Raumerweiterung in Laienbegriffen

Bisher habe ich verstanden, dass die Expansion des Weltraums nicht so zu verstehen ist, dass Sterne weiter auseinander driften. Es gibt etwas grundlegenderes - z. B. Sie können die Geschwindigkeit nicht einfach messen und auch nicht sagen, wo sich das Zentrum des Universums (der Mittelpunkt der Expansion) befindet. Nun, einige kluge Leute haben mich von der Antwort "Einfach, offensichtlich, ordentlich und falsch" auf "Ich habe keine Ahnung, was es ist" überzeugt.

Gibt es eine Ressource / Methode, die es einem Laien ermöglichen würde, zu verstehen, wie er über Raumverzerrungen wie ihre Ausdehnung nachdenkt? das Konzept richtig und ohne irrtümliche Vereinfachungen zu visualisieren und zu verstehen ; Verstehen Sie es, bevor Sie sich mit den grundlegenden Details der Physik befassen?

Grundsätzlich erhöht sich der Abstand zwischen zwei Partikeln, wenn keine andere Wechselwirkung zwischen ihnen besteht.

Stellen Sie sich vor, Sie leben auf der Oberfläche eines Ballons, der gesprengt wird. Ihre Größe bleibt fest, weil Sie mehr oder weniger starr sind, aber Gegenstände, die nicht an Ihnen befestigt sind, entfernen sich weiter. Ihr Lineal, ein anderer starrer Körper, bleibt in der Größe fixiert (obwohl es sich möglicherweise biegt, um die neue Krümmung aufzunehmen - das ist nicht so wichtig). Aber zwei Herrscher (die nicht aneinander befestigt sind) entfernen sich weiter.

... auch wenn sich alles, einschließlich aller unserer Messgeräte, mit der gleichen Geschwindigkeit ausdehnt, wie können wir dann feststellen, dass es sich ausdehnt? : D

Anfangs scheint dies zu stimmen, aber hier spielen andere Kräfte eine Rolle. Unsere Messgeräte werden durch elektromagnetische Wechselwirkungen zusammengehalten und ihre Stärke wird sich nicht ändern. So hält sich das Messgerät zusammen.

Stellen Sie sich zwei weit entfernte Atome vor. Wenn sich der Raum ausdehnt, nimmt der Abstand zwischen den beiden Atomen zu. Die Größe ¹ des Atoms ist dies jedoch nicht - dies wird durch das elektrostatische Gleichgewicht (und quantenmechanische Überlegungen) bestimmt und bleibt davon unberührt. Selbst wenn das Atom gestreckt wäre, würde es zurückprallen.

Dies skaliert auf Messgeräte, sodass diese auch nicht verzerrt werden. In der Tat macht die Erweiterung des Weltraums nur dann wirklich Sinn, wenn Sie sich Galaxien ansehen - diese sind ziemlich weit entfernt (wenn sie sich nicht im selben Supercluster befinden) und sie haben keine Wechselwirkungen, die einen Gleichgewichtsabstand zwischen ihnen aufrechterhalten.

^{1. Welches Analogon auch immer am nächsten kommt, wir müssen Atome "dimensionieren"; zB die Fläche, die 99% der Ladungsdichte enthält; oder der n-te Bohr-Radius.}

Eine gute Analogie, die zeigt, dass die Erweiterung keinen Mittelpunkt hat, ist eine 2D-Folie, die mit einheitlichen Punkten bedeckt ist - und die Galaxien darstellt, bei denen derjenige im Mittelpunkt wir sind:

Während sich das Universum ausdehnt, entfernen sich die Punkte (Galaxien) weiter voneinander:

Wenn Sie nun die Zukunft überlagern und Bilder präsentieren, die auf der zentralen Galaxie (uns) aufgereiht sind, können Sie sehen, dass sich alle anderen Galaxien von uns zu entfernen scheinen und je weiter sie entfernt sind, desto schneller scheinen sie zurückzugehen:

Wenn Sie sich jedoch an einer anderen Galaxie im Bild ausrichten, können Sie sehen, dass sich alle anderen Galaxien von ihnen zu entfernen scheinen:

Da keine zwei Punkte das Zentrum des Universums sein können, können wir nur schließen, dass es kein Zentrum des Universums gibt.

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