1 Хабблом было установлено, что все галактики во Вселенной удаляются друг от друга (за редких исключением, например, наша галактика и Андромеда). Почему разлет галактик астрофизиками принято считать за расширение самой Вселенной? Ведь увеличение расстояния между объектами еще не говорит о том, что само пространство «растягивается» или «раздувается»...

2 В настоящее время в научном мире общепризнанным фактом является то, что Вселенная расширяется, опять же благодаря Хабблу, Эйнштейну и др. ученым. Насколько я понимаю, если так называемая средняя плотность вещества во Вселенной меньше установленной теоретической величины, то это расширение будет продолжаться вечно и закончится тем, что даже разлетятся составные элементы атомов и, может быть, и кварков. Вопрос: почему это случится, если происходит лишь удаление галактик друг от друга? Ведь звезды в самой галактике «остаются» на местах, как и вся другая материя в пределах «галактической» границы.

3 Наблюдая и анализируя галактику, находящуюся на миллиарды световых лет от нас, мы видим как она выглядела в прошлом. Т.е. опять же, определенную скорость она имела миллиарды лет назад. Может быть, именно сейчас она изменила свое направление движения на противоположное... Т.е. я клоню к тому, что в данный момент происходит уже сжатие Вселенной? Почему ученые делают вывод о расширении, исходя из данных, в буквальном смысле взятым из далекого прошлого?

1. Им установлено, что чем дальше в прошлое мы смотрим, тем краснее там галактики. Такое может быть, если свет за время путешествия растягивался — такое может быть, если растягивалось само пространство–время.
2. Все бы ничего, но, как оказалось, вселенная расширяется с ускорением! И одна из теорий гласит, что когда пространство–время будет растягиваться с просто бешеной скоростью, то силы гравитации уже не смогут противостоять этому расширению, а потом и электрослабые и сильная силы.
3. Возможно все, астрономия, как и космология — стремятся объяснить то, что мы наблюдаем непосредственно сейчас.

Расстояние увеличивается между всеми галактиками одновременно без общего центра, а скорость расширения дана как 74.3 км/с/мегапарсек , что означает существование некоторой пары галактик, расстояние между которыми растет со сверхсветовой скоростью. Это противоречит. А объясняется увеличением количества пространства между галактиками, которые можно вообще считать стационарными.
И, наблюдая объекты на расстоянии n и m световых лет, можно видеть, что ускорение расширения остается прежним, а значит нет препосылок к обратному процессу.

Центра нет. Традиционная аналогия — поверхность воздушного шарика, на который приклеены точки–галактики. Они никуда не движутся. Но при надувании шарика площадь поверхности увеличивается и все точки разъезжаются друг от друга одновременно и без общего центра. Разница только в том, что мы не привязаны только к поверхности шарика, а 'надуваем' пространство целиком.
Т.е. наблюдатель может находиться где угодно во вселенной, и все остальное будет от него удаляться.

А вот в аналогии с расширением поверхности сферы, сами точки–то этой поверхности тоже растягиваются! Причём на любых масштабах. То есть, даже элементарные частицы, по идее, должны увеличиваться в размерах, чего не происходит.

Я так понимаю, что это всё–таки открытый вопрос, ибо непонятно, что есть внутренние силы, например, кварка. Стандартная Модель™, насколько я понимаю, постоянное расширение пространства никак в расчёт не берёт, т.к. на микро–масштабах оно совершенно незаметно?

Опять же, существа живущие на поверхности сферы, не смогли бы узнать о расширении своей сферы, поскольку линейка для измерения расстояний росла бы в размере вместе со всем шариком. То есть для обнаружения расширения нужно нечто, что сохраняет абсолютные размеры. В нашей Вселенной это, по–видимому, все элементарные частицы. Но вот как это всё происходит?

Для того, чтобы представить себе расширение пространства, можно воспользоваться вот какой аналогией.

Представь себе, что мы все живем в воде. Эта вода (аналог пространства) везде, причем не только вокруг нас, но и внутри тоже. Между молекулами, между атомами, внутри атома, между ядром и электронами все заполнено водой, или какой иной жидкостью. И эта жидкость постоянно расширяется.

Как будто–бы кто–то накачивает данную жидкость в нашу Вселенную, и не из одной центральной точки, а из всех точек пространства сразу.

Очевидно, что в этом сценарии Вселенная будет разбухать во все стороны. Но будем ли разбухать мы — люди, планеты и солнечные системы?

Тут все зависит от материала, из которого мы сделаны, из прочности связей, нас соединяющих. Если ты начнешь подавать реальную воду внутрь реальной губки, ее немного раздует, конечно, но не разорвет на куски. Вода будет просачиваться сквозь дырки в губке, и потихоньку выходить наружу.

Так и пространство "сочится сквозь нас", а силы притяжения — электромагнитные внутри атомов и молекул и гравитационные внутри планет и солнечных систем держат всю конструкцию на месте.

Да, нас немного "раздувает" от этого разбухающего внутри нас пространства, но на такой мизерный мизер, что это невозможно зафиксировать никакими приборами. Но если бы этого расширения пространства Вселенной не было, мы бы оказались на миллиардную миллиардную миллиардную долю сантиметра короче.

Только на огромных расстояниях, порядках 100Мпк гравитационные силы ослабляются настолько (а они ведь падают с квадратом расстояния, в отличие от "силы расширения Вселенной", которая с расстоянием только увеличивается, ибо растет линейно), что расширение побеждает все известные нам силы, и Вселенная на тех масштабах расширяется уже без всяких проблем.
На границе Обозримой Вселенной (так ученые называют по своему, по научному видимую вселенную) не находится ничего, граница–то воображаемая. За ней находится то же самое, что и перед ней — галактики, звезды и т.д. Причем, по расчетам мы видим, что рядом с этой границей не находится никаких особых аномалий, т.е. все те же галактики, все так же примерно равномерно и случайно распределены, нет каких–то особо выраженных перекосов. Это дает нам право предположить (лишь предположить!), то за границей Обозримой Вселенной все так же устроено как у нас, без сильных перекосов (иначе бы их перекосы влияли бы на наш участок), и по современным научным понятиям Вселенная вообще, как минимум в 100 раз больше чем та часть, что мы называем Обозримой Вселенной. А может быть и в бесконечно раз больше. Но как минимум в 100.
Здесь хорошо помогает аналогия с лодкой в океане. Вот плывете вы в океане на лодке. Вокруг вас горизонт, т.е. окружность с радиусом где–то 10 километров (цифры условны), это то, что вы можете видеть. В основном беспорядочные волны (словно беспорядочные галактики вокруг), но то там, то сям видны всякие приколы — там плавает бутылка, там дохлая чайка, а там где–то островок виднеется. Точно так же во Вселенной мы видим — там квазары, там пульсары, там туманность, тут рыбу заворачивали. Видимый горизонт океана вокруг вас и есть ваша Обозримая Вселенная. Это не значит, что через 10 километров на сервер океан заканчивается. Может быть и заканчивается, кстати, а может быть и нет. Поплывите 10 километров на север, что вы видите? Да то же самое. Вот доплыли вы до "бывшего горизонта", и что изменилось? Да ничего, все тот же видимый круг в 10 километров вокруг вас. То же и с Обозримой Вселенной. Можно ли подобраться к границе? Да пожалуйста! Только она будет все время отдаляться от вас, это же воображаемая граница!

Вселенная не расширяется из какой–то "точки пространства". Вселенная и раньше была бесконечная и в будущем останется ею. Она была бесконечной даже до Большого Взрыва. Просто раньше Солнце светило ярче, бабы давали с большей охотой и вообще — все во Вселенной было ближе. А когда она большевзорвалась, все стало двигаться дальше и дальше друг от друга, сначала очень быстро (собственно то, что мы называем Большим Взрывом), а потом первые 7 миллиардов лет после Большого Взрыва с замедлением, а затем снова с ускорением, но уже едва заметным — вторые 7 миллиардов лет после Большого Взрыва, включая сегодняшний период.

Аналогия реликтового излучения — газ в воздушном шарике. Причем в этот раз аналогия хоть все еще и на пальцах™, но довольно близко к оригиналу, можно сказать, что аналогия прямая. Пусть у нас есть шарик, надутый воздухом. Каждая молекула воздуха представляет собой аналог фотона в момент Большого Взрыва, точнее чуточку после, уже в момент рекомбинации. Шарик маленький, воздуха в нем много — молекулы летают быстро, температура молекул (точнее воздуха в целом) велика. Растянем шарик во всех направлениях. Температура падает, молекулы начинают летать медленней, их энергия уменьшается. Здесь с фотонами не совсем прямая аналогия, фотоны не могут начать летать медленней — они всегда летают со своей скоростью света, но теряя энергию они понижают свою частоту, или увеличивают длину волны соответственно.

По сути, тут даже аналогия с шариком не нужна. Вот представь, летел фотон, а пространство, в котором он летел — расширилось. Вместе с пространством "расширился" и сам фотон, т.е. он в буквальном смысле слова — растянулся в стороны, что означает — растянулась, т.е. увеличилась длина его волны.

Газ в шарике после растяжения остался, молекулы никуда не делись, они продолжают летать по нему, только в гораздо более разряженном состоянии.
Фотоны после расширения Вселенной тоже из нее никуда не делись, они продолжают летать по Вселенной туда–сюда, и хоть они и стали реже, их все равно довольно дохрена на кубический сантиметр вакуума, если бы мы могли видеть в радио диапазоне (а мы можем видеть в радиодиапазоне — радио–телескопы да и просто телевизоры же), мы бы видели все вокруг, все небо во все стороны ослепительно "белым".

Так оно и есть. Включи телевизор не настроенный на определенный канал — увидишь статику, белый шум по всему экрану. Вот оно — реликтовое излучение. Ты наблюдаешь его непосредственно, фактически своими глазами.

NB! В этом месте аналогия становится немного притянутой за уши. На самом деле белый шум на экране ТВ на 99% состоит из обычной атмосферной статики — гроза в Миннесоте, извержение вулкана на Камчатке — все это видит ваш телевизор, но 1% этого белого мельтешения реально дошел до нас почти с самого Большого Взрыва.

Посему вопрос — "как же так получается, что реликтовое излучение никак не заканчивается, ведь оно уже было излучено, и должно было давно пролететь мимо нас?" — не имеет смысла. Почему воздух в комнате вокруг тебя "никак не заканчивается"? Даже если начать растягивать стены комнаты в стороны, воздух–то все равно никуда не денется!

Ты говоришь, а относительно чего расширяется пространство? Да, относительно всего. Любая точка пространства стала дальше от всех других точек этого пространства.

Представь себе бесконечную во все стороны резинку. Да чего там представлять — возьми обычную резинку, (хотя бы стерку, если ты Геракл) и растяни ее. Резинка стала больше. Каждая молекула резины стала дальше от своих соседей по кристаллической решетке. Расстояние между молекулами расширилось.

Как это узнать? Да померяй расстояния между молекулами (в случае Вселенной — между галактиками) вот и все. Хошь линейкой, хошь световыми сигналами.

P.S. "А разве линейка не расширилась тоже?" Нет, линейка не расширилась. С чего бы ей расширяться? Повторяюсь — расширяется пространство. Материя в нем — нет.
Вообще давних пор повелось считать, что наш мир (тогда еще не говорили "наша Вселенная") симметричен. Так считается до сих пор, и этому есть миллионы, нет миллиарды подтверждений. Подтверждения сыпятся со всех сторон, с таких откуда даже и не ждешь, что позволяет считать нашу Вселенную — в целом симметричной.

А для того, чтобы быть в целом симметричной, Вселенная должна занимать определенную форму. Точнее она может занимать несколько таких симметричных форм, не очень, кстати много.

Не вдаваясь в детали и оставаясь в пределах физики на пальцах™, можно считать, что подобных симметричных форм бывает только три (точнее три с половиной).

Это плоская форма (кривизна =1), сферическая или замкнутая форма (кривизна < 1) и гиперболическая (седлообразная) или открытая форма (кривизна > 1).



Остальные формы (коих можно напридумывать миллионы, например тот же тор, но у него есть нюансы, не подходящие нам по другим соображениям) не удовлетворяют условию симметричности, и могут быть отброшены.

Три с половиной вместо трех получается потому, что плоская форма Вселенной может быть двух типов — конечная и бесконечная, но это уже тема для обсуждения со звездочкой.

Эти три (три с половиной) формы одинаково возможны и одинаково приемлемы для устройства нашей Вселенной, но каждая из них имеет небольшие отличия в деталях. На основании измерения этих деталей по последним экспериментальным данным принято считать, что в целом наша Вселенная плоская (кривизна ~ 1), но чуть–чуть, мала–мала, да седловидная.

Любая из этих трех форм — бесконечна. И при общем увеличении/уменьшении такой же бесконечной и останется (т.е. никуда углы загинаться не будут).