KESKUSTELU

Usein näkee puhuttavan siitä, että riittävä massa ja siten suuri gravitaatio estäisi laajenemisen, ja johtaisi sitten loppu rytinään eli avaruuden kutistumiseen. Minulle ei kuitenkaan ole oikein käynyt selväksi miten gravitaatio tämän tekisi (siis jos oletamme että massaa olisi riittävästi), eli miten se vaikuttaisi itse avaruuteen (tilaan)? Miksi painovoima ei vain keräisi valtavaa galaksi könttää yhteen paikkaan ja muu tila jatkaisi edelleen laajenemistaan? Vai vaikuttaako painovoima jotenkin myös itse tilaan, vai mitä en ymmärrä?

Ajattelin tätä hieman ns. "ilmapallo mallin" kautta, jossa galaksit sijaitsevat laajenevan pallon pinnalla. Voisin kuvitella pallon kutistuvan jos galaksien gravitaatio vaikuttaisi pallon läpi (eli kolmannessa ulottuvuudessa), jolloin galaksit painaisivat pallon pintaa sisään päin gravitaation kaareuttaessa pintaa eli aika-avaruutta. Pitääkö tällainen tulkinta yhtään paikkansa todellisessa maailmankaikkeudessa (luonnolliset mukaan lisättynä ulottuvuudet) vai onko kyseessä jokin ihan erilainen mekanismi?

Ajatteluvirheesi on, että painovoima ja avaruuden laajeneminen eivät ole erillisiä asioita. Painovoima ei "estä" laajenemista, vaan painovoima näyttäytyy avaruuden laajenemisena.

Tässä vähän asian vierestä aikaisempaa keskustelua:

tahtitiede-ja-avaruus-f6/gravitaatioko-hidastaa-universumin-laajenemista-t6419.html

@teramut
Voisitko hieman selventää? Kuinka painovoima tarkalleen ottaen näyttäytyy avaruuden laajenemisena? Yleensä näistä kun on tupattu puhumaan siihen malliin kuin ne olisivat juuri vastakkaisia tai lähes vastakkaisia asioita.

@ykskivi
Kiitos! Mitä nyt kattelin topiccia, näyttää siltä että vähän sama kysymys, mutta en löytänyt oikein vastausta kysymykseeni. Se oli kuitenkin hyvä selvittämään mahdollisen väärinkäsitykseni ilmapallo analogiasta.

Kysymykseni ytimen voisi kaiketi muotoilla näin: Miten painovoima saa otteen tilan laajenemisesta niin, että se voisi pysäyttää sen? Ja vetää "reunoja" takaisinpäin?

uh, esitit hankalan kysymyksen.

Lyhyt vastaus on kuitenkin, että pitää osata ajatella neliulotteisesti ja epäeuklidisesti, joka on on hieman vaivanloista, noin kylmiltään.

Mutta olet oikeassa pohtiessasi, että Newtonin avaruudessa tosiaan vain galaksit tulevat takaisin samaan könttään, kuten olet ymmärtänyt. Eli avaruus on siinä staattinen ja absoluuttinen.

Einsteinin malli ei kuitenkaan ole kolmiulotteinen, vaan siinä on neliulotteinen aika-avaruus, joka on kaareutunut, siten että jokaisessa pisteessä geodeesi osoittaa singulariteettiin. En edes yritä selittää tätä ymmärrettävästi, koska sitä tuskin on edes missään populaareissa kirjoissa selitetty ymmärrettävästi, vaan kirjailija on vain toivonut ettei lukija esitä tuota kysymystäsi. Myöskään ei-populaareissa kirjoissa tätä ei ole selitetty, mutta aiheesta on annettu yhtälöt, jolloin fysiikan opiskelijat voivat joko ignoroida asian ymmärtämisen ja laskea tai sitten halkaista päänsä ja feilata tentin.

Ongelmalliseksi asiat kuitenkin menee siinä suhteen, että gravitaatio pysäytti laajenemisen jo hetkellä nolla + infinitesimaali. Eli dynaaminen maailmankaikkeus on looginen mahdottomuus, koska alkulaajeneminen vaati lähes äärettömän energian. (Tähän on esitetty »ratkaisu» joka olettaa, että alussa maailmankaikkeus laajeni lähes äärettömän nopeasti, joka siis ei ollut matemaattinen äärettömyys, koska kvanttifysiikan indeterminismi)

Mutta tämä ei ole sitä mitä näemme, vaan havaintojen mukaan elämme kolmiulotteisessa (tai neliulotteisessa, jos aika otetaan mukaan, mikä ei ole välttämätöntä, koska neliulotteinen aika-avaruus on vain matemaattinen työkalu) maailmankaikkeudessa, joka kuitenkin on kaareutunut neliulotteisen hyperpallon pinnaksi. Näin jokaisen pisteen ympärillä on aina yhtä paljon galakseja, joten tällainen pallogeometrinen maailmankaikkeus on gravitaation suhteen tasapainossa.

Koska tällainen pallogeometrinen maailmankaikkeus, jonka ympäri Kolumbus voisi purjehtia tähtilaivalla, on gravitaation suhteen tasapainossa, niin alkulaajeneminen ei ollut ongelma, koska laajeneminen tai supistuminen ei ole riippuvainen maailmankaikkeuden energiatiheydestä, eli gravitaation intensiteetistä. Lisäksi kun katsomme taustasäteilyä, niin näemme maailmankaikkeuden kokonaisgeometrian tasaisena, eli sillä ei ole positiivista tai negatiivista nettokaareutumista (kuten suhtis ja newtonin gravitaatioteoria ennustaisivat dynaamiselle maailmankaikkeudelle).

Eli vastaus kysymykseesi. Suhteellisuusteorian mukaan gravitaatio pysäytti laajenemisen jo 13.7 gigavuotta sitten, mutta pallogeometrisessa maailmankaikkeudessa gravitaatiolla ei ole vaikutusta laajenemiseen, koska pallogeometrinen reunaton maailmankaikkeus on gravitaation suhteen tasapainossa.

(Varoitus: usein suhteellisuusteorian (ja newtonin gravitaatioteorian) kontekstissa puhutaan positiivisesta ja negatiivisesta kaareutumisesta. Nämä eivät kuitenkaan tarkoita sitä mitä tarkoitin itse tuossa yläpuolella. Koska positiivinen kaareutuminen tosiaankin ei tapahdu kolmessa tila-ulottuuvudessa, vaan neliulotteisessa aika-avaruudessa. Tämä ei siis tarkoita sitä, että positiivisesti kaareutunut maailmankaikkeus olisi pallogeometrinen kolmessa ulottuvuudessa, ei, positiivinen kaarevuus tarkoittaa vain sitä, että maailmankaikkeude kaikki geodeesit lähtevät singulariteetistä ja osoittavat singulariteettiin. Se siis ei tarkoita sitä, kuten usein virheellisesti ilmaistaan, että laajenevaa ja supistuvaa maailmankaikkeutta voitaisiin kuvata ilmapallon pinta analogialla, koska tämä analogia antaa virheellisen kuvan maailmankaikkeuden geometriasta.

Varoitus2: tiedefoorumilla on paljon peikkoja, jotka eivät hyväksy sitä, että maailmankaikkeus laajenee, koska tosiaankin dynaaminen maailmankaikkeus on newtonin/einsteinin dynamiikassa kauniisti sanottuna absurdi ajatus!)

Einsteinin yhtälö on muotoa G = T, missä G kuvaa miten avaruuden pituudet muuttuvat ajan ja paikan suhteen, ja T kertoo minkälaista tavaraa maailmankaikkeus sisältää.

Olen tästä samasta asiasta keskustellut suoraan asiantuntijoiden kanssa, jotka eivät ole ymmärtäneet kysymystä minkä juuri itsekkin heitit kehiin, päinvastoin. Heille on ihan selvää että gravitaatio, jos massaenergiaa on universumissa tarpeeksi paljon, johtaa universumin romahtamiseen kasaan. Ikäänkuin universumi olisi kuitenkin joku 3D-pallo mitä se ei ole. Ja vastaavasti, ilmapallovertaus on edelleenkin todella hyvä, olkoonkin että se on kaksiulotteinen malli mutta auttaa visualisoimaan ja hahmottamaan universumia. Jos universumi kuvataan tällä pallopinnalla olevana varjona, missä ei ole z-ulottuvuutta, niin mielestäni gravitaatio keskittää massaenergiat pikkuhiljaa lähemmäksi toisiaan, tietenkin, ja samaan aikaan jostain kumman syystä pallopinta eli avaruus laajenee kaiken aikaa. Tätä pallopinnan eli avaruuden laajenemisen aiheuttajaa nimitetään pimeäksi energiaksi?

Ainakin se maailman reuna näytätytyy tuoreena meille, joten ei kai niitä mittasuhteita voi edes tajuta. Periaatteesas varmaan kaikki voisi ollakin jo samassa kasassa, mutta se vain näyttää olevan tilana. Se tilakäsitys on vain sinun oman tietoisuutesi tulosta. Ainut ratkaiseva asia on vain vuorovaikutus, ellei sekin ole jonkinlainen illuusio.

Ei voi kuin ihmetellä, ja ihmetellä lisää. Reuna näyttäytyy meille joka puolella, aivan niinkuin Tuppu L 2.0 tuossa kertoi. Miksi. Siksi koska kaikeus on todella iso, informaatiolta ottaa suunnattomasti aikaa jokapuolelta valua tänne. Homma toimii vain jos täräytetään alkulima hajalleen suunnattoman laajaan tilaan, suunnattoman laajaan tilavuuteen ja kehitys alkaa suunnilleen samaan aikaan joka puolella. Tämä onnistuu vain suunnattoman suuressa tapahtumassa jossa on suunnattoman kuuma alussa. Kun lämpö laajenemisen myötä laskee, voi alkaa muutos siinä alkulimassa joka on jo levittäytynyt suunnattoman laajalle suunnilleen samaan aikaan. Nyt voi alkaa infon valuminen joka puolelta ja se ottaa aikaa. Siksi näemme kaiken tuoreena jokapuolella.Tämä sopii suorastaan helvetin hienosti alkuräjähdysteoriaan, noin periaatteessa.

Se kuitenkin on pilattu täysin naurettavilla päätelmillä tyhjästä syntymisistä ja äärettömistä sitä ja tätä, myös tyhjästä syntyvillä aika-avaruus kudelmilla, joka on kuin suoraan sadusta keisarin uudet vaatteet.

Mitään aika-avaruutta ei ole, sitä ei tarvita yhtään mihinkään, kaikki voidaan selittää ilman sitä..
Siksi ei ole aika-avaruuden rypistymistäkään, ei mitään geodeeseja joita pitkin tavarat liikkuu kuin junat kiskoilla, ilman kiskoja. On vain materian vapauttamia vuorovaikutuksia joilla on rajallinen nopeus ja taipumus aiheuttaa illuusioita.

Ei ilmapallohavainnollistus toimi noin. Havainnollistuksessa kolmaskin ulottuvuus on pallon pinnalla. Pallopinnan täplät eivät vaikuta kuin pinnan laakamatogeometrian kautta. Muuten on pallovertaukseen sotkettu yli kolme tilaulottuvuutta.

Havainnollistamiset ovat hankalia. Jatkuvasti näkee avaruuden geometriasta verkkokuvia erilaisina suppiloina ja painanteina. Ja siinä joku planeetta montussa sellaisenaan. Havainnollistamiset pitäisi kieltää elleivät ne muuta tee kuin johtavat harhaan.

Paul M, olen syvästi tietoinen ilmapallovertauksesta, suorastaan liikkutuneen tietoinen, en suoraan sanoen ymmärrä miksi täysin selvä kolmiulotteinen tapahtuma täytyy yrittää selitellä täysin luonnonlakien vastaisella, kaikkea logiikkaa suorastaan herjaavalla tavalla. Kaksi ulottuvuutta jossa on komaskin mukana? Jos poistamme yhden ulottuvuuden kolmesta, poistamme samalla kaikki.
Ei siis yritetä selittää asioita täysin mahdottomilla esimerkeillä.

Nouseva rusinapulla taikina toimii paremmin, kun ajatellaan vain rusinoita, ja se käy vain laajenemisen kuvaamiseen .

Kaikkein parhaiten laajenemisen kuitenkin voi kuvata aivan suoraan 3D mallilla, jossa on mieletön määrä äärimmäisen pieneen tilaan puristuineita pisteitä. Alussa gravitaation kuollessa jokainen piste alkaa laajeta, työntäen toinen toistaan. Viereinen piste ei liiku alussa minnekään, seuraava jo äärimmäisen vähän, sen välimmäisen pisteen turpoamisen verran. jne jne.

Pisteet ei kuitenkaan turpoa loputtomiin, vaan se loppuu kun pisteen sisäiset voimat saavuttavat tasapainon. nyt jokainen piste alkaa erkaantua toisistaan hyvin hyvin maltillisella nopeudella viereisten pisteiden suhteen, eroa nopeuteen syntyy vasta hyvin suurten etäisyyksien myötä.
Jokainen piste tuntee olevansa keskipiste, vaikka tietenkään ei ole.

Nuo pisteet voivat olla vaikkapa kvarkkeja, se toimii jo hyvin teoriassa ainakin.

Kvarkkien ympäristö on kuitenkin kuuma, mutta se jäähtyy laajenemisen myötä, jossakin vaiheessa kvarkit pystyvät muodostamaan kolmen kvarkin kokonaisuuksia, neutroneita, joista alkaa materian kehitys täysin nykyajatuksen mukaisesti.

Gravitaatio palaa samalla kuvioon, mutta se on hyvin heikko koska se kvarkkikolmikko on jo laajentunut lähes tyhjiötä (ei naapureita häiritsemässä), siis lähes vapaata olemista hiukkastasolla vastaavaan olotilaan, samalla alkaa neutronien hajoaminen vedyksi. Mitä tiheämmin nuo nyt jo atomit puristetaan myöhemmin ulkoisella voimalla, sen suurempi gravitaatio atomeista aiheutuu. Samalla kuitenkin materia tiivistyy pienenpään tilaan, tyhjää tilaa tulee materian ympäristöön lisää samassa suhteessa.

Vastaus oli aloitusviestiin. Jäi lainaus tekemättä.

Maallikkovastaus: Tila ja aika ovat massan suhteita. Ilman massaa ei ole tilaa eikä aikaa. Maailmankaikkeus ei laajane massansa ulkopuolelle vaan massan sisällä. Tämä selittynee sillä että maailmankaikkeus on ääretön (niinkuin pallo muttei ei määrällisesti), joten tilaa ei voi "vuotaa" reunojen ulkopuolelle. Eli kun massa kokoontuu yhteen, sen ulottuvuudet supistuvat, eikä ulkopuolisia ulottuvuuksia ole.

Kuten varmasti olet jo huomannut, niin kysymykseen on vaikeaa ellei jopa mahdotonta antaa yksinkertaista, mutta paikkansa pitävää vastausta. Ymmärtääkseen laajenemista pitäisi ymmärtää suhteellisuusteoriaa, sen kuvaamaa aika-avaruutta ja sen kaarevuutta (sekä gravitaation olemus osana sitä), inflaatiota ja monta muuta vaikeasti selitettävää käsitettä.

Jos kuitenkin yritän, niin joudun pakosta oikomaan mutkia aika reilusti. Yleisesti tunnettu pallovertaus antaa hyvän yleistajuisen kuvan laajenemisesta, on kuitenkin tärkeää ymmärtää tämä laajeneminen galaksien ja galaksijoukkojen välisten suhteiden muutoksena aika-avaruudessa. Mitä suurempi tyhjä tila kahden pisteen välillä on sitä nopeammin se "venyy". Avaruus ikään kuin "pullistuu".

Gravitaation voi ajatella taivuttavan avaruutta juuri toiseen suuntaan tuosta venymisestä tai pullistumisesta. Jos se olisi riittävän voimakas se ennen pitkää saisi pallon kutistumaan. Se että mihinkään ei synny tyhjää tilaa kaiken vetäytyessä kasaan, selittyy sillä että alunperinkään ei ole mitään tiettyä suuntaa mitä kohti kaikki liikkuu, eikä siten myös suuntaa mistä kaikki voisi liikkua poiskaan.

Yksi ehkä yleisimmistä virheistä yritettäessä ymmärtää asiaa on varmasti gravitaatioon liittyvät väärin ymmärrykset. Gravitaatiota ei pidä ajatella voimana joka vetää, vaan muotona joka saa avaruuden (tarkemmin aika-avaruuden) taipumaan.

Toivottavasti edellisestä oli edes vähän apua. Joskus on itsekin vaikae hahmottaa mitä oikeen tulee suustaan päästettyä kun yrittää yksinkertaistaa asioita. Vaarana on hämmentää sen sijaan että hälventää.

Käsittääkseni ei ole yhtään kunnon selitystä miksi maailmankaikkeus laajenee. On tietenkin havaintoja joten tiedetään mitä tapahtuu, mutta ei ole kunnon selitystä havainnoille. En tiedä onko edes inflaation syylle selitystä. Pimeä energia tarkoittaa ihan suoraan "oho, 80% maailmankaikkeudesta ollut hukassa, eikä nytkään ole hajua mitä se on, ainoastaan mitä se tekee".

Saa korjata jos tuossa meni jotain väärin. Mutta käsitykseni mukaan meidän on vaikea ymmärtää laajenemista, koska ei sitä ymmärrä kunnolla kukaan muukaan.