Определение из википедии: "
Метрика в метрической геометрии — функция на парах элементов множества, вводящая на нём расстояние, то есть, снабжающее его структурой метрического пространства".
Если вы испытываете трудности с пониманием, о чём в этом определении идет речь, боюсь, я не смогу вам объяснить. Если просто – метрика формирует свойства протяженности, в том числе и расстояние. Можно сказать и так: пространство это проекция математической формулы на феномен протяженности. А метрика задает свойства этой «проекции» — это функция, благодаря которой между любыми двумя математическими элементами возникает расстояние – не в виде числа, а в виде протяжения. То есть, расстояние, оно не само по себе, а результат действия метрики в протяженности.
Объяснить это трудно в виду того, что само понятие протяженности относится к первоначальным понятиям, у которых определения не может быть «по определению» - нет ничего того, что предшествовало бы первоначальным понятиям. К ним, кстати, относится и понятие цветности. Дать определение «красному» тоже невозможно по той же причине – нет того, через что можно было бы это объяснить. Можно лишь показать пальцем и сказать «это красный».
Если метрика линейная, то расстояние между точками соответствует прямому отрезку. Если метрика квадратичная - отрезок получается искривленным. И тогда расстояние – внутри этого пространства - меряется по дуге, ибо нет иного способа замерить расстояние, не выходя за пределы данного пространства (например, поверхности сферы).
Самый наглядный пример, на мой взгляд, это сравнение обычной начертательной геометрии и геометрии аналитической. Первая отличается от второй наличием в ней феномена протяженности. Именно поэтому – из-за протяженности – начертательная геометрия нуждается в специальных «аксиомах о протяженностях» (аксиоматике Евклида). А аналитическая прекрасно себя чувствует на аксиомах общематематических, поскольку является разделом алгебры, и потому в понятии протяженности не нуждающейся (
шепну на ушко: вполне возможно доказать пятый постулат Евклида аналитическими методами). Аналитическую геометрию можно рассматривать как «фабрику» метрик для геометрии начертательной. Или, ещё короче, начертательная геометрия это результат «пересечения» аналитической геометрии и феномена протяженности.
При этом сама метрика пространства не является инвариантной, т.е., независящей от выбора системы координат. По-умолчанию, мы считаем, что описываем метрику относительно евклидового пространства, линейного для нас-тире-внутренних его наблюдателей. Именно поэтому мы можем наблюдать извне, как меняется вложенное в наше другое пространство, описываемое выбранной метрикой.
Это очень важный момент! Мы наблюдаем изменение внутреннего пространства (вложенного в наше) только и исключительно благодаря тому, что метрика этого пространства опирается на наше внешнее пространство, и изменяется относительно него.
Для внутренних же обитателей, живущих, например, на поверхности сферы, никаких изменений не будет. Для них их 2-мерная поверхность сферы статична и линейна, ибо то, относительно чего можно определить кривизну их пространства, находится вне их пространства. Они как пассажиры корабля, не имеющие возможности определить величину прилива по положению ватерлинии, в то время, как наблюдатель, стоящий на берегу прекрасно всё это видит по уровню воды относительно земли.
Точно так же и мы, если действительно живём на 3-мерной поверхности 4-мерной сферы, не можем определить кривизну своего пространства - мы воспринимаем её исключительно линейной и евклидовой.
…
.
Цитата:
Вот, к примеру, формула плоскости в трёхмерном пространстве: Ax+By+Cz+D=0. В моём понимании это и есть метрика, она задаёт нулевую кривизну. Если Вы согласны, то покажите формулу, в которой эта метрика изменилась так, что нулевая кривизна осталась, а метр увеличился.
Это называется анизотропией пространства – при линейности поверхности такое пространство может сжиматься или растягиваться по некоему закону вдоль некоего направления, совпадающего с д или более своими мерностями. Если кривизна пространства это искривление вне мерностей данного пространства, то анизотропия это сжатие/растяжение внутри его мерностей. Описанием таких вопросов занимается финслерова геометрия. В ней есть понятие нормы:
Норма это функционал, заданный на векторном пространстве и обобщающий понятие длины вектора или абсолютного значения числа. Иными словами, норма это именно то, что предписывает изменение длины метра вдоль выбранного направления анизотропного пространства, вложенного в пространство, относительно которого задается его метрика. Если при перемещении вдоль некоего направления норма пространства меняется, это означает изменение нормы расстояния. В просторечии – норма задает длину метра, утрированно говоря, здесь и там. Понимаю, что без объяснения на конкретном примере это трудно уложить в голове. Поэтому опять прибегну к аналогии с шариком:
Пусть у шарика верхушка оказалась более жесткая, а серединка менее жесткая. Тогда при надувании шарика он сильнее будет растягиваться на экваторе и меньше – на полюсах. Если в некоторый момент мы нанесем на поверхность шарика равномерную сетку с шагом 1 евклидов см, то при его надувании экваториальные клетки сетки расширятся больше, чем полюсные. В результате возникнет анизотропия свойств поверхности вдоль меридиана.
Такую – физическую – анизотропию вполне можно рассчитать методами сопромата. Но можно решить и чисто геометрическим образом - прописать метрикой, данные для которой можно взять из свойств материала - резины, которая в результате особенностей технологии производства на полюсах оказалась толще, чем в середине. Градиент толщины резины можно преобразовать в градиент жесткости, а последний - в коэффициент изменения нормы вдоль меридиана. Иными словами, свести физику к геометрии, и рассчитать таким образом градиент изменения растягивающих деформаций шарика чисто геометрическими методами (точнее, финслерово-геометрическими). При этом, такой "физический" способ решения покажет градиент растяжения во «внешних» евклидовых сантиметрах, которых по мере растяжения будет больше, а финслерово-геометрический – в виде формулы, описывающей градиент растяжения одного и того же количества изначально начерченных сантиметров.
В этом примере упругие свойства материала шарика является аналогом свойств пространства – подчеркиваю, не материи в пространстве, а непосредственно самого пространства. А поскольку всё материальное имеет протяжение в пространстве, то его расположение и поведение в нём будет зависеть от свойств пространства. Например, если некий предмет, подчиненный метрике из вышеуказанного примера будет с постоянной для анизотропного пространства скоростью двигаться от полюса к экватору шарика, то для внешнего наблюдателя он будет ускоряться, а его размеры – увеличиваться. Хотя относительно своего пространства он движется по инерции в соответствии с первым законом Ньютона – прямолинейно и равномерно.
Если в такое анизотропное пространство поместить пружину в свободном состоянии, то для внешнего наблюдателя один конец у неё будет виден сжатым, другой - растянутым. Но не потому, что пружина растянется или сожмется, а из-за сжатости/растяжённости самого пространства - сам метр в пространстве будет сжиматься или растягиваться согласно закону, диктуемому метрикой.
Если подобная анизотропия пространства присутствует и в нашей Вселенной (точнее, наоборот – если наша Вселенная находится в пространстве с подобной анизотропией), то видимая картина Вселенной может быть объяснена по-иному. Она вполне может быть бесконечной «изнутри», и предельной «снаружи» (см. пример с бесконечно убывающим метром). Тогда открытую анизотропию реликтового излучения можно квалифицировать как свидетельство анизотропии пространства, которая становится заметной, если она имеет разные градиенты вдоль разных направлений. Например, как у шарика вдоль меридианов и вдоль параллелей - в отличие от меридианального градиента, вдоль параллелей степень растяжения резины не меняется. Так же и реликтовое излучение, приходящее «с востока или запада», имеет одну частоту; а с полюсов – слегка другую в виду того, что оно началось раньше, чем излучение с параллелей, и потому несколько большей мощности (сиречь частоты), но в виду анизотропии пространства пришло в точку наблюдения только сейчас.
Единицу длинны, как вы правильно заметили, выбирает человек - это чистой воды условность. Но само расстояние, как феномен, является принадлежностью пространства и подчинено его метрике, поскольку является его следствием. Расстояние - это так выглядит метрика в протяженности, если грубо. Если мы, находясь вне двух пространств с разной метрикой сможем переместить некий предмет из одного пространства в другое, то видимые нам форма и размеры объекта изменятся в соответствии с метрикой того пространства, в которое мы его поместим. Есть даже такое понятие гомеоморфность - способность одного геометрического объекта при изменении метрики преобразовываться в другой, образно говоря, "без складок" и «разрывов» (см. гипотеза Пуанкаре). Например, если мы возьмем из плоскости треугольник и положим его на сферу, то у него сумма углов может оказаться меньше 180 градусов. А если ещё и «плотность» пространств разная, то увидим и изменение его размеров.
Цитата:
И что мы видим? При увеличении R увеличился размер окружности, то есть двумерное пространство расширилось, метрика изменилась. Однако длина окружности увеличивается точно так же, как и R, и метров в этой длине становится больше. Но раз метров стало больше — значит, сам метр не изменился, хотя должен был бы, по Вашему заявлению.
Во-первых, «что мы видим» - кто "видит", и откуда? Из внешнего евклидова пространства, в котором происходит расширение сферы? Если так, то да – в наших «евклидовых» метрах сфера растет, её рост обусловлен метрикой, прописанной относительно нашего евклидова пространства, и именно из-за этого вы и замечаете расширение сферы. Но на поверхности сферы любое расстояние это сколько-то долей радиуса - так определено метрикой, и относительно этого радиуса "кривых" метров на сфере всегда будет одинаковое количество, независимо от того, каким будет её радиус в евклидовых метрах.
Повторяю, "кривой" метр на сфере это функция радиуса, это не ваш евклидов метр. При этом количество «кривых метров» на сфере будет всегда одним и тем же: L=f(R), даже в том случае, если сам радиус будет функцией времени: R = f(t). В евклидовых метрах сфера со временем будет расти, но в долях радиуса - нет. А поскольку жители сферы могут мерять себя лишь в своих внутренних метрах, которые в долях радиуса неизменны, то они ничего и не заметят. У них с разрежением пространства произойдет увеличение всего: евклидовых радиусов электрона, евклидовых размеров атома и т.д. – всего и синхронно. Но все их увеличения являются таковыми лишь с нашей точки наблюдения, совпадающей с системой координат метрики – то есть, с внешней. Относительного же увеличения внутри их восприятия – одного объекта относительно другого в том же пространстве - не будет принципиально. Соответственно, не будет и возможности что-либо заметить. И это ответ и на следующее ваше недоумение:
Цитата:
Конечно, можно предположить, что для внутренних наблюдателей свой метр, и он увеличился вместе с R, поэтому для них длина окружности не изменилась. Но для этого нет никаких оснований, во всяком случае, из самого изменения метрики это никак не следует, даже наоборот — формула показывает, что метров в окружности стало больше, так с какой стати у внутренних наблюдателей должно быть по-другому?
Ваше недоумение от того, повторяю, что вы смотрите на сферу из-вне, и меряете ещё вашими – внешними – метрами из системы отсчета этой метрики. А нас интересует, заметно ли это расширение внутренним наблюдателям сферы. Так вот для них, для которых система координат метрики их пространства недоступна для восприятия, становится невозможным и что-то изнутри заметить.
И в этом плане мы такие же внутренние наблюдатели своего пространства, в котором находится наша Вселенная, неспособные увидеть его извне, и потому не могущие ничего утверждать о его состоянии. Единственная возможность что-то понять возможна лишь в том случае, если в нашем пространстве присутствует анизотропия, причём, по разным измерениям разная. Сравнивая, как выглядит Вселенная по этим измерениям, ещё можно что-то "заподозрить", и поиметь почву для создания моделей. Но не больше.
….
Но хватит объяснений - всё я, да я. Давайте, теперь вы будете «оправдываться»
Цитата:
Этот критерий — расстояние, на котором сила, притягивающая объекты друг к другу, становится настолько слабой, что ускорения, которое она создаёт, недостаточно, чтобы остановить разбегание. Поскольку с увеличением расстояния гравитационная сила ослабевает в квадрате, а скорость разбегания растёт линейно, на определённом расстоянии этой силы уже недостаточно, чтобы удержать вместе, скажем, галактики, и они начинают разлетаться. Внутри же галактики гравитационная сила достаточна, чтобы удержать звёзды вместе. А на молекулярном уровне электромагнитные силы и вовсе на множество порядков превышают порог, необходимый для удержания атомов на одном и том же расстоянии. Именно по причине малости этих расстояний.
Это вы описали классический разлёт материи в статичном пространстве. Расширение пространства здесь совершенно лишняя сущность. Докажите, если не так. Замечу, что для вас это сводится к объяснению того, что нарисованные на поверхности шарика фигурки при его надувании расти не будут, а будут лишь удаляться друг от друга в разные стороны. А для этого, резина внутри рисунков не должна растягиваться. Собственно, это вам и требуется объяснить.
Цитата:
При этом отклонение от изотропности, как я уже сказал, всего 0,01%, такой однородности в спектре излучения не может быть в случае простого, как при взрыве, расширения облака вещества …
Почему вы решили, что 0,01% это мало? Это отклонение 1 метр на 10 км – в некоторых случаях (навигации, например) это недопустимо большая величина. Неоднородности гравитационного поля Земли имеют минус 5 порядок. А чувствительность гравиметров ещё на 4 порядка выше. Каковы критерии малости этих ваших 0,01%?
Цитата:
Реликтовое излучение — это самое сильное доказательство расширения пространства, тем более что оно было предсказано в рамках теории Большого взрыва, которая основана на гипотезе расширения именно самого пространства, а не просто облака материи.
Реликтовое излучение это свидетельство ранней вселенной – что такой этап эволюции Вселенной действительно был. Но, что это свидетельство расширения пространства – в лучшем случае гипотеза, для объяснения расширения Вселенной совершенно лишняя.
Цитата:
...зато увидел множество ошибок:
• ущербное определение метрики;
Исправлено.
Цитата:
• привязка метрики к длине метра;
Наоборот – метра в пространстве к метрике, описывающей свойства этого пространства.
Цитата:
• определение метра как длины дуги (что вообще ни в какие ворота не лезет);
Уточняю - метра как доли радиуса сферы.
Кстати, определение метра дать тоже невозможно. Можно лишь показать эталон метра и сказать "это метр". Ибо через что определять? Мы так же не можем сказать, насколько наш метр искривлён.
Цитата:
• попытка выдать некие пятна на карте реликтового излучения за анизотропию вследствие расширения вещества, а не самого пространства.
Опять вы все наоборот понимаете – анизотропия излучения вследствие анизотропии пространства, а не материи. Игрек, нобелевки просто так не раздают – если дали, значит открытие анизотропии излучения не только научно признано, но и посчитано очень важным. А разброс вещества, его относительная однородность во Вселенной совершенно не требует для своего объяснения какого-то "расширения пространства", оно прекрасно описывается и простым разлётом материи в неизменном пространстве.
Ничего себе, увлёкся...