Космология 10 млрд. лет назад

[shkolnik]

Здравствуйте !
Прочитал статью “Наступит ли конец космологии ?” (ссылка).
Там говорится, что через много миллиардов лет невозможно будет наблюдать закон Хаббла и построить космологические теории расширяющейся вселенной, установить этапы этого процесса.
В связи с этим у меня возник вопрос, можно ли было в прошлом это установить ? Например, 10 млрд. лет назад.
В поисках короткого, но достаточно точного описания процесса расширения нашел статью Сверхсветовое разбегание галактик и горизонты Вселенной: путаница в тонкостях
Попробовал разобраться, сначала, почему в будущем невозможно будет открыть современную космологию.

Если сместить прямую “now” (сейчас) вверх, то получается, что сфера Хаббла (т.е. собственное расстояние до места, где скорость удаления материи равна световой) с некоторого момента перестает расти или уменьшаться.
Я почему то думал, что в связи с ускоренным расширением вселенной, эта сферу будет уменьшаться и за конечное собственное время достигнет нуля.
К тому же сфера Хаббла сливается с горизонтом событий, который изначально всегда больше ее. Т.е. был момент, когда сверхсветовое расширение сферы Хаббла позволяло попасть фотонам с горизонта событий к наблюдателям, хотя изначально и сейчас точки их испускания двигались быстрее света. Очень странный эффект.
Горизонт частиц (т.е. расстояние до самого далекого источника, наблюдаемого в данный момент времени (в момент приема фотона) в будущем будет пересекать сферу Хаббла и горизонт событий в одной точче и расстояние это перестанет изменяться. Думал, при ускоренном расширении, оно начнет уменьшаться.
Световой конус, судя по рисунку, при перемещении прямой “now” в будущее должен все больше вытягиваться, превращаясь из капли в острие иголки. А это означает, что его максимальная ширина будет уменьшаться, т.е. мы будем терять информацию о событиях, ранее находящихся внутри этого конуса, т.к. он был “шире”.
Собрав все это вместе, пришел к выводу, что в будущем собственное расстояние до горизонта событий и сферы Хаббла уравняются, но наблюдать и вычислить это расстояние будет невозможно, т.к. из-за сужения “капли” светового конуса все меньше событий будет фиксироваться наблюдателем и собственное расстояние до них будет все меньше (острие иголки).

Верны ли эти рассуждения, не знаю, поэтому прошу поправить, если что.
К вопросу о прошлом.
Если сместить прямую “now” вниз, в прошлое, то капля будет превращаться в диск. Но сфера Хаббла и горизонт событий будет уменьшаться. В то время, как горизонт частиц останется практически неизменным.
Т.е. с одной стороны, мы должны наблюдать больше чем сейчас объектов, движущихся быстрее света (с бОльшим красным смещением) и находящихся значительно ближе к нам. С другой стороны, из за дискообразного светового конуса, время на этих объектах не должно сильно отличаться от нашего.
Т.е. мы видели бы больше галактик, они были бы ближе к нам, но выглядели бы молодыми (как наша), притом, что их красное смещение было бы огромным ?
Или же наоборот, т.к. красное смещение было огромным, мы бы заключили, что они гораздо дальше, чем на самом деле и соответственно, гораздо старше нашей галактики ?
В общем, прошу помочь.
Большее ли число галактик (чем сейчас) было бы доступно наблюдению 10 млрд. лет назад ?
Было бы красное смещение самых далеких галактик больше чем сейчас (самых далеких) ?
Была бы закономерность Хаббла иной ?
Правильно ли мы определили бы собственное расстояние до далеких галактик по красному смещению и взрывам сверхновых (предполагаю, что методы были бы аналогичны сегодняшним) ?

[A-u-uuu]

shkolnik в сообщении #969911 писал(а):

Световой конус, судя по рисунку, при перемещении прямой “now” в будущее должен все больше вытягиваться, превращаясь из капли в острие иголки.

shkolnik в сообщении #969911 писал(а):

Если сместить прямую “now” вниз, в прошлое, то капля будет превращаться в диск.

С чего это Вы "деформируете" световой конус по $t$, не трогая остальное ?
Надо еще подумать, как трансформировать все эти кривые в рисунок 10 млрд. летней давности.
Почему Вы решили, что он изменится ?

[shkolnik]

Странно, Вы рассуждаете.
Если при трансляции прямой "now" картинка не меняется(?), то почему авторы статьи (ссылка выше) говорили, что спустя много миллиардов лет, современная космология не имела бы опытных(наблюдательных) данных, для построения этого "рисунка".
Если в будущем, мы сможем наблюдать столько же галактик, сколько наблюдаем сейчас, то откуда они возьмутся ?
Противоречие.

[Munin]

shkolnik в сообщении #969911 писал(а):

Если сместить прямую “now” (сейчас) вверх, то получается, что сфера Хаббла (т.е. собственное расстояние до места, где скорость удаления материи равна световой) с некоторого момента перестает расти или уменьшаться.
Я почему то думал, что в связи с ускоренным расширением вселенной, эта сферу будет уменьшаться и за конечное собственное время достигнет нуля.

Нет. В связи с ускоренным расширением Вселенной, она застынет на конечном значении (асимптотически).

Уменьшаться она может, только если Вселенная расширяется ускоренно, и это ускорение увеличивается. Это не стандартный вариант тёмной энергии, а гипотетический сценарий Big Rip.

shkolnik в сообщении #969911 писал(а):

К тому же сфера Хаббла сливается с горизонтом событий, который изначально всегда больше ее.

Тоже только асимптотически.

shkolnik в сообщении #969911 писал(а):

Горизонт частиц (т.е. расстояние до самого далекого источника, наблюдаемого в данный момент времени (в момент приема фотона) в будущем будет пересекать сферу Хаббла

Нет, никогда не будет. Смотрите следующий рисунок:

Цитата:

shkolnik в сообщении #969911 писал(а):

Световой конус, судя по рисунку, при перемещении прямой “now” в будущее должен все больше вытягиваться, превращаясь из капли в острие иголки.

Нет. Он будет расширяться, заполняя собой ("каплей") пространство внутри горизонта событий.

shkolnik в сообщении #969911 писал(а):

К вопросу о прошлом.
Если сместить прямую “now” вниз, в прошлое, то капля будет превращаться в диск.

Опять же, нет. Она будет просто "сдуваться", сохраняя форму. Верхушка этой "капли" всегда конус под 45°. А донышко - всегда вписано в горизонт событий.

-- 28.01.2015 19:12:55 --

shkolnik в сообщении #970017 писал(а):

Если при трансляции прямой "now" картинка не меняется(?)

Не меняется почти вся, за исключением светового конуса.

shkolnik в сообщении #970017 писал(а):

то почему авторы статьи (ссылка выше) говорили, что спустя много миллиардов лет, современная космология не имела бы опытных(наблюдательных) данных, для построения этого "рисунка".

В статье же про это подробно рассказано.

[shkolnik]

Спасибо за разъяснения.
Тогда ответы должны быть такими:
1. 10 млрд. лет назад мы видели бы меньше галактик, чем сейчас, т.к. "капля" была меньше, а собственное расстояние до сферы Хаббла ближе. Горизонт частиц пересекал бы "каплю" выше, т.е. свет от него быстрее бы нас достигал, а значит, собственное расстояние до него было бы меньше.
2. Красное смещение самых далеких наблюдаемых галактик было бы таким же, как у самых далеких наблюдаемых сейчас галактик. Однако, самих галактик было меньше, а собственные расстояния до них ближе.
3. Закон Хаббла изменился бы, т.к. скорость убегания с расстоянием увеличивалась быстрее, чем сейчас.
4. Затрудняюсь ответить.
В целом, у нас имелось бы меньше информации о расширении вселенной, т.к. галактик было меньше, а горизонты были ближе. В определенный момент прошлого, аналогично тому, как и в определенный момент будущего, описанного в статье, Закон Хаббла не мог быть открыт, т.к. горизонты были бы так близко, что ни одна из галактик не попадала бы в световой конус. Так ?

[Munin]

shkolnik в сообщении #970559 писал(а):

1. 10 млрд. лет назад мы видели бы меньше галактик, чем сейчас, т.к. "капля" была меньше, а собственное расстояние до сферы Хаббла ближе. Горизонт частиц пересекал бы "каплю" выше, т.е. свет от него быстрее бы нас достигал, а значит, собственное расстояние до него было бы меньше.

Всё верно, кроме "выше". Это сказать нельзя без уточнений. Для "капли" - выше, для самого горизонта частиц - ниже.

shkolnik в сообщении #970559 писал(а):

2. Красное смещение самых далеких наблюдаемых галактик было бы таким же, как у самых далеких наблюдаемых сейчас галактик.

Нет, меньше.

(Не с практической, а с теоретической точки зрения. С практической, там довольно большая разница:
- сам Большой Взрыв, начало расширения, произошёл при $z=\infty$ (соответственно, $\text{Scalefactor}=1/z=0$);
- реликтовое излучение мы видим на $z\sim 1000$ (а дальше ничего не видим, ранее Вселенная была непрозрачной);
- а самые далёкие наблюдаемые сейчас галактики находятся примерно на $z\sim 10{-}12.$
Более далёкие галактики мы наблюдать не можем: с одной стороны, они слишком далеки, и наши телескопы не улавливают от них достаточно света, а с другой стороны, они и сами по себе слишком тусклые, поскольку в те времена галактики ещё только возникали, и похоже, в них было ещё мало звёзд. Об этой стадии существования галактик мы в основном рассуждаем теоретически и строим гипотезы.)

shkolnik в сообщении #970559 писал(а):

3. Закон Хаббла изменился бы, т.к. скорость убегания с расстоянием увеличивалась быстрее, чем сейчас.

Закон Хаббла вообще меняется со временем. Ничего удивительного в этом нет. Но вот в какую сторону... В первую половину существования Вселенной, которая называется Matter dominance (доминирование вещества), закон Хаббла уменьшался со временем. Во вторую половину существования Вселенной, которая называется Dark Energy dominance (доминирование тёмной энергии), закон Хаббла стал увеличиваться со временем. В сумме получилось, что он менялся туда-сюда, и довольно незначительно. Более точно эти значения плохо измерены, так что точно ответить на ваш вопрос нельзя.

shkolnik в сообщении #970559 писал(а):

В целом, у нас имелось бы меньше информации о расширении вселенной, т.к. галактик было меньше, а горизонты были ближе. В определенный момент прошлого, аналогично тому, как и в определенный момент будущего, описанного в статье, Закон Хаббла не мог быть открыт, т.к. горизонты были бы так близко, что ни одна из галактик не попадала бы в световой конус. Так ?

Да, пожалуй. В каком-то смысле можно сказать, что "мы живём в самую удачную эпоху для исследования космологии". Хотя эта "самая удачная эпоха" имеет размах плюс-минус миллиарды лет.

Что забавно, мы также живём "в самую удачную эпоху для исследования геологии". Тектоника материков на Земле тоже вначале позволяла получить мало информации, и через несколько миллиардов лет затухнет, и тоже будет малоинформативной. А мы живём в удачный момент для наблюдений. Например, тектоника Луны, Марса и Венеры сейчас почти уже полностью неактивны, и изучать их гораздо труднее.