éloignera toujours de vous à la pleine vitesse de la lumière. Et la lumière n'est pas allée plus vite, c'est juste. fait ça quand même. Et quelqu'un qui vous regarde verra que la vitesse de la lumière ne fait que suivre la même vitesse de la lumière.

Cela se produit parce que le temps en fait changements, cela s'appelle la dilatation du temps. La vitesse change en fait le fonctionnement du temps, et pour quelqu'un qui va à la moitié de la vitesse de la lumière, le temps se déplace en fait plus lentement pour eux, donnant à la lumière une chance de maintenir sa vitesse constante.

Comment est-ce possible? Ce n'est pas le cas, mais c'est quand même le cas. Comment? nous ne savons pas.

C'est possible car le temps n'existe pas pour la lumière. Il s'arrête complètement à la vitesse de la lumière

Merci pour ça. J'aime apprendre de nouvelles choses et c'est très intéressant et déroutant.

Je n'arrête pas de dire aux gens que la vitesse de la lumière n'est que la limite de rendu de l'ordinateur universel.

Beaucoup de masse = beaucoup de particules en mouvement = équivaut à beaucoup de calculs nécessaires pour rendre les choses. Les choses bougent très vite = beaucoup de calculs supplémentaires.

La vitesse de la lumière n'est que la limite supérieure de la vitesse à laquelle les choses peuvent se déplacer dans un cadre de référence donné. C'est pourquoi sur le navire à 0.5c la lumière s'éloigne à la même vitesse. À l'intérieur de ce cadre de référence, les choses sont assez statiques et la lumière se comporte comme prévu lorsqu'elle «ne bouge pas». Pour un observateur, cependant, des choses étranges se produisent parce qu'elles sont à l'extérieur dans un cadre de référence différent qui doit aussi soudainement s'adapter à un objet qui projette des lumières qui se déplace à grande vitesse. Le temps est donc changé.

C'est comme le jeu Eve Online. Lorsque de nombreux navires se trouvent dans la même zone, les serveurs peuvent tout rendre à des vitesses normales, de sorte que les actions de chacun sont plus lentes.

Bonne explication mais légèrement décalée.

Si vous étiez dans une voiture se déplaçant à 30 mph et que vous lanciez une balle à 20 mph, la balle vous semblerait se déplacer à 20 mph alors qu'en réalité la balle se déplace à 50 mph vers le gars sur le côté de la route (nous allons appelez-le Carl). Si vous avez allumé une lampe de poche, le faisceau de lumière semblerait aller à la vitesse de la lumière (ce qui est le cas). Cela signifie que faire briller la lampe de poche a le même résultat que lancer la balle, du moins pour la personne dans la voiture.

Maintenant, là où cela diffère, c'est que, comme mentionné il y a un instant, la balle semble aller à 50 mph (30 mph (voiture) + 20 mph (vitesse de la balle)) vers Carl mais le faisceau de la lampe de poche n'est PAS à 30 mph (voiture) + vitesse de la lumière. Il va toujours à la vitesse de la lumière et pas plus. Cela se déplace en fait sur un territoire de voyage dans le temps potentiel. Malheureusement, je ne suis pas assez intelligent pour expliquer même les bases de la théorie et je suis trop haut en ce moment pour essayer d'inventer un mensonge convaincant.

Dans tous les cas, amusez-vous à passer toute la nuit à essayer de dormir pendant que votre cerveau élabore des théories folles que vous oublierez le matin.

Ma compréhension est la suivante :

Quand les gens disent "l'espace s'étend", la compréhension commune est que nous nous éloignons tous du "zéro terrestre" (c'est-à-dire le point dans l'espace où l'univers a commencé)

Cependant, comme d'autres l'ont mentionné, chaque point de l'espace semble s'éloigner de tout autre point. Où que vous soyez apparaît être 'ground zero'. Ce que cela signifie, c'est qu'il n'y a pas de véritable "centre" ou "point zéro" qui soit un placer dans l'espace où l'explosion initiale a commencé.

Au lieu de cela, "spacetime" ressemble plus à la peau d'un ballon. C'est gonfler et élongation. Au "début", l'espace était un ballon dégonflé, toute la matière étant des points à sa surface et étant très proches - nous sommes à peu près infiniment proches, mais c'est une histoire pour une autre fois.

Ensuite, le ballon commence à gonfler. Les points à la surface du ballon (la matière) ne bougent pas à travers l'espace loin les uns des autres - plutôt, l'espace entre les points s'étirent.

Maintenant, la matière, l'énergie, les particules subatomiques, vous l'appelez - la loi de limitation de vitesse est, au meilleur de notre connaissance, universelle. Aucune de ces choses ne peut se déplacer dans l'espace Plus rapide que la vitesse de la lumière. Mais il n'y a pas de « mouvement » au fur et à mesure que l'univers s'étend. Au contraire, le ballon se dilate de sorte qu'il n'y a fondamentalement que Suite espace entre deux points quelconques.

La loi de « limitation de vitesse universelle » est imposée aux objets qui se déplacent dans l'espace - par ex. un point sur la surface de notre ballon en fait, se déplaçant physiquement vers un point différent le long de la surface du ballon. Dans notre analogie, lorsque le ballon se gonfle (l'univers se dilate), le point ne changer sa position.

Puisqu'il n'y a pas de mouvement, rien n'enfreint la loi universelle sur la limitation de vitesse. L'univers grandit et s'étire tout simplement.

Du moins, c'est le raisonnement tel qu'il est (et tel que je le comprends).


14 réponses à &ldquoComment les galaxies peuvent-elles reculer plus vite que la vitesse de la lumière ?&rdquo

Concernant : “Comment les galaxies peuvent-elles reculer plus rapidement que la vitesse de la lumière”

Il a été déclaré : « Et il est possible qu'elles (les galaxies) semblent éventuellement s'éloigner de nous plus rapidement que la vitesse de la lumière. À ce stade, la lumière quittant la galaxie lointaine ne nous atteindrait jamais. Lorsque cela se produirait, la galaxie lointaine disparaîtrait simplement lorsque le dernier des photons atteindrait la Terre, et nous ne saurions alors jamais qu'elle a déjà été là.

Je ne comprends pas pourquoi sa lumière ne nous atteindrait jamais — Si la lumière voyage à la vitesse de la lumière, alors il semble qu'elle nous atteigne finalement, quelle que soit la vitesse à laquelle la galaxie voyage. Sa fréquence serait certainement réduite — largement rougie. Il me semble que ce ne serait qu'une question de temps pour qu'un photon donné nous parvienne - plus il est loin, plus il mettra de temps pour nous atteindre.

Si un objet était très proche de nous, mais s'éloignant de nous à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière, ne serions-nous pas encore capables de l'observer, mais à une fréquence plus basse et rougie ?

Je vous remercie de l'occasion de commenter.

La lumière ne nous atteindrait pas car la lumière n'a eu que 13,7 milliards d'années pour nous atteindre. Pour cette raison, il est possible que quelque chose se trouve à 15 ou 20 milliards d'années-lumière et que nous ne le sachions pas, car il faudrait encore quelques milliards d'années pour nous atteindre.

L'expansion de l'univers est très similaire à la cuisson des cookies. Imaginez que les galaxies sont les pépites de chocolat dans les cookies - lorsque vous les faites cuire, les pépites ne s'éloignent pas les unes des autres. C'est la pâte qui gonfle. L'espace fonctionne exactement comme ça.

Hmm . . . question interessante. Je soupçonne que l'espace lui-même pourrait être de forme statique. C'est-à-dire que les galaxies voyagent à travers elle plutôt qu'avec elle. Pourquoi les galaxies s'envolent-elles littéralement à un rythme accéléré ? Ce phénomène pourrait être provoqué par l'équivalent d'une "répulsion de polarité similaire" contrairement à l'attraction gravitationnelle. Donc . . . « Comment les galaxies peuvent-elles reculer plus rapidement que la vitesse de la lumière ? Pourquoi pas ! Nous savons ou du moins nous pensons savoir qu'un taux de récession du décalage vers le rouge .one pourrait représenter une barrière réelle franchie en reculant plus vite que la lumière pour ne plus jamais être revu.galaxies. Si cela est proche des faits, cela suggère que la partie observable de notre univers est une partie infiniment infime d'un univers total incompréhensible et hallucinant. Encore une fois, pourquoi pas ? Des lois physiques enfreintes ? Et comment le “big bang” s'intègre-t-il dans tout cela ? Je crois que oui, mais pas dans le sens accepté. Plus tard..

Tomasoni a tout à fait raison (au moins la première partie). La distance de nous à laquelle les galaxies *semblent* reculer à la vitesse de la lumière définit le rayon de Hubble. Nous voyons des galaxies plus loin que cela tout le temps. Nous les voyons dans le passé. Nous les verrons à l'avenir *à moins que* l'expansion de l'espace entre les deux ne soit trop rapide. Oubliez l'énergie noire pendant un instant et finalement, un photon d'une galaxie s'éloignant plus vite que c traverserait notre “sphère Hubble” et se déplacerait en fait vers nous au lieu de s'éloigner. Et cela finirait par nous atteindre.

L'énergie noire rend les choses plus compliquées. Si le rayon de Hubble diminue (à cause de l'expansion accélérée) plus rapidement que c, alors nous ne verrons jamais un photon émis par une galaxie de l'autre côté de celle-ci car l'expansion de l'espace continuera à éloigner le photon de nous. C'est ce que Caïn essaie d'expliquer.

Pour un examen un peu (mais peut-être pas trop) technique de ces choses confuses, voir http://arxiv.org/abs/astro-ph/0310808.

J'essaie juste de comprendre cela à ma manière, mais cette théorie pourrait-elle être analogue au mauvais rêve suivant que j'ai fait ? Il y a un couloir (espace/temps) et deux portes apparaissant à chaque extrémité du couloir. Ce que j'appellerai la porte numéro un représentera une galaxie lointaine, et la porte numéro deux à l'autre extrémité seront des observateurs sur terre, la terre elle-même ou notre galaxie, peu importe laquelle. Maintenant, dans ce rêve, je représente la lumière elle-même. Alors que je m'échappe par la porte numéro un (galaxie lointaine), je cours dans le couloir (la lumière voyage dans l'espace-temps), mais en raison de cette énergie sombre bizarre, le couloir lui-même commence à s'allonger (s'étendre). Au fur et à mesure que je cours vers des gens sur terre à l'intérieur de la voie lactée (porte numéro deux à l'autre bout), je perds progressivement de vue cette deuxième porte car elle s'éloigne de plus en plus à chaque pas que je fais. Alors que je ne peux pas perdre de vitesse de course, le couloir s'étend plus vite que je ne peux courir, rendant mes tentatives de sortir d'une galaxie lointaine et d'atteindre la voie lactée, futiles. J'imagine que dans cette analogie, il est aussi pertinent de demander pourquoi l'énergie noire augmente la distance du couloir que de demander pourquoi dans un autre scénario (peut-être un univers différent) le couloir resterait statique. C'est la nature prédestinée de notre univers à s'étendre et à l'intérieur se trouvent nos implications ressenties. La chose déroutante est de convenir que rien ne peut voyager plus vite que c sur une distance, mais lorsque vous êtes à distance, vous ne voyagez pas du tout, vous devenez plus gros. Je pense à ce phénomène comme à un problème de croissance et à l'illusion de voyager de notre point de vue d'être à l'intérieur du ventre de la bête, où l'univers lui-même peut ou non voyager n'importe où. That would be like the hallway I am running in traveling towards another hallway some other me might be running in, while either hallway elongates. We experience time (as does light) when a distance is traveled, but the universe contains time and is said distance so its expansion, and the resulting effect that has on its internal parts, is quite a different experience than the one I can think of having. Then again, I could be completely off the mark, I am just thinking.

p.s. when I say the universe contains time I mean it in the same way that the human body contains water, both are essential to the natural design and function of the resulting body (universe), when either time runs out or water dries out the universe and body are at their end.

To Dark Gnat, Isn’t it generally accepted that red-shift is as much a measure of recessional speed as is this thing you call expansion?

The light from the farthest galaxies is red shifted. Some are so red shifted that we can only get a good look at them through infra-red imaging.

The reason for the red-shifting is because the space between the galaxies and us is expanding, and the waves are spreading apart. The radiation from the earliest times that we can detect is in microwaves (cosmic microwave background radiation).

Eventually, the farthest galaxies will be so far away, that the we won’t be able to detect the whole wavelength, and it will thus be invisible.

A simpler way to look at it is this: We look at ourselves as stationary and “see” them receding faster than the speed of light. From their point of view, we are the ones receding at a superluminal velocity. Either way, we are lost ot each other.

Our traditional model of an expanding Universe is probably on the wrong track. See my study “The Mystery of Life – Does science hold the key?” (www.dwv-net.de).
Sincerely, Wolfgang

if galaxies were getting far away from us at the speed of light we would never lose the light of them because they can only speed up to the speed of light, only change would be the picture we get, simply i would be just older.

Since light does not require an “ether†, it propagates freely and independently of space, meaning it propagates free of any expansion of space. Even if the apparent velocity of expansion reaches or exceeds the absolute velocity of light, light will eventually reach us from even the most distant objects in the Universe. The only way to outrun light is to exceed the absolute velocity of light, which is impossible. Suppose the velocity of a bullet to be 1000 meters/second. Now two automobiles are speeding away from each other, each travelling at 600 meters/second. Their net velocity of 1200 m/s exceeds the velocity of the bullet. Now fire a gun from one auto, directed at the other. Do you think the auto, travelling at 600 meters per second will outrun the bullet, travelling at 1000 meters per second? It will take a bit longer, but the bullet will catch up with the car and a simple quadratic equation will prove it! Also, as space expands, gravity will pull the galaxies in our local group closer together, making the night sky much brighter than it is today, not darker!

I thought that according to theory, if you were to look at someone moving at the speed of light, they would appear to be staying still. Wouldn’t they be in another dimension were they to hit the speed of light, thus being in another dimension altogether? The galaxy would not be able to recede at light-speed otherwise it would cause us to travel to another dimension.

I like the idea of being a primordial photon. As I travel across the expanding Universe just behind me is the Big Bang, where I came from and just ahead of me is the Big Crunch, where I am heading to. In your reference frame my time stands still, and the Universe compresses to Zero distance in my line of direction. We perceive our Universe as it is simply because we cannot travel anywhere near light speeds for these effects to happen to us. As Einstein put it “Everything is just an illusion”. “Time and distance have no meaning to the photon. We “see” our Universe the way it is because of our frame of reference.

This is the dilemma to me. To say that only space is expanding at + C and the matter/galaxies it contains are not makes no sense. A bubble of space moving at + C, containing a galaxy within it, means that the contained matter is going +C at plus SOL matter supposedly becomes infinitely dense! Also, at C, time essentially stops. Therefore, beyond the speed of light we have: infinite density for matter (infinite compression as in a singularity?), time stops, and we enter a zone of effects were we can’t even make a good guess at what happens. Is my logic faulty here? Please send me your reply at: [email protected]



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Does the expansion of the Universe heat stars and bodies?

The expansion of space is about 68 km/s/Mpc, or 0.00002 km/s/light year. The radius of the sun is about 700000 km. Thus, initially ignoring additional forces, the change in radius of the sun due to the expansion of space is about 1.5*10^-9 m/sec, or 5 cm/year.

I assume that this expansion is real, and thus that there is a real separation of the constituents of matter. Gravitational forces acting on the less dense matter, however, will result in its collapse, which will convert the gravitational potential energy into kinetic energy, heating the system.

I don't know what the gravity profile of the sun is, but if you considered the collapse of an outer shell of the sun, having 1/4th the mass of the sun (5*10^29 kg), with surface gravity (270 m/s), moving 5 cm/yr will release about 2*10^23 W.

This is only about 0.05% of the energy from nuclear fusion (4*10^26 W), but could be more important in other bodies.

Is this reasoning flawed? The only objection I can think of is gravitational bounding means that the atomic positions do not change because some equilibrium position is found, but I don't see how that is really the case because the particles must move through space to maintain the apparent equilibrium.


Answers and Replies

Yes, it is correct to say that all inertial motion can only defined relative to something else. The statement "A is moving" without saying what that motion is relative to is as meaningless saying that something is "bigger" without saying what the comparison is with. We can say that A is moving relative to B, and we will get the same results whether we analyze that situation as if A is at rest while B is moving or vice versa.

This idea is one of the essential concepts behind Special Relativity, so if you're comfortable with it you're well-positioned to start learning SR.

Yes, it is correct to say that all inertial motion can only defined relative to something else. The statement "A is moving" without saying what that motion is relative to is as meaningless saying that something is "bigger" without saying what the comparison is with. We can say that A is moving relative to B, and we will get the same results whether we analyze that situation as if A is at rest while B is moving or vice versa.

This idea is one of the essential concepts behind Special Relativity, so if you're comfortable with it you're well-positioned to start learning SR.

Yes, it is correct to say that all inertial motion can only defined relative to something else. The statement "A is moving" without saying what that motion is relative to is as meaningless saying that something is "bigger" without saying what the comparison is with. We can say that A is moving relative to B, and we will get the same results whether we analyze that situation as if A is at rest while B is moving or vice versa.

This idea is one of the essential concepts behind Special Relativity, so if you're comfortable with it you're well-positioned to start learning SR.

I'm saying because that there is no definitive point of reference, to track movement, there is no motion according to the universe(look at previous analogy). Only changes in distance from separate bodies of mass. Which is what we define as motion

The only way to could measure that in a void is you versus radius of the universe I guess.

Unfortunately this thread is marked as level B, although it's clearly at least level I. So I try to answer the question "as simple as possible but not simpler" (Einstein).

The question is, if in any sense we "move" or are "at rest" in the universe. As has been stressed several times in this thread, the first thing you have to do is to find a reference frame, according to which you measure velocities. You must always say in which reference frame you measure velocity, otherwise it doesn't tell you anything.

Now, and that's why I think the "B label" in unjustified, to answer the question we need the general theory of relativity, and that's very hard to explain without math, but I'll try. According to general relativity the geometry of space and time, which together are described as a four-dimensional spacetime geometry, is determined by the energy-momentum content, and the geometry of spacetime is not Euclidean, i.e., it has a curvature, and this curvature describes gravitation. The Einstein field equations determine the geometry of spacetime for a given energy-momentum distribution.

It's also a question concerning cosmology, and in cosmology we have (by assumption!) a preferred frame of reference, because we assume that there's no preferred location or time nor a preferred location in space (cosmological principle). Now math tells us that there is a specific class of spacetimes that fulfill this cosmological principle, the socalled Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker spacetimes (FLRM spacetimes). These are exactly those spacetimes with a maximal symmetry, and there is a preferred frame of reference, where an observer at rest with respect to this reference frame is comoving with the energy-momentum distribution of the universe, which of course must also be homogeneous and isotropic as seen in this reference frame.

But observation tells us that this cannot be true, because we see the stars at the sky, and they are not just one isotropic huge light in the sky but consist of point-light sources. What's homogeneous and isotropic is the large-scale averaged energy-momentum density, and a closer investigation shows that this assumption of a maximally symmetric FLRW spacetime as a model for the large-scale coarse graint few on the cosmos is well justified: There is the cosmic microwave background radiation, which is just the relic soup of electromagnetic radiation from the big bang (which socalled Hubble expansion is by the way also implied by the FLRW-solution of the Einstein equations of GR). In earlier epochs the universe was very hot and dense, and the matter consisted of charged particles: In the very early stages of the elementary constituents of matter, of which we know only a tiny part in terms of the particles in the standard model, the quarks, leptons, photons, weak gauge bosons, and gluons, but that's another story than a bit later in form of the stable particles known today like protons, neutrons, electrons, etc. but they all were still charged particles. Now electromagnetic radiation is scattered by charged particles and thus this medium of charged particles (plasma) is opaque to radiation as long as it is dense enough. The matter itself is strongly interacting and thus in thermal equilibrium with a definite temperature, but it's cooling due to the Hubble expansion. Now since the photons are scattering also all the time with this dense plasma, it's also in equilibrium forming a socalled "black-body spectrum".

Now at a certain point the universe got cold enough such that the protons and electrons built stable bound states of hydrogen atoms, which are electrically neutral, and from then on the electromagnetic radiation decoupled from the medium, but it's spectrum still stays a black-body spectrum although with ever cooler temperatures the longer the Hubble expansion goes further on.

Indeed, the cosmic background radiation can nowadays be measured very accurately, showing a nearly perfect black-body spectrum with a very isotropic temperature of around 2.73 K, which shows that indeed our visible universe seems to be very isotropic on the large-scale average. On the other hand, the tiny temperature flucutaions of ##delta T/T simeq 10^<-5>## provide very important information on the universe and have thus vigorously studied in recent years with a lot of high-precision measurements, most importantly by satellites like COBE, WMAP, and PLANCK, but that's again another story.

Now the last paragraph was a bit simplified, and now I can finally come to your question, whether we are "moving" or are "at rest" in the universe, and this answer makes sense, because we have this preferred reference frame of the FLRW geometry of spacetime, which is defined as the frame, where a resting observer is comoving with the cosmological substrate, and where the cosmic microwave background has a isotropic temperature. Now we can also answer the question, whether we on Earth are moving with respect to this reference frame. Obviously we are, because the earth is moving around the sun and the sun is moving around the center of the galaxy and whatever other "peculiar" motion all the objects in our direct neighborhood make. The important point, however is, how to measure whether we are moving against the comoving FLRW frame or not, and this is possible again by measuring the temperature of the cosmic microwave background in all directions.

In the comoving frame by definition the temperature is isotropic around each point and the background radiation is described as a black-body spectrum, i.e., it looks precisely like the electromagnetic radiation from a perfectly black body at rest relative to the spectrometer. For an observer/spectrometer moving against the so defined restframe of the black-body radiation, sees this radiation blue or red shifted when he measures its spectrum in a direction moving towards or against the direction of its velocity vector relative to this CMBR restframe. Quantitatively it comes out that in each direction such a moving observer measures again a perfect black-body spectrum in any direction, but he finds a temperature, depending on the direction. The temperature shows a systematic variation with the direction of the spectrometer, which is described by a socalled dipole part of the CMBR temperature variations.

Indeed when the satellite COBE meausured a dipole component in the CMBR temperature variations, which indicated that we move with a speed of around 390 km/s in direction of the Leo constellation. So we can say that we indeed move relative to the comoving reference frame of the large-scale averaged FLRW spacetime.


Answers and Replies

Are we accepting that clusters of galaxies are expanding along with the space between them or not?

You implicitly say that stronger forces stop the expansion on levels smaller than clusters. You mean that these forces stop THINGS from moving.

When I stand on the surface of the earth, is it not said that I am accelerating at 32 ft/sec/sec, although I'm not MOVING toward or away from the center of the earth? Can there not be accleration or even expansion without movement?

It does not make intuitive sense to me that at some arbitrary level, expansion would no longer exist.

We may have to discover that at some relevant frame of reference, the forces of which you speak are not stronger than one another.

I agree and have puzzled about this contradiction as well. I explain it thusly:

Hubble parameter measures expansion of space and it is greater at increasing distances. Since these distances are HUGE and measured in light years, the information provided by these observations are VERY OLD. I conclude that the universe is no longer expanding since we do not see a hubble shift in our neighborhood, although we could detect it.

here is what i wrote:
https://www.physicsforums.com/showthread.php?t=335946
http://forums.anandtech.com/messageview.aspx?catid=50&threadid=2320348&enterthread=y [Broken]

Are we accepting that clusters of galaxies are expanding along with the space between them or not?

You implicitly say that stronger forces stop the expansion on levels smaller than clusters. You mean that these forces stop THINGS from moving.

When I stand on the surface of the earth, is it not said that I am accelerating at 32 ft/sec/sec, although I'm not MOVING toward or away from the center of the earth? Can there not be accleration or even expansion without movement?

It does not make intuitive sense to me that at some arbitrary level, expansion would no longer exist.

We may have to discover that at some relevant frame of reference, the forces of which you speak are not stronger than one another.

The forces of which I speak all get stronger as the distance between the objects get closer together. The expansion of the universe does not. So yes, there is a boundary between expansion and nonexpansion. it is that point where galaxies are close enough for their mutual gravitational attraction is greater than their tendancy to move apart. Galaxy clusters do not expand because the individual galaxies are close enough to each other for gravity to hold them together. Galaxy clusters move apart because they are not close enough to each other.

An analogy: You are standing on a tile floor in your stocking feet. The floor has 1ft square tiles. The floor starts to expand (the 1 ft tiles eventually become 2 ft tiles, etc.)

You will see a person standing a few tiles away recede from you. (as the tiles expand, the distance between the center of the tiles increases. )

Now imagine a third person standing next to you, and you are holding hands. The person few tiles away will still recede from you, but the person standing next to won't. This is because your grip is stronger than the friction between both of your stockings and the floor. You are like two galaxies in a local cluster gravitationally bound to each other. The tiles still expand under your feet, you just don't move apart with them.


4 Answers 4

It isn't said that galaxies don't move, or at least it isn't said by any physicists I know. Distant galaxies are moving away from us, and indeed their recession velocity can be (approximately) calculated using Hubble's Law.

The question is why the galaxies are moving away from us, or more precisely is there a theory we can use to explain not only why distant galaxies are moving away but also predict how they will move in the future. This is where General Relativity and the FLRW metric are used.

The galaxies are moving away from us because the space in between us and the galaxies is expanding. What does this mean? Well the way we measure distance in GR is using a geometrical object called the metric. The metric is a function of how matter is distributed, so for example around a black hole the metric is the Schwarzschild metric. If we take a system where matter is evenly distributed the metric that GR predicts is the FLRW metric.

The metric tells us how to calculate distances between objects. I won't go into details or this would turn into a book length answer. I'm afraid you'll have to accept that we can do this. So let's use the FLRW metric to calculate the distance to some distance galaxy, and suppose we get a billion light years. But the FLRW metric is a function of time, which means the distance we calculate depends on what time we do it. If we wait about 13.8 billion years and calculate the distance again we'll get the result two billion light years. Now we physicists would say this is because the space in between us and the galaxy has expanded, so there is more space to cross to reach the other galaxy. Yes, but the fact remains that the distance to the galaxy has increased by a billion light years in the 13.8 billion years between our two measurements so it must be moving away from us. We can even estimate its velocity as about 1/13.8 times $c$.

So the bottom line is that the galaxies are moving away from us because space is expanding. And General Relativity predicts how fast they are moving away from us.

Relative velocities are a problematic concept in general relativity: Whereas you can directly compare any two velocity vectors in a flat Minkowski universe, you cannot do so in a curved one.

Of course, we can locally approximate curved spacetime with Minkowski spacetime the same way we can approximate the surface of the earth with flat Euclidean space. This is most obvious in normal coordinates and works as long as the metric tensor $g_$ differs from the Minkowski version $eta_$ only negligibly due to small curvature or short distances: $ g_ = eta_ + frac13R_x^ ho x^sigma + mathcal O(x^3) $

In general, that's not an option: The tangent spaces (which is where velocities live) rooted at different spacetime events are separate and you need to perform a path-dependent parallel transport to meaningfully compare velocity vectors.

If I'm not mistaken (hopefully, someone will correct me if I am), gravitational redshift in Schwarschild spacetime and cosmological redshift in FLRW spacetime actually reduce to special-relativistic doppler shift via parallel-transported velocities along the appropriate null geodesic (ie light path).

In a FLRW spacetime (which we use to model our expanding universe), in addition to the local approximate and the generic path-dependent concept of relative velocities, there is yet another variant:

A certain class of distinguished inertial reference frames can be used to define comsmological time as well as a comoving coordinate grid in space. The proper distance between two points at rest relative to that grid increases, which yields the recessional velocity that appears in Hubble's law. At small distances, it agrees with our other concepts of relative velocities, but at large distances, it does not and can in particular exceed the speed of light $c$ (which relative velocities really shouldn't).

The common physical interpretation of this velocity is as rate of expansion of space: It measures the stretching of the fabric of the universe between two galaxies analogous to the growing distance between dots on an expanding balloon. In addition to that, we also need the so-called peculiar velocity to fully describe relative motion, which is measured relative to the rest frame defined by our comoving grid and will contribute a doppler part to the total redshift.


The exact issue of this question,

and indeed whether the whole pedagogical idea of "space expanding," is crap.

For example, section 2.6.2, is a question identical to the OP here.

2.6.2 Is everything expanding?

An extension of the argument against global expansion given in section 2.2 is that is should be undetectable, since everything will simply expand with it.

They essentially go on to say that because atoms don't expand we can measure redshift, eg,

Which does seem to be the asymptotic answer here.

The "kid's" way of understanding the expanding universe is that: "space" is totally "ordinary", and all the galaxies are expanding through it (like an explosion). Of course, that's wrong.

It's not wrong. There is no difference in general relativity between "expansion of space" and simple relative motion. They are the same phenomenon described with respect to different coordinates.

Here's an analogy. On a planet-sized ball of dirt (the earth without oceans, mountains, etc.), carve a bunch of straight (great-circle) foot paths from one pole to the other, all of a fixed width (say 1 meter). As you go away from the poles, the foot paths get farther away from each other, reaching a maximum distance at the equator, then reconverge to the other pole.

Now consider this situation from the perspective of polar coordinates (latitude and longitude). Each path is at a constant longitude. As the latitude changes, the paths don't move apart or together they remain at fixed longitudinal separations, while the scale factor relating the longitude to physical distances changes.

Is the separation of paths now unobservable, because the metric itself is being rescaled? No. You don't change physical reality by choosing new coordinates for it. In polar coordinates, the coordinate width of the path decreases as the scale factor increases, meaning that the physical distance between the paths, measured using the physical path width as a meterstick, increases just as before. The decrease in coordinate width is not the result of a physical force acting against the expansion force. There is no expansion force. There are just paths of constant width that don't know or care about the properties of the coordinate system that you chose.

This is a very close analogy. FLRW cosmologies have an approximate symmetry similar to the symmetry of the earth around its axis of rotation, and FLRW coordinates are similar to polar coordinates. The cosmological time is the latitude, and the spatial position is the longitude.

The laws of physics are local. If you look at any small portion of the earth (away from the equator), the footpaths on it are diverging. That local divergence (relative motion) is all that the laws of physics actually "see". We humans recognize the overall shape, and the great circles, and choose global coordinates that respect the global symmetry. That's our choice. The universe doesn't care.


Voir la vidéo: Cest quoi le décalage vers le rouge? red shift - exercice corrigé effet doppler terminale S (Décembre 2022).