Расширение Солнечной системы

[irygaev]

Здравствуйте!

Помогите, пожалуйста, понять, почему расширение Вселенной не наблюдается в масштабе Солнечной системы.

Обычно всё списывают на гравитацию, но я не понимаю, как она тут работает.

Допустим из-за расширения Вселенной Земля оказывается чуть дальше от Солнца чем была раньше. За счёт гравитации она же не вернётся на прежнее место, она просто продолжит лететь с той же скоростью в новой точке. В результате её орбита будет становиться всё более и более эллиптической. Это было бы заметно. Но этого не происходит. Почему?

[Pphantom]

irygaev в сообщении #1056245 писал(а):

Помогите, пожалуйста, понять, почему расширение Вселенной не наблюдается в масштабе Солнечной системы.

Давайте начнем со встречного вопроса: что такое, собственно, расширение Вселенной? Как Вы себе это представляете, чем сие явление обусловлено?

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Астрономия»
Причина переноса: тематика.

[Munin]

http://www.modcos.com/forum/viewtopic.php?f=15&t=57&start=10#p550
Если сумеете разобраться.

[Geen]

irygaev в сообщении #1056245 писал(а):

Почему?

Потому что момент импульса сохраняется. И энергия.

[Munin]

Geen в сообщении #1056399 писал(а):

Потому что момент импульса сохраняется. И энергия.

Вообще-то это не ответ.

[Geen]

(Munin)

Munin в сообщении #1056514 писал(а):

Geen в сообщении #1056399 писал(а):

Потому что момент импульса сохраняется. И энергия.

Вообще-то это не ответ.

Ну, мой ответ Вы уже видели (в другом месте). Но кажется, тут он будет совсем лишний.

[Munin]

Someone в сообщении #1056516 писал(а):

Наоборот, существуют внутренние причины для сжатия. Например, выброс мелких тел за пределы Солнечной системы, на что тратится энергия больших планет.

Надо добавить, что сейчас это мелочь, ничтожная доля энергии. Серьёзные потери такого рода происходили, возможно, на ранних этапах формирования планетной системы, но после сложения нынешнего состава и положения планет, они прекратились.

(Кстати, есть и источники энергии, примерно того же порядка: "падение" мелких тел из внешних частей Солнечной системы во внутренние, в крайнем случае заканчивающееся падением на планеты, спутники или Солнце. При этом мелкие тела, постепенно тормозясь (и уменьшая большую полуось орбиты), отдают свою энергию большим планетам в гравитационных манёврах. Разумеется, это тоже ничтожная мелочь.)

[venco]

Someone в сообщении #1056516 писал(а):

Уже объяснялось, что космологическое расширение отсутствует в связанных системах.

Точно отсутствует, или всё-таки есть, но его влияние отличается от простого раширения.
Я думаю, стоит различать системы связанные только гравитационно, от других, т.к. в гравитационных системах нет оптимального размера, к которому стремится система после потенциального расширения. В случае же планетарной системы надо бы посчитать, как влияет тёмная энергия. И закон сохранения энергии тут неприменим, т.к. вот же она - какая-то тёмная энергия поступает. Наверняка это уже посчитано много кем, да и я, наверное, смогу, только ведь ошибусь где-нибудь, и хорошо, если только на порядок. Не даст ли кто-нибудь ссылки?

[Munin]

venco в сообщении #1056550 писал(а):

Точно отсутствует, или всё-таки есть, но его влияние отличается от простого раширения.

Вам тоже рекомендуется ссылка
http://www.modcos.com/forum/viewtopic.php?f=15&t=57&start=10#p550
(которую я уже неоднократно цитировал на этом форуме).

venco в сообщении #1056550 писал(а):

Я думаю, стоит различать системы связанные только гравитационно, от других, т.к. в гравитационных системах нет оптимального размера, к которому стремится система после потенциального расширения.

У гравитационных систем (из многих тел) есть такой оптимальный размер - он определяется теоремой вириала: $\overline{E}=-\overline{K},$ так что $\overline{U}=\overline{E}-\overline{K}=-2\overline{K},$ а отсюда получается характерный размер системы.

Именно к этому размеру стремятся системы, в которых устанавливается равновесие беспорядочных движений. (Системы, в которых это равновесие ещё не установилось, устроены сложнее, они называются невириализировавшимися. С другой стороны, вириализировавшихся систем очень много: это шаровые и рассеянные звёздные скопления, многие подсистемы галактик (балдж, гало, ядро), и целиком эллиптические галактики, скопления галактик.) Кроме такого размера, у таких систем наблюдается характерное статистическое распределение по скоростям и по положениям, которое позволяет оценить степень вириализированности по непосредственным астрономическим наблюдениям.

Можно заметить, что этот размер зависит от энергии членов системы. Одна и та же система могла бы быть и больше, и меньше, смотря по средней энергии её членов, но на самом деле, эта средняя энергия определяется из условий возникновения и эволюции системы, так что тут всё тоже закономерно. Пока система не вириализировалась, она может испытывать бурную эволюцию, в том числе с потерей части членов (про них говорят, что они "горячие" и "испаряются" - по аналогии с молекулами и процессом остывания плотной массы газа или жидкости). После вириализации, процесс "испарения" продолжается, но медленно, и просто приводит к постепенному уменьшению средней энергии оставшихся членов - потому что "испаряющиеся" члены уносят энергию, выше средней. Такая вириальная система просто постепенно "охлаждается" и уменьшается в размерах.

(Видимо, именно на последний эффект намекал Someone в своём замечании. Но надо сказать, что Солнечная система - ещё не окончательно проэволюционировавшая и вириализировавшаяся система. Разные её подсистемы находятся на разных стадиях динамической эволюции, и пока не пришли в равновесие между собой. Внутренняя часть Солнечной системы более-менее уравновешена, но её внешние подсистемы: транснептуновые объекты и гипотетическое Облако Оорта - нет, из-за очень медленных движений, больших расстояний и малых масс тел. И из этих подсистем на внутреннюю Солнечную систему постоянно сыплется поток новых тел - в основном комет, - и включается в её жизнь.)

venco в сообщении #1056550 писал(а):

В случае же планетарной системы надо бы посчитать, как влияет тёмная энергия.

Оценки я давал, по ссылке. Это влияние ничтожно.

venco в сообщении #1056550 писал(а):

И закон сохранения энергии тут неприменим, т.к. вот же она - какая-то тёмная энергия поступает.

Тёмная энергия не нарушает закон сохранения энергии. Она вообще не "энергия" в этом смысле слова, она просто какая-то "сущность" (не подчиняющаяся уравнению состояния обычного вещества - но подчиняющаяся законам сохранения и другим фундаментальным принципам).

[Degen1103]

irygaev в сообщении #1056245 писал(а):

Здравствуйте!
Помогите, пожалуйста, понять, почему расширение Вселенной не наблюдается в масштабе Солнечной системы.

...и в атомарном масштабе
Почему расширяется только межгалактическое пространство, ведь в атомах оно то же самое?...

[Munin]

См. ссылку.

[Pphantom]

Degen1103 в сообщении #1056563 писал(а):

...и в атомарном масштабе
Почему расширяется только межгалактическое пространство, ведь в атомах оно то же самое?...

Можете попробовать ответить на те же вопросы:

Pphantom в сообщении #1056249 писал(а):

Давайте начнем со встречного вопроса: что такое, собственно, расширение Вселенной? Как Вы себе это представляете, чем сие явление обусловлено?

[venco]

Munin, вашу ссылку смотрел, но многое не понял, точнее, понял, что это не совсем то, что меня заинтересовало.
Мне в ЛС дали другую ссылку - http://www.k-labs.ru/grel/lSchwar.html, которая показалась ближе, да и понятнее. К сожалению, проверить выкладки я не могу, и смотрю на выводы. Там есть и оценка поправок, от собственно ОТО и лямбда члена. Естественно, вторая поправка существенно меньше, но по идее лямбда члена я полагал, что вторая поправка должна расти со временем, а она нет. И что-то мне в этом результате не нравится.

Munin в сообщении #1056556 писал(а):

Тёмная энергия не нарушает закон сохранения энергии. Она вообще не "энергия" в этом смысле слова, она просто какая-то "сущность" (не подчиняющаяся уравнению состояния обычного вещества - но подчиняющаяся законам сохранения и другим фундаментальным принципам).

Пожалуйста, не сочтите меня за второго невменяемого ЗУ - я вменяем.
Просто мне некоторые моменты непонятны.
Вот вопросы, каждый последующий требует ответа "да" от предыдущего:
Можно ли посчитать энергию гравитационного взаимодействия между галактиками?
Меняется ли эта энергия с расширением вселенной и, соответственно, увеличением расстояния между галактиками?
Как тогда осуществляется баланс энергий?

[Munin]

venco в сообщении #1056623 писал(а):

Мне в ЛС дали другую ссылку - http://www.k-labs.ru/grel/lSchwar.html , которая показалась ближе, да и понятнее.

К сожалению, вот она-то как раз не по делу. Впрочем, ваша воля.

venco в сообщении #1056623 писал(а):

Там есть и оценка поправок, от собственно ОТО и лямбда члена.

По моей ссылке тоже, только выше по теме. http://www.modcos.com/forum/viewtopic.php?f=15&t=57&start=0#p321
Жаль, что вы настолько не обратили внимания на ссылку.

venco в сообщении #1056623 писал(а):

Естественно, вторая поправка существенно меньше, но по идее лямбда члена я полагал, что вторая поправка должна расти со временем, а она нет. И что-то мне в этом результате не нравится.

Вклад лямбда-члена в космологию растёт со временем не из-за роста самого лямбда-члена. А только из-за того, что Вселенная, её материя, становится всё "размазанней" в пространстве, и по сравнению с лямбда-членом её плотность падает. Так что, связанные системы никакого роста со временем ощущать и не должны. $\Lambda$ в уравнении Эйнштейна - истинная константа.

venco в сообщении #1056623 писал(а):

Вот вопросы, каждый последующий требует ответа "да" от предыдущего:
1. Можно ли посчитать энергию гравитационного взаимодействия между галактиками?

Можно, в разных пониманиях смысла слова "энергия гравитационного взаимодействия".

venco в сообщении #1056623 писал(а):

2. Меняется ли эта энергия с расширением вселенной и, соответственно, увеличением расстояния между галактиками?
3. Как тогда осуществляется баланс энергий?

Давайте я вам дам ссылку на очень простую модель (которую я сам использовал в своих объяснениях на форуме ModCos):
Нагирнер. Элементы космологии.
Модель эта называется "ньютоновская космология", и позволяет понять базовые вещи с расширением Вселенной без сложностей ОТО.

Ответы:
2. Да, меняется. (В некоторых вариантах подсчёта - не меняется, это обеспечено точным балансом положительных и отрицательных вкладов.)

3. Удаление галактик происходит против их силы притяжения, и приводит к торможению их скорости разбегания. Это классический режим. Он с точки зрения баланса энергий устроен так же, как подкинутый и поднимающийся камень в поле силы тяжести.

В присутствии тёмной энергии, работает другой режим. Кроме силы притяжения, уменьшающейся с расстоянием, есть сила отталкивания, увеличивающаяся с расстоянием. Соответственно, подкинутый камень можно модифицировать дополнительной потенциальной энергией, которая тем меньше, чем выше камень. Если хотите, $U=-\tfrac{a}{r}-br^2.$