为什么宇宙的膨胀不影响粒子的性质,却影响波长(红移)?

时间:2023-01-17 09:04:59   作者:
在回答这个问题之前,请允许我提供一个思想实验。比如说,你正在观察来自遥远星系的光。你知道那个星系离你有多远,也知道由于宇宙膨胀,它离你有多远。所以你希望进入相对论火箭朝着遥远星系的方向出发,追逐它,这样你到那个星系的距离现在是恒定的。

但是等等!当光从那个遥远的星系发射出来时,宇宙的密度要大得多,所以平均背景引力场更强。没问题:你的相对论火箭也有一个重力场发生器,所以你打开它来模拟相同的重力环境。

现在你观察遥远的星系并测量,没有红移!所有的红移都消失了。到达地球的光线以与数十亿年前发射时完全相同的速度摆动。

你想知道这是怎么回事?然后你意识到,当然!你们之前看到的红移是相对论多普勒和引力时间膨胀的结合。你用相对论火箭和重力场发生器抵消了这两者。

相对论多普勒,因为遥远的星系正在远离你。所以当它向你的方向发射电磁辐射时,每一个后续的波都要传播更长一点的时间,所以它到达的时间会稍微晚一点。这意味着您在一秒钟内看到的摆动比发出的数字要少。

还有引力时间膨胀,因为那时,由于宇宙的整体引力场更强,各地的时钟都比现在慢。这意味着,当一个原子在当时每秒发出一定数量的摆动时,你会在一个不那么强烈的背景引力场中测量到它的摆动更少。

所以你看,波本身没有发生任何变化。在相对论宇宙中,观测到的红移与发射者和观测者的相对位置和运动有关。
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