Rozciąganie czy przyrost czasoprzestrzeni?

Gajowy · 15 Kwietnia 2016

Cześć.

Byłem wczoraj na arcyciekawym wykładzie na temat fal grawitacyjnych. Prowadziła go pani profesor Agnieszka Kryszczyńska z UAM. Niestety, nie potrafiłem sformułować jednego pytania, które od jakiegoś czasu gryzie mnie jak robak, a bez uzyskania pewności nie jestem w stanie pójść dalej w rozumieniu wszechświata ;P.

Otóż, czy czasoprzestrzeń się rozciąga/rozszerza razem z układem współrzędnych czy przyrasta? Mówiąc obrazowo, czy prosty i sztywny patyk włożony do zakrzywionej czasoprzestrzeni pęknie, czy dla niego świat pozostanie prosty?

Wracając do fal grawitacyjnych - czy dostatecznie silna fala grawitacyjna w pobliżu źródła zjawiska może doprowadzić np. do rozerwania atomów?

Wydaje mi się, że tak, skoro fala grawitacyjna objawia się chwilowym zakłóceniem rozmiarów. Oznaczałoby to, że w pewnym miejscu tej odległości (przestrzeni) trochę przybywa, by za chwilę było jej tam mniej niż początkowo (oscylacje wokół wartości początkowej). Atomy muszą więc podlegać gwałtownemu ściskaniu i rozciąganiu o sile zależnej od energii fali czyli odległości od zjawiska. Dobrze myślę?

Jeśli tak, to zjawiskom powstania fali grawitacyjnej powinny towarzyszyć fajerwerki (gamma?) otaczającej materii, bo rozbiciu atomów czy ich jąder towarzyszy przecież silne promieniowanie.

I ostatnie akademickie pytanie - skoro Wszechświat się rozszerza, to czy jesteśmy w stanie podać o ile cm na metr na rok?

Pzdr,

lekko zakręcony

Gajowy

Edytowane 16 Kwietnia 2016 przez Gajowy

r.ziomber · 16 Kwietnia 2016

skoro Wszechświat się rozszerza, to czy jesteśmy w stanie podać o ile cm na metr na rok?

http://pl.wikipedia.org/wiki/Prawo_Hubble%E2%80%99a

Behlur_Olderys · 16 Kwietnia 2016

Wracając do fal grawitacyjnych - czy dostatecznie silna fala grawitacyjna w pobliżu źródła zjawiska może doprowadzić np. do rozerwania atomów?

Wydaje się że tak, bo działa to na tej samej zasadzie co siły pływowe. Na Ziemi to tylko przypływy, ale na Saturnie rozerwało księżyc w pierścień W pobliżu silnego zródła fal grawitacyjnych na pewno może dojść do rozerwania atomu, ale oczywiście mówimy o rzeczach szalenie skomplikowanych i na granicy dzisiejszej fizyki

Gajowy · 16 Kwietnia 2016

Wydaje się że tak, bo działa to na tej samej zasadzie co siły pływowe. Na Ziemi to tylko przypływy, ale na Saturnie rozerwało księżyc w pierścień W pobliżu silnego zródła fal grawitacyjnych na pewno może dojść do rozerwania atomu, ale oczywiście mówimy o rzeczach szalenie skomplikowanych i na granicy dzisiejszej fizyki

Dziękuję Wam obu za odpowiedź. Wczorajszy wykład unaocznił mi jak dzisiejsza fizyka jest daleko w kosmosie .

Ale chyba ktoś policzył już jak zachowuje się materia w takiej powiększającej się przestrzeni... Z jednej strony światło leci po krzywej wokół dużych mas (choć samo "sądzi" że leci prosto jak myślę), z drugiej obserwujemy wydłużenie odległości, czyli wydłużone ciało (bardziej niż o ułamek rozmiaru protonu) musi to odczuć. Nieogarniam .

Muszę poszukać jakieś przystępnej literatury na ten temat .

Pzdr,

Gajowy

Edytowane 16 Kwietnia 2016 przez Gajowy

Behlur_Olderys · 18 Kwietnia 2016

Na pewno jest jeden dość intuicyjny efekt: długoś fali światła. Na początku masz wyemitowany foton o energii 1 keV. Leci on przez rozszerzający się Wszechświat. Po 2 latach Wszechświat rozszerzył się 2 krotnie. Foton ma teraz energię 0.5 keV, czyli 2x mniej. Jego prędkość jest dalej taka sama, długość fali wydłużyła się tak, jak wszystko w tym wszechświecie. Energia jest proporcjonalna do częstotliwości, a częstotliwość odwrotnie proporcjonalna do długości fali. Moim zdaniem można podejrzewac, że prosty, sztywny patyk zupełnie się nie zmieni, tak jak kontrakcja Lorentza nie kurczy rakiet, to tylko efekt porównywania pomiarów z dwóch różnych punktów odniesienia

Ale to tylko domysły, jeszcze sobie tego nie liczyłem na spokojnie:)

Edytowane 18 Kwietnia 2016 przez Behlur_Olderys

ryszardo · 18 Kwietnia 2016

Pewnie, że ekspansja Wszechświata nie wpływa na rozmiary zwykłych przedmiotów. To wynika z tego, że za ich "sztywność" jest ogromna w porównaniu ze "sztywnością" czasoprzestrzeni. Co innego silne pola grawitacyjne, ale to inna kwestia.

Z całą pewnością korzystając z linijki zaobserwujemy rozciąganie czasoprzestrzeni, co do zasady oczywiście. Ale obliczenia warto byłoby przeprowadzić.

Edytowane 18 Kwietnia 2016 przez ryszardo

Rhobaak · 18 Kwietnia 2016

Przy obecnym tempie ekspansji patyki są bezpieczne. Jeśli jednak tempo ekspansji będzie w przyszłości wzrastało, to czeka nas Big Rip i wszystkie patyki popękają, choćby nawet były wykonane z neutronium:)

Gajowy · 18 Kwietnia 2016

Na pewno jest jeden dość intuicyjny efekt: długoś fali światła. Na początku masz wyemitowany foton o energii 1 keV. Leci on przez rozszerzający się Wszechświat. Po 2 latach Wszechświat rozszerzył się 2 krotnie. Foton ma teraz energię 0.5 keV, czyli 2x mniej. Jego prędkość jest dalej taka sama, długość fali wydłużyła się tak, jak wszystko w tym wszechświecie. Energia jest proporcjonalna do częstotliwości, a częstotliwość odwrotnie proporcjonalna do długości fali. Moim zdaniem można podejrzewac, że prosty, sztywny patyk zupełnie się nie zmieni, tak jak kontrakcja Lorentza nie kurczy rakiet, to tylko efekt porównywania pomiarów z dwóch różnych punktów odniesienia

Ale to tylko domysły, jeszcze sobie tego nie liczyłem na spokojnie:)

A co się dzieje z tym pozostałym 0.5 keV energii?

Pewnie, że ekspansja Wszechświata nie wpływa na rozmiary zwykłych przedmiotów. To wynika z tego, że za ich "sztywność" jest ogromna w porównaniu ze "sztywnością" czasoprzestrzeni. Co innego silne pola grawitacyjne, ale to inna kwestia.

Z całą pewnością korzystając z linijki zaobserwujemy rozciąganie czasoprzestrzeni, co do zasady oczywiście. Ale obliczenia warto byłoby przeprowadzić.

Przy obecnym tempie ekspansji patyki są bezpieczne. Jeśli jednak tempo ekspansji będzie w przyszłości wzrastało, to czeka nas Big Rip i wszystkie patyki popękają, choćby nawet były wykonane z neutronium:)

Czyli wniosek jest taki: linijka ani patyk się nie wydłuży wraz z przestrzenią, ale fala grawitacyjna o odpowiednio dużej energii mogłaby im zaszkodzić.

Jedna z informacji przekazanych podczas wykładu było, że fala grawitacyjna to efekt przyspieszenia masy, a nie samej masy. Czy to oznacza, że np. wirująca czarna dziura sama z siebie nie generuje fal grawitacyjnych?

Pzdr,

Gajowy

WielkiAtraktor · 18 Kwietnia 2016

Jedna z informacji przekazanych podczas wykładu było, że fala grawitacyjna to efekt przyspieszenia masy, a nie samej masy. Czy to oznacza, że np. wirująca czarna dziura sama z siebie nie generuje fal grawitacyjnych?

Tak, o ile ciało jest obrotowo symetryczne, to nie generuje.

Edytowane 18 Kwietnia 2016 przez WielkiAtraktor

Behlur_Olderys · 18 Kwietnia 2016

A co się dzieje z tym pozostałym 0.5 keV energii?

Świetne pytanie! Wszechświat ~14mld lat temu był gorącą, świecącą kulą ognia, co się stało z tą energią?

Przesunięcie w czerwieni fotonów lecących przez rozszerzający się wszechświat koncepcyjnie - w ramach teorii - nie różnią się zbytnio od grawitacyjnego poczerwienienia fotonów wyemitowanych np. z powierzchni Ziemi.

Czy słyszałeś o eksperymencie Pund & Rebka?

https://en.wikipedia.org/wiki/Pound%E2%80%93Rebka_experiment

A w tym eksperymencie co się stało z energią fotonów? Na ziemi miały dużą energię, a na pewnej wysokości - już mniejszą.

Albo jak rzucisz piłką w górę, to co się stanie z jej energią kinetyczną, kiedy na chwilę zawisa w powietrzu, żeby po chwili upaść?

Jeśli wystrzelisz rakietę z odpowiednio dużą prędkością, to nie spadnie na Ziemię, ale część energii straci w celu pokonania grawitacji Ziemi.

Tutaj też energia się "marnuje"!

Zamienia się w energię potencjalną - mówi się na lekcjach fizyki. Fotony nie spadają z powrotem na Ziemię, ani nie wracają z powrotem do BigBangu, ale stopniowo tracą energię. Tak ja bym to interpretował.

Gajowy · 18 Kwietnia 2016

Świetne pytanie! Wszechświat ~14mld lat temu był gorącą, świecącą kulą ognia, co się stało z tą energią?

Przesunięcie w czerwieni fotonów lecących przez rozszerzający się wszechświat koncepcyjnie - w ramach teorii - nie różnią się zbytnio od grawitacyjnego poczerwienienia fotonów wyemitowanych np. z powierzchni Ziemi.

Czy słyszałeś o eksperymencie Pund & Rebka?

https://en.wikipedia.org/wiki/Pound%E2%80%93Rebka_experiment

A w tym eksperymencie co się stało z energią fotonów? Na ziemi miały dużą energię, a na pewnej wysokości - już mniejszą.

Albo jak rzucisz piłką w górę, to co się stanie z jej energią kinetyczną, kiedy na chwilę zawisa w powietrzu, żeby po chwili upaść?

Jeśli wystrzelisz rakietę z odpowiednio dużą prędkością, to nie spadnie na Ziemię, ale część energii straci w celu pokonania grawitacji Ziemi.

Tutaj też energia się "marnuje"!

Zamienia się w energię potencjalną - mówi się na lekcjach fizyki. Fotony nie spadają z powrotem na Ziemię, ani nie wracają z powrotem do BigBangu, ale stopniowo tracą energię. Tak ja bym to interpretował.

To znaczy, ze energia tracona jest nie na skutek wydłużenia się przestrzeni, ale ze względu na samą pokonywaną odległość od źródła.

A co się stanie, jak u kresu podróży foton odbije się od lustra i wróci?

Pzdr,

Gajowy

P.S. Dzięki za link, poczytam gdy znajdę chwilę, by się skupić.

WielkiAtraktor · 18 Kwietnia 2016

Bodajże na astronomia.pl ktoś kiedyś zadał to pytanie i z ciekawości poczytałem trochę w Sieci (wystarczy wyszukać "photon energy universe expansion"). Zwykle tłumaczy się to tym (upraszczam teraz i pewnie spłycam), że nie można oczekiwać zachowania energii między różnymi układami odniesienia; tu: między lokacją wyemitowania fotonu w epoce rekombinacji a wykryciem go współcześnie.

Behlur_Olderys · 18 Kwietnia 2016

To znaczy, ze energia tracona jest nie na skutek wydłużenia się przestrzeni, ale ze względu na samą pokonywaną odległość od źródła.

No, niekoniecznie. Gdyby nie krzywizna przestrzeni (a puchnięcie wszechświata to też pewna krzywizna) to energia by się nie traciła. Pole grawitacyjne Ziemi to też krzywizna. Foton "na płaskim" nie straci energii, tylko na "krzywym"

Jeśli by się odbił - cóż, do BigBangu wrócić nie można. Cofnie się w przestrzeni, ale nie w czasie. To super fajne tematy do rozkminy:)

Bocian · 18 Kwietnia 2016

Wydaje się że tak, bo działa to na tej samej zasadzie co siły pływowe. Na Ziemi to tylko przypływy, ale na Saturnie rozerwało księżyc w pierścień W pobliżu silnego zródła fal grawitacyjnych na pewno może dojść do rozerwania atomu, ale oczywiście mówimy o rzeczach szalenie skomplikowanych i na granicy dzisiejszej fizyki

... mam wątpliwości - przy tak małych rozmiarach chyba zaczynają dominować zjawiska kwantowe i klasyczna teoria grawitacji nie nadaje się do opisu zjawisk w takiej skali.

Gajowy · 18 Kwietnia 2016

... mam wątpliwości - przy tak małych rozmiarach chyba zaczynają dominować zjawiska kwantowe i klasyczna teoria grawitacji nie nadaje się do opisu zjawisk w takiej skali.

Tu nie chodzi o teorię grawitacji tylko o wpływ fali grawitacyjnej na przestrzeń. Jak myślę, fala grawitacyjna zmienia odległości zarówno w makro jak i w mikroskali. Jaki to ma wpływ na atomy i ich jądra? Gdzieś (chyba na Wikipedii) przeczytałem, że odebrano słabe promieniowanie gamma skorelowane czasowo z zaobserwowaniem fali grawitacyjnej, ale nie ma pewności, że pochodzi z tego samego źródła.

Pzdr,

Gajowy

Intimate · 22 Kwietnia 2016

A czy to, o czym dywagujemy czyli zmiana widma (tracienie energii), nie jest czasem zwykłym efektem dopplera ? Bo co gdyby wszechświat się kurczył ? Energia by rosła ? Mnie się wydaje, że energia pozostaje ta sama tylko dla naszego układu odniesienia jej efekty się zmieniają.

Behlur_Olderys · 23 Kwietnia 2016

A czy to, o czym dywagujemy czyli zmiana widma (tracienie energii), nie jest czasem zwykłym efektem dopplera ? Bo co gdyby wszechświat się kurczył ? Energia by rosła ? Mnie się wydaje, że energia pozostaje ta sama tylko dla naszego układu odniesienia jej efekty się zmieniają.

Można powiedzieć, że jest to grawitacyjny efekt dopplera. Nie ma nic wspólnego z ruchem względnym, ale z porównywaniem pomiarów w dwóch różnych punktach zakrzywionej czasoprzestrzeni, a zatem w dwóch różnych układach nieinercjalnych.

Polecam nawet wikipediowy artykuł:

https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_redshift

Przy czym warto zauważyć, iż efekt zachodzi w obie strony: "startujący" z Ziemi foton traci energię, a "lądujący" na Ziemi - zyskuje.

I tak, rzeczywiście, gdyby wszeświat się kurczył, to energia by rosła. Zresztą kurczenie/rozszerzanie są powiązane ze sobą operacją odwrócenia współrzędnej czasowej. A jak widać, gdy zaczniemy cofać się w czasie, to dojdziemy do Wielkiego Wybuchu. A zatem całkowicie jest prawdziwe stwierdzenie, że gdyby wszechświat się kurczył (rozszerzał wstecz w czasie) to energia rośnie.

Co zupełnie nie zmienia faktu, iż masz całkowicie racje mówiąc: energia się nie zmienia, tylko zmieniają się efekty dla naszego układu odniesienia. Wielkości możemy mierzyć tylko w jakichś układach odniesienia. To co tak naprawdę mierzymy (jakieś wartości własne jakichś operatorów jakichś funkcji falowych jakichś cząstek?) prawdopodobnie jest to cały czas to samo, tylko nasze pomiary są inne, tak samo, jak stojąc na stacji mierzymy pociąg krótszy, niż osoba w środku, co nie znaczy, że pociąg się wydłuża czy skraca, tylko że pewne rzeczy, które mierzymy nie mają bezpośredniego odniesienia do stanu faktycznego, ale są z nim powiązane przez czasami dość nieoczywiste wzory. Pozdrawiam!

Edytowane 23 Kwietnia 2016 przez Behlur_Olderys