Везде ли действует гравитация?
На самом деле гравитация действует не везде во Вселенной. Сила притяжения, называемая гравитацией, не распространяется за пределы групп галактик.
Если вы посмотрите на закон всемирного тяготения Ньютона, то увидите, что сила притяжения одной массы за счет другой массы зависит от их разделения r по зависимости 1/ r2 .
По мере удаления от гравитационного тела, такого как Солнце или Земля (т. е. по мере увеличения расстояния r ), его гравитационное воздействие на вас ослабевает, но никогда не исчезает полностью; по крайней мере, согласно закону всемирного тяготения Ньютона. Однако закон всемирного тяготения Ньютона здесь неверен.
Наиболее правильной теорией гравитации в настоящее время является не закон Ньютона, а общая теория относительности Эйнштейна с включенной космологической постоянной.
Общая теория относительности описывает, что гравитация на самом деле не является прямой классической силой. Скорее эффект, который мы называем гравитацией, — это просто то, как объекты движутся в искривленном пространстве-времени.
Масса, такая как Солнце, не выбрасывает силовые линии гравитационного поля. Скорее, масса искажает пространство и время, и когда объект движется по прямой через искривленное пространство-время, кажется, что на объект действует какая-то сила. Общая теория относительности не только объясняет традиционное гравитационное притяжение. Она также объясняет другие способы поведения пространства-времени. Поведение пространства-времени зависит от того, сколько массы и энергии присутствует, как они распределяются и как они движутся.
В масштабах групп галактик и меньше, локализованной массы достаточно, чтобы пространство-время действовало как традиционная гравитация.
Другими словами, в масштабах насекомых, людей, планет, планетных систем, галактик и групп галактик пространство-время ведет себя таким образом, что кажется, что одна масса гравитационно притягивает другую массу.
В этих масштабах Общая теория относительности почти точно воспроизводит старый и менее точный ньютоновский закон всемирного тяготения. (Даже в этих масштабах существуют измеримые различия между неправильными предсказаниями закона Ньютона и правильными предсказаниями общей теории относительности, но различия обычно настолько малы, что для их обнаружения требуется чувствительное оборудование.) Грубо говоря, на всех масштабах, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, пространство-время действует в основном как старая добрая гравитация.
Гравитационные эффекты являются результатом искривления пространства-времени
В масштабах, больших, чем группы галактик, масса звезд, планет, лун и космической пыли становится в среднем слишком разреженной и слишком нелокализованной, чтобы пространство-время продолжало действовать как традиционная гравитация.
В этих масштабах пространство-время выглядит в основном пустым, в основном однородным и в основном плоским. Согласно общей теории относительности с включенной космологической постоянной две далекие галактики в таком пространстве-времени больше не движутся навстречу друг другу. Они отдаляются друг от друга.
Дело не в том, что две галактики активно отталкивают друг друга. Скорее, природа пространства-времени такова, что когда оно по большей части пусто, однородно и плоско, оно расширяется. Между далекими галактиками постоянно создается новое пространство, так что расстояние между галактиками в разных группах галактик постоянно увеличивается.
Кроме того, природа пространства-времени такова, что в больших масштабах это расширение ускоряется во времени. Галактики в разных группах не только удаляются друг от друга, они также удаляются друг от друга с возрастающей скоростью.
Ученые называют такое поведение пространства-времени в больших масштабах именами «космическое расширение» или расширение вселенной. Такое расширение неоднократно подтверждалось экспериментально с использованием самых разных подходов. Ключевой концепцией здесь является то, что ускоряющееся расширение Вселенной является врожденным свойством самого пространства-времени в масштабах, где пространство-время больше не действует как традиционная гравитация.
Таким образом, влияние гравитации распространяется только на край каждой гравитационной группы. Кроме того, пространство-время больше не ведет себя как гравитация.
Дело не в том, что гравитационное притяжение звезды просто становится слишком слабым, чтобы его можно было заметить, когда вы покидаете ее группу галактик. Скорее гравитационное притяжение полностью исчезает за пределами группы галактик.
Объект в Солнечной системе, находящийся в состоянии покоя относительно Солнца, падает на Солнце. Объект, выпущенный в состоянии покоя в другой галактике, но в той же группе галактик, что и наше Солнце, также будет двигаться к Солнцу (в дополнение к движению к другим, более близким массам).
Напротив, объект в другой группе галактик вообще не движется к нашему Солнцу. Он уходит от Солнца, и он удаляется с ускорением.
На самом деле гипотетический далекий объект удаляется от всей нашей группы галактик с нарастающей скоростью. Пространство-время просто не ведет себя как притягивающая гравитация в космических масштабах. По этой причине гравитация принципиально не выходит за пределы гравитационно связанных групп галактик.