Уважаемые господа, приветствую всех!
Давайте представим следующий мысленный эксперимент. Представим себе расширяющуюся Вселенную, не слишком большую (напр. миллиард световых лет) и расширяющуюся не слишком быстро.
Далее, представим, что есть наблюдатель А, расположившийся на достаточно массивном обьекте. И этот наблюдатель излучает порцию фотонов синего света в количестве, например 1 миллион шт., в направлении "прямо перед собой". Одновременно с этим наблюдатель излучает такую же порцию фотонов в прямо противоположном направлении. Далее эти фотоны будут распространятся вдоль прямой линии в протвоположных направлениях.
Но так как все прямые линии в замкнутой Вселенной замкнуты, то через время, определяемое размерами замкнутой Вселенной, фотоны вернутся к наблюдателю А, причем с направлений, противоположных направлению в момент начала эксперимента.
Но так как Вселенная расширяется, то вместо фотонов синего света(которые были вначале), вернутся фотоны красного света. Следовательно, часть энергии фотонов окажется утеряна.

Вопрос - куда же исчезла энергия фотонов? Кто мне подскажет?

Перешла в "энергию" гравитационного поля. Когда Вы считаете покраснение фотонов, Вы обычно не учитываете обратное влияние фотонов на метрику Вселенной. Если учесть это влияние, можно показать, что полная энергия сохраняется. Другое дело - как определить энергию гравитационного поля в неплоской асмптотически метрике. Но это уже другой вопрос.

Не, ну я верю, что энергия фотонов не теряется. Однако совершенно не понимаю, как может гравитационное поле отнимать энергию у фотонов, в то время. как фотоны летают во всех направлениях, и теряют энергию НЕЗАВИСИМО от направления движения.

От направления ничего не зависит потому что Вселенная изотропна. А энергия отнимается из-за растяжения Вселенной, из-за чего увеличиваются длины волн фотонов. Если бы Вселенная сжималась, фотоны бы синели.

Так меня как раз и интересует, что же за процесс приводит к тому, что "энергия отнимается из-за растяжения Вселенной". То есть усматривается некая причинно-следственная цепочка "расширение Вселенной - потеря фотонами энергии". Однако мне непонятно, каков механизм такой передачи энергии.

Если Вас, Виктор, растягивать по всем направлениям, у Вас тоже поменяется энергия. Только Вы - человек и плохо растягиваетесь - в расширяющейся Вселенной Ваш размер не будет изменяться. А фотон растягивается хорошо - поэтому его длина волны изменяется, а энергия равна

а если такой хитрый трюк - фотоны это газ в космосе. космос внезапно расширился и газ фотонов расширился адиабатически, и температура фотонов, соответствующая длине волны - упала.
т.е. фотоны покраснели, а энергия - вуаля - никуда не пропала?

Не получится. Плотность энергии фотонов пропорциональна , объем Вселенной (a-радиус Вселенной). Полная энергия фотнов изменяется при растяжении засчет растяжения длины волны.

Частота (длина волны) изменилась, а энергия - "вуаля - никуда не пропала"


Какая-то резиновая промышленность (прости Господи) во Вселенских масштабах - можно прочитать Зельдовича, который в 10 пунктах описал, как выглядело бы наше ночное небо, если бы осуществлялись в природе подобные фантазии...

Вы что, спорите с тем, что фотоны краснеют? Это - экспериментальный факт! Почитайте любую книжку по космологии/астрофизике (можете и Зельдовича, Новикова, хоть она и старая). Я пытаюсь объяснять на пальцах, если Вам этого не достаточно, решите уравнения Максвелла в расширяющейся Вселенной (или, опять же, посмотрите решение в книжках по космологии).


Если учесть обратную реакцию фотонов на метрику пространства-времени, окажется, что энергия фотонов скомпенсировалась засчет "энергии" гравитационного поля.

Вот, и не пальцах.. Но на сколько справедливо вкладывать принцип одновременности в понятие энергии фотонов - ...
Красные фотоны старше, а энергия объектов, например, квазаров возможно и больше - мы видим так:
- начальный этап образования метагалактики в нашем наблюдении растянут по всему светомиллиардному горизонту сферы наблюдения,
- что растягивается в наблюдении, а что по теории?
- а фотоны со своей длиной волны здеся в ФЭУ,
- ...

Что-то я ничего тут не понял.

Правильно я понял, что Вы спорите с тем, что покраснение фотонов - экспериментальный факт? Это проверяется так: смотрим на близкие звезды и находим в их спектре линии излучения водорода (серию Бальмера и т.п.) Теперь смотрим на далекие звезды и видим, что эти же самые линии излучения присутствуют, только со сдвинутыми частотами. Делим одну частоту на другую и получаем красное смещение для данной звезды. Какие-либо предположения об астрофизических объектах, излучающих фотоны, в этом эксперименте отсутствуют.


Кто такая метагалактика? А свето--прам-парарам-наблюдения кто такой?


Пространство. И в наблюдениях, и в теории.

Дмитрий. Ну даже цитировать не взялся...
Вам говорят, что возраст фотонов и их покраснение связаны=красные фотоны старше, а Вы про серию Бальмера. Можно Вас спросить, неужели призма или дифракционная решетка при разложении спектра отвечает за критику покраснения фотона - или просто вспомнилось про прочитанное когда-то. Вы хотыбы рассказили бы, как определяеися расстояние до астрофизического обьекта, а потом уж при всех шансах сравниваются все данные эксперимента с учетом спектральных.
А не понимаете Вы меня из-за разницы знаний....

Я Вам описал эксперимент, доказывающий, что фотоны краснеют. Да, эксперимент использует серию Бальмера. Что, нельзя? Мое утверждение остается тем же: то, что фотоны краснеют - экспериментальный факт.

Ну вот как определяются расстояния до астрофизических объектов - это сложное дело. Надо спросить у астрофизиков. Как-то они стоят эту "лестницу расстояний". По-моему, они определяют сначала, к каким галактикам/скоплениям принадлежат звезды. Затем определяют, на каком расстояниии находятся галактики/скопления по их угловому размеру. Так, что ли?

первая идея определенно лучше.

Вот и рассказываю
По свечам определяют. А ссылка на эксперимент, предложенная Вами, конечно, справедлива - как справедливы и все другие эксперименты по красным фотонам.
А метагалактика имеет радиус (при всех прочих - радиус наблюдаемой части вселенной - НЕ отменить). На сфере этого радиуса лежит информация о начале вселенной в понимании фридмановской метрики и гамовского горяченького БВ. Но мы с Вами застряли на вопросе: красный фотон с определенной сферы определенного радиуса имеет возраст?

Ничего не застряли. Имеет возраст. Для маленьких размеров сфер этот возраст равен радиусу/скорость света.

Хочу предложить Вашему вниманию небольшое рассуждение.
Насколько я понимаю, терять энергию при движении в расширяющейся Вселенной будут не только фотоны, но и быстродвижущиеся обьекты с ненулевой массой покоя. Причем скорость потери энергии будет уменьшаться по мере уменьшения скорости движения обьектов.
Есть у меня сомнение, что такую, зависящую от скорости движения обьекта, потерю энергии можно обьяснить влиянием гравитации.
Могу предложить следующее обьяснение. Гравитационное поле возникает в том случае, если имеется градиент кривизны пространства-времени вдоль оси X или Y или Z. В замкнутой расширяющейся Вселенной нет градиента кривизны пространства-времени вдоль этих осей(и поэтому нет гравитационного поля), однако пространство-время с нестационарой метрикой обладает градиентом кривизны вдоль оси t. Обьекты неподвижные этот градиент не чувствуют, но вот для обьектов быстродвижущихся такой градиент кривизны вдоль оси t будет ощутим. Но это не будет обычное гравитационное поле, так как потеря энергии пропорциональна скорости движения. Еще одно отличие от гравитационного поля - гравитация связана с массами, а обсуждаемый здесь эффект ни к каким массам не привязан, но, насколько я понимаю, передача энергии происходит непосредственно кривизне пространства-времени.

Абсолютно верно.


Опять Вы сводите дискуссию к терминологии. Если хотите называть гравитационным полем только такую метрику, для которой кривизна пространства-времени зависит от координат, - называйте. Все равно в уравнениях ОТО всегда фигурирует кривизна пространства-времени, как бы Вы ее не называли.

Интересно, как Вы будете называть метрику, зависящую и от координат, и от времени. Скажем, черная дыра на фоне расширяющейся Вселенной. Как будете отличать "гравитационное поле" от просто "кривизны"? Создадите сложную систему условий? И зачем же?

Насчет черной дыры тут мыслишка небольшая у меня образовалась. Пространство-время сжимающейся черной дыры чем-то похоже на пространство-время сжимающейся Вселенной. И, следовательно, в процессе образования черной дыры растущая кривизна пространства-времени будет вызывать рост энергии эл.волн, находящихся в этой области и рост энергии быстродвижущихся частиц. То есть рост кривизны пространства-времени будет вызывать разогрев материи в пределах образующейся черной дыры. Как Вы считаете, не может ли такой эффект стать, при некоторых условиях, столь большим, что именно этот эффект станет определяющим для динамики процесса образования черной дыры?

Процесс образования черной дыры называется коллапсом. Рост кинетической энергии частиц засчет "скатывания" в образующуюся дыру, действительно, происходит. Но является ли этот эффект определяющим - вопрос количественный, верно? Уж не знаю, что Вам порекомендовать прочитать про коллапс, но прочитать обязательно надо. Начните с астрофизическихучебников. Коллапс звезды - довольно нетривиальный процесс, и теория там достаточно сложная.