Jak tam Webb může dokouknout?

[Dragan]

S nadšením sleduji práci kolem Webbova dalekohledu. Jsem naprostý laik a mám pár dotazů, na které jsem nikde nenašel odpověď. Tak doufám, že zde - předem děkuji za vysvětlení nebo odkazy.
1, Pokud Webb bude sledovat světlo z prvotních hvězd a galaxií, jak to, že toto světlo, vyzářené na počátku mladého a malého vesmíru, není už za hranicí našeho pozorovatelného vesmíru, ale teprve dolétlo k nám? Je snad rozpínání prostoru pro některé vzdálené body rychlejší než světlo?
2, Díváme-li se do tak daleké minulosti, můžeme takovým pozorováním zjistit, jakou rozdílnou rychlostí se rozpínal vesmír v určitých dobách?
3, Hledám-li nejstarší hvězdy a galaxie ve vesmíru, musí koukat jen určitým směrem, nebo je nacházíme všemi směry? Pokud všemi směry, jsme v "nějakém středu" a rozpínání vesmíru pro nás nemá směr?
Děkuji

[Pupak]

1. světlo galaxií, které vidíme, vidíme proto, že právě doletělo k nám, takže to, co je za hranicí, prostě nevidíme.

2. O rychlosti rozpínání vesmíru vypovídá rudý posun.

3. Když si to zredukuješ o jednu dimenzi a představíš si vesmír jako gumový míč, který se nafukuje, tedy rozpíná a galaxie jako body na povrchu toho míče, pak v libovolném bodě se všechny body budou od tebe vzdalovat nezávisle na směru pohledu.

Podrobnější vysvětlení najdeš v Cimrpedii v sekci astrofyzika.

[Dragan]

Děkuji za snahu, ale...
ad 1, Jak je možné, že tak staré světlo vidíme, nemělo by být již mimo náš dosah? Nemělo již kolem naší pozice prolétnout dávno, ještě v době ranného vesmíru?
ad 2, Pokud se vesmír rozpíná stále rychleji, můžeme u ranných galaxií zjistit jinou rychlost rozpínání vesmíru, například extrémně nízkou?
ad 3, Chápu rozpínající gumový míček. Pokud však dnes z bodu na obrovském míčku hledím na počátek času, kdy míček byl malý, neměl bych pozorovat body v jednom převládajícím směru?
Promiňte jsem jen laik, mám načteno jen několik populárně naučných knih z astrofyziky.

[Pupak]

1. Jestliže mluvíme o tom, že se díváme 15 mld světelných let daleko, pak je to právě ta vzdálenost, kterou to světlo urazilo, takže nás nemohlo minout. To přece vychází ze samotné definice světelného roku jako jednotky vzdálenosti, ale zároveň v přeneseném významu i měřítka času.

2. Když pomineme inflaci, kdy rychlost expanze vesmíru není v souladu se STR, tak rychlost expanze můžeme odvodit z hodnoty rudého posunu, jenže tady narážíme na problém, že to světlo, které na naše přístroje dopadne v tomto okamžiku, má vlnovou délku odpovídající té současné rychlosti expanze, nikoli té, ve které se zrodilo, takže je třeba nějaké korekce, abychom se dostali k té původní hodnotě a právě způsob výpočtu takové korekce je předmětem diskusí, protože na to není jednoznačný názor. Je třeba si uvědomit, že teorie s převládající podporou nemusí být vždy ta nejlepší. Doby, kdy jsem ještě chápal ten matematický aparát, jsou už dávno pryč, takže moje dnešní úvahy se v podstatě opírají taky jen o tu populárnější část astrofyziky. Většinově je přijímán názor, že rychlost rozpínání vesmíru nelze popsat nějakou jednoduchou funkcí, jako je lineární, exponenciální a pod. , ale že je to proces, který je o dost složitější, než si dnes umíme představit. Každý rok vyjde nějaká publikace, která na to má dost odlišný náhled než měly ty předchozí.

3. Nejlepší je, si to vyzkoušet a uvidíš, že když začneš míček vypouštět, tak se to bude chovat stejně, jen se všechno bude přibližovat ze všech směrů stejně. Není střed vesmíru.

Pokládáš tu hodně složité otázky, na které není jednoduchá odpověď. Bez znalosti matematiky na dané úrovni jsme více méně odkázáni jen na svojí představivost a ta je dost omezená.
Třeba se najde někdo, kdo ti to vysvětlí lépe a kvalifikovaněji, ale pokud odpovědi nenacházíš v těch knihách, co čteš, tak to bude dost složité. Ber to tak, že na tvé laické dotazy odpovídá laik, který jen těch knih přečetl o něco víc.

[Artaban]

Pokud Webb bude sledovat světlo z prvotních hvězd a galaxií, jak to, že toto světlo, vyzářené na počátku mladého a malého vesmíru, není už za hranicí našeho pozorovatelného vesmíru, ale teprve dolétlo k nám? Je snad rozpínání prostoru pro některé vzdálené body rychlejší než světlo?

Jestli ještě neviděl:

[nou]

Žiadny bod vo vesmíre sa nedá označiť za stred lebo vesmír ten stred ani nemá. Ak by aj mal tak je nemožné určiť kde je pretože z ktoréhokoľvek miesta vidí pozorovateľ to isté teda že sa všetko od neho vzďaľuje a čím je to ďalej tým rýchlejšie.

Predstavme si radu objektov na jednej priamke. Objekt nula sa voči nám nepohybuje. Objekt 1 sa po priamke vzďaľuje 10km/h. Druhý objekt sa vzďaľuje 20km/h tretí 30km/h a tak ďalej až do nekonečna. Nech zoberieme hociktorý objekt v tomto rade tak z každého uvidíme to isté že prvý od nás sa vzďaľuje 10km/h druhý 20km/h tretí 30km/h či už sa pozrieme na jednu alebo na druhú stranu.

[alex]

...
ad 3, Chápu rozpínající gumový míček. Pokud však dnes z bodu na obrovském míčku hledím na počátek času, kdy míček byl malý, neměl bych pozorovat body v jednom převládajícím směru?

...Predstavme si radu objektov na jednej priamke. Objekt nula sa voči nám nepohybuje. Objekt 1 sa po priamke vzďaľuje 10km/h. Druhý objekt sa vzďaľuje 20km/h tretí 30km/h a tak ďalej až do nekonečna. Nech zoberieme hociktorý objekt v tomto rade tak z každého uvidíme to isté že prvý od nás sa vzďaľuje 10km/h druhý 20km/h tretí 30km/h či už sa pozrieme na jednu alebo na druhú stranu.

Zdravím!
Dá sa to overiť ešte zaujímavejšie
Ja som to kedysi overoval: ak si zoberieme guľu s určitým priemerom (pre jednoduchosť stačí aj kružnica) vyberieme si na nej nejaké body (na kružnici napr. 3 , nie tak ďaleko od seba). Po zväčšení priemeru o 10% prepočítame ako sa menili vzájomné vzdialenosti bodov, potom znova po zväčšení o 10% zmeriame nárast vzdialeností bodov od seba - dostaneme rovnaký nárast vzdialeností všetkými smermi! Nie je to veľká matematika, stačí trošku rozmýšľať. Vážne.
Takže z hociktorého bodu sa zdá, že všetkými smermi je vzďaľovanie rovnaké

alex

[romcek]

Mně pomohl v představě všesměrové expanze vesmíru nejvíc obrázek podobný tomuto.

Screenshot_20220124_084550_com.android.chrome.jpg (475.15 KiB) Zobrazeno 3978 x

[Dragan]

Ja som to kedysi overoval: ak si zoberieme guľu s určitým priemerom (pre jednoduchosť stačí aj kružnica) vyberieme si na nej nejaké body (na kružnici napr. 3 , nie tak ďaleko od seba). Po zväčšení priemeru o 10% prepočítame ako sa menili vzájomné vzdialenosti bodov, potom znova po zväčšení o 10% zmeriame nárast vzdialeností bodov od seba - dostaneme rovnaký nárast vzdialeností všetkými smermi!

Pokud se dívám na prvotní galaxie, dívám se na pozici, kde byla při vyslání světla? Pokud vezmu analogii rozpínajících se kružnic, budu tedy vidět rannou galaxii na místě menších kružnic nebo na své větší kružnici? Budu-li tedy dnes na největší kružnici pozorovat prvotní galaxie, budu je pozorovat na nejmenší kružnici při jejím vzniku, ne na dnešní kružnici? Tedy je budu pozorovat jen směrem k středu kružnic, prostoru? Ve třech rozměrech by to mělo být stejné? Je mi jasné, že selská logika zde asi moc platit nebude.

[MilAN]

Když nestačí nafukovaný balonek k pochopení, pak je problém v nepředstavivosti a asi to nepůjde ani jinak.
Nejjednodušší pro představu je si provést v praxi jednoduchý pokus. Na gumový špagát napevno upevnit korálky ve stejném rozestupu a pak tu gumu natáhnout. Rozestupy se zvětší, a to mezi všemi. Nikde nebyl ani nebude střed a všechny se od sebe vzdalují. A zrovna tak je to ve 2D i 3D

[peta62]

To neni Dragan kdo nechape ( mimochodem obrazek od romceka je genialni ), on se nepta na prostorove zmeny, ale na casove.
Osobne si myslim, ze to zalezi na vzdalenosti a tudiz delce letu svetla z daneho mista. Tedy cim vzdalenejsi, tim starsi polohu vidim.

[nou]

Tak najvzdialenejšie galaxie ktoré teraz pozorujeme to svetlo vyžiarili pred viac než 13 miliardami rokov. Lenže podľa aktuálnych kozmologických modelov sú tie galaxie teraz od nás vzdialené 93 miliárd svetelných rokov.

[peta62]

Mozna jsem neco nepochopil, ale to mi neprijde mozne. To by ta expanse musela byt rychlejsi nez svetlo. Jenze kdyby byla, tak nas svetlo z tech galaxii nikdy nedoleti.

[KpS]

Dragan: Když si pro naši lepší představivost bereme na pomoc nafukovací balónek, je třeba si uvědomit, že vesmírem je pouze jeho povrch. Střed balónku není součástí tohoto vesmíru a povrch balónku nemá střed.
Když v ranném vesmíru nějakých 300000 let po Velkém třesku vznikl světelný paprsek, který si to namířil přímo k nám, tak ať je kde je, letí rychlostí světla. Jenže za každou malou dobu, než uletěl další kousek na cestě k nám, jsme se mu díky rozpínání vesmíru o trochu vzdálili. A tak i když původně bylo místo jeho vzniku relativně blízko, čas než k nám doletěl se značně protáhl.

[alex]

Pokud se dívám na prvotní galaxie, dívám se na pozici, kde byla při vyslání světla? Pokud vezmu analogii rozpínajících se kružnic, budu tedy vidět rannou galaxii na místě menších kružnic nebo na své větší kružnici? Budu-li tedy dnes na největší kružnici pozorovat prvotní galaxie, budu je pozorovat na nejmenší kružnici při jejím vzniku, ne na dnešní kružnici? Tedy je budu pozorovat jen směrem k středu kružnic, prostoru? Ve třech rozměrech by to mělo být stejné? Je mi jasné, že selská logika zde asi moc platit nebude.

Skúsme inak - nezachádzajme veľmi do minulosti...

Narýchlo som načrtol obrázky:
1. obrázok: pozícia galaxií niekedy v minulosti - svetlé farby
2. obrázok: za nejaký čas sa vesmír zväčší napr. o 20% - ako aj na obrázku - tmavšie, výrazné farby galaxií
3. obrázok: ak si prepočítam nárast, zväčšenie vzdialeností jednoduchou matematikou, na základe goniometrických funkcií a vlastností trojuholníkov,
vždy vychádza všetkými smermi rovnaký nárast vzdialenosti
nechcem vyznačovať polomery, uhly, strany trojuholníkov... stačí si to načrtnúť, označiť všetko a je možné počítať
zvýraznil som pre jednoduchosť len 2 vzdialenosti, ale nárast vzdialenosti o 20% platí v každom smere, medzi hociktorými galaxiami

Skús si to vypočítať - je to jednoduchá matematika a presvedčíš sa, že skutočne nemôžeme zistiť akýsi "smer od stredu" rozpínania.

alex