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一个有130亿年历史的宇宙怎么可能有超过900亿年的时间可以被观测到?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-12-27 08:41:36

我们看到的最古老的光在到达我们的射电望远镜之前已经传播了大约138亿年,因为它已经红移了大约1100倍,从可见光变成了微波。这就是宇宙微波背景(CMB)。

但是,这种物质(白炽气体,主要是氢气)在发出这束光的时候离我们非常近:离我们只有几千万光年。

光花了138亿年才到达这里的原因是相对论时间膨胀。根据我们的时钟测量,这种光最初移动得相当慢。这在一定程度上是由于物质从我们(或我们,从它)远离的高速,但也由于引力势的差异。一种弱得多但密切相关的效应甚至在今天的太阳系中也可以看到:当光线或射电束在太阳附近传播时,由于太阳的重力场,它们似乎慢了一些。(这种效应被称为夏皮罗延迟)。早期宇宙的总体平均重力场要比现在强得多,因此,根据我们现在的参考系,在遥远的过去,光的运动要慢得多。

一个有130亿年历史的宇宙怎么可能有超过900亿年的时间可以被观测到

138亿年前发出光的气体也就是我们今天看到的宇宙微波背景辐射现在离我们远得多,大概在460亿光年左右,以移动距离来衡量。(我猜问题中提到的900亿指的是这个数字的两倍,有时也被称为可观测宇宙的移动直径。)想必所有这些物质都已演化成拥有无数恒星和行星的星系,或许还承载着生命,甚至是文明。如果是这样,我们永远不会知道。这些星系目前远在我们的“宇宙事件视界”之外,处于一个不断加速膨胀的宇宙中,可能永远都在外面。也就是说,如果我们观察今天接收到宇宙微波背景辐射的那块物质,我们就会看到这个过程的开始,它冷却并形成自引力结构,也就是星系。然而,最终,时间膨胀将意味着,我们将看到更多的这些物质块,而不是看到未来的展开,即使它们从我们的视野中消失。它们存在的最后一刻,对我们这些遥远的观察者来说,将延伸至无限,而我们将永远看不到它们的未来。

在我的回答中,我强烈反对像拉伸时空结构这样的诗性词汇,以及诸如此类的废话。它们给人一种理解的错觉,但我的印象是,它们更多的是模糊而不是启发。最终在物理学中,我们测量事件之间的时间间隔(例如,通过计算振荡器的周期)。我们也测量距离,但这些距离本身最终是用时间间隔来测量的。相对论的一个事实是,在时空中遵循不同轨迹的时钟会以不同的速度运转。我们测量的时间间隔总是特定于用来测量它们的时钟的轨迹。我们知道,相对于宇宙中我们所在位置的物质,一个时钟保持着近似静止的状态,自宇宙诞生以来,它已经有大约138亿年的时间了。我们还知道,一个时钟可以测量到,从这个宇宙开始到宇宙变得透明的那一刻,也就是我们现在所探测到的CMB,只有38万年的时间。我们知道,当我们观察释放出宇宙微波背景辐射的白炽气体时,通过测量发射的性质,把它当作一个时钟,这些时钟的滴答声比今天的时钟慢1100倍。

推断是数学的“小说”,包括各种距离的定义完全不同的价值观,如光旅游距离(138亿光年),目前comoving距离(460亿光年),comoving距离发射的时候(几一千万光年),或其他定义的距离。
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