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为什么在没有证据的情况下,我们相信宇宙在膨胀,而忽略了引力红移?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-08-25 10:12:01

这个问题好坏参半。有证据表明宇宙正在膨胀,但可能不像许多人认为的那么有力。证据基于哈勃定律。哈勃定律似乎是正确的,但它实际上是一个惊人的巧合。哈勃提出了他的定律,即星系相互远离的速度与它们之间的距离成正比,其基础是红移是由多普勒效应造成的。在我们的星系中,红移和蓝移,确实是由多普勒效应引起的。但在宇宙学尺度上,红移不是由多普勒效应引起的。这是因为衰退的速度不是真实的速度,而是虚拟的速度。我们是怎么知道的?一旦两个星系的距离超过138亿光年,它们的衰退速度就超过了光速。由于真正的速度不可能超过光速,衰退的速度就不可能是真正的速度。这就解释了为什么没有相关的多普勒效应。

这可以用一个膨胀的布满斑点的气球来解释。让这个气球以光速膨胀。在任何时刻,任何两个点的衰退速度与它们之间的距离成正比。一旦这个距离超过了气球的半径,衰退的速度就会超过光速。然而,没有任何物体的移动速度超过光速。所以,虽然多普勒效应并不能证明宇宙在膨胀,但它确实显示出宇宙在膨胀。

所以看起来哈勃只是非常幸运。但如果多普勒效应没有导致红移,那是什么呢?一个答案是宇宙的大小。当宇宙是目前大小的一半时,宇宙中任何物体发出的光都有1(1/(1/2)- 1)的红移,这就是所谓的宇宙学红移。它很好地解释了红移,以至于没有多普勒效应发挥任何作用的空间。完整的解释是,随着宇宙的膨胀,光的波长被拉长了。如果宇宙的大小翻倍,波长也翻倍,相当于红移1。这个解释不涉及速度,但很明显,如果宇宙要变大,它就必须膨胀。这种解释也需要宇宙在膨胀。

话虽如此,这并不是一个很令人满意的解释。宇宙的膨胀是如何拉伸光的?从来没有人提出过这方面的机制。然而,对于红移还有第三种可能的解释,时间膨胀,这很可能就是这个问题所指的引力时间膨胀。为什么这一点被忽略了?在标准或和谐宇宙学模型中,没有曲率。宇宙是平的,也就是欧几里得。就像一张平面的纸,三角形的两个角之和总是180。在这样一个平坦的宇宙中,在任何宇宙尺度上,作用在一点上的重力总是加为零。在这样的宇宙中没有引力时间膨胀,至少在宇宙学的尺度上是这样的。在这样的宇宙中,引力时间膨胀无法解释红移。

但我们的宇宙可以被模拟得很好,我想说的更好,是一个以光速膨胀的三球体。参见《宇宙的形状》。在这样的宇宙中,光总是遵循对数螺旋的路径。知道了这一点,你就可以看到红移正在你眼前发生。

引力红移

A是10亿年宇宙中的一个星系。它发出光子,沿着蓝色路径到达观察者O,当宇宙230亿岁时到达它们。在20亿年的宇宙中,A与宇宙一起膨胀为A ',并释放出另一个光子。它沿着红色路径到达观测者所在的460亿年宇宙。但观测者和星系都在以光速与宇宙一起运动。这怎么可能呢?答案肯定是时间膨胀。你可以看到星系中波的图像在到达观测者时是如何被拉伸的。它被拉伸了23倍,就像观察者的宇宙大小相对于a的宇宙大小一样。

宇宙学红移可以在这个宇宙中得到解释。时间膨胀在数值上等于比例因子。你可以称之为几何时间膨胀但它是引力时间膨胀吗。如果你观察光的路径,就会发现一条线索,它们是测地线。当你向右移动时,曲率变得越来越紧(曲率半径变得越来越小)。什么产生了这个曲率?它是重力。在三球体宇宙中,在宇宙尺度上,引力会随着时间的推移而增加。这些数学运算以一种相当惊人的方式叠加在一起,看看它们之间的联系。在三球宇宙中,只有在三球宇宙中,引力时间膨胀等于比例因子,这解释了宇宙学的红移在我看来证明了我们的宇宙一定是一个三球宇宙。
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