Розширення простору в просторічному плані

Поки я зрозумів, що розширення космосу не слід розуміти, як зірки, що розпливаються далі через космос. Є щось більш фундаментальне - наприклад, ви не можете просто виміряти швидкість його, а також не сказати, де знаходиться центр Всесвіту (середина точки розширення). Що ж, деякі розумні люди отримали мене від того, що я знаю відповідь "Простий, очевидний, акуратний і неправильний" на "Я не маю поняття, що це таке".

Чи є ресурс / метод, який би дозволяв мирянам зрозуміти, як думати про спотворення простору, як-от його розширення; візуалізувати та розуміти концепцію правильно та без помилкових спрощень; зрозуміти це, перш ніж спробувати заглибитися в основні деталі фізики?

В основному, якщо дві частинки розмістити без іншої взаємодії між ними , відстань між ними збільшиться.

Уявіть, що ви живете на поверхні повітряної кулі, яка підірвана. Ваш розмір залишається зафіксованим, оскільки ви більш-менш жорсткі, але предмети, не прикріплені до вас, віддаляються далі. Ваш лінійка, ще одне жорстке тіло, залишається зафіксованим за розміром (хоча він може зігнутися, щоб пристосувати нову кривизну - це не так важливо). Але два правителі (які не прикріплені один до одного) віддаляються далі.

... також, якщо все, включаючи всі наші вимірювальні прилади, розширюється з однаковою швидкістю, як ми можемо визначити факт його розширення? : D

Спочатку це здається правдою, проте тут грають інші сили. Наші вимірювальні прилади утримуються разом електромагнітними взаємодіями, і сила їх не зміниться. Так вимірювальний пристрій буде триматися разом.

Уявіть два далекі атоми. Коли простір розширюється, відстань між двома атомами збільшується. Однак розмір ¹ атома не робить - це визначається електростатичною рівновагою (і квантово-механічними міркуваннями), і це залишається без змін. Навіть якби атом був розтягнутий, він би відскочив.

Це масштабується до вимірювальних приладів, тому вони також не спотворюються. Дійсно, розширення простору має справді сенс лише при погляді на галактики - вони досить далекі (коли не в одному суперкластері), і вони не мають жодної взаємодії, підтримуючи рівноважну відстань між ними.

^{1. Який би найближчий аналог ми не мали «розміру» для атомів; наприклад, площа, яка містить 99% щільності заряду; або n-й радіус Бора.}

Хороша аналогія, яка показує, що розширення не має центру, - це один із 2D аркушів, покритих рівномірними крапками - що представляють галактики, де знаходиться одна в центрі:

У міру розширення Всесвіту точки (галактики) віддаляються одна від одної:

Тепер, якщо ви накладете майбутні і теперішні зображення, що вишикуються на центральній галактиці (ми), ви можете побачити, що всі інші галактики, здається, віддаляються від нас, і що чим далі, тим швидше вони здаються відступаючими:

Однак якщо ви вишикуєтесь на будь-яку іншу галактику на зображенні, ви можете побачити, що всі інші галактики, здається, віддаляються від них:

Оскільки жодні дві точки не можуть бути центром Всесвіту, ми можемо лише зробити висновок про відсутність центру Всесвіту.

Джерело зображення