Если объекты не двигаются, когда Вселенная расширяется, как расширение может привести к красному смещению?

Красное смещение действительно вызвано не движением объектов, а самим расширением. Это теоретический результат рассмотрения метрики FLRW для луча света, движущегося по нулевой геодезической.

Вывод можно найти здесь .

Космологическое красное смещение$z$дан кем-то$z+1 = 1/a$, где$a$— масштабный фактор (размер Вселенной) в момент испускания света. Обратите внимание, что этот результат не зависит от того, как расширилась Вселенная. В принципе, вы могли бы представить вселенную, которая была статичной, когда свет излучался, и статичной, когда свет наблюдался, но расширялась с коэффициентом$a$в какой-то промежуточный момент, и вы бы наблюдали такое же красное смещение, как если бы эта вселенная тем временем постепенно расширялась. Это резко контрастирует с нормальным доплеровским смещением, где в таком гипотетическом случае не наблюдалось бы красного смещения.

Обратите внимание, что галактики удаляются быстрее скорости света.$c$нам не помеха их видеть; все галактики с наблюдаемым красным смещением более$z\simeq1.4$отступать быстрее, чем$c$. Красное смещение самой далекой наблюдаемой галактики GN-z11 составляет$z=11.09$, и отступает на$v\simeq2.2c$. Когда он излучал свет, который мы видим, он удалялся еще быстрее, а именно на$v \simeq 4.3 c$. См. муравей на резиновой веревке «парадокс» для интуитивного объяснения.

Если объекты не двигаются, когда Вселенная расширяется, как расширение может привести к красному смещению?

Потому что объекты движутся относительно друг друга. Ни то, ни другое не движется в пространстве, но пространство расширяется. Таким образом, две галактики, которые раньше находились на расстоянии 1 миллиарда световых лет друг от друга, теперь находятся на расстоянии 2 миллиарда световых лет друг от друга.

Согласно вики-странице о расширяющейся Вселенной, Вселенная расширяется (именно так мы видим смещенный в красную сторону свет от далеких галактик), однако это расширение не приводит к перемещению объектов в пространстве друг от друга. Вместо этого это расширение представляет собой формирование нового пространства, так что все объекты в пространстве сохраняют статическую связь с пространством.

Да, они поддерживают статическую связь со своим локальным пространством, но не друг с другом. См. аналогию с пирогом с изюмом . Галактики расходятся, потому что они встроены в пространство, которое расширяется.

Это должно означать, что свет, создаваемый удаленным от нас источником света, не удаляется от фотона. Затем фотон путешествует по космосу, и это путешествие занимает больше времени из-за расширения, но как только фотон оказывается в космосе рядом с Землей, Земля не удаляется от света. К тому времени, когда свет находится на том же расстоянии от телескопа, что и фонарик, находящийся перед телескопом, телескоп не удаляется от фотона не больше, чем он удаляется от фотона, произведенного фонариком. Итак, ЕСЛИ расширение не является результатом движения в пространстве, КАК мы показываем красное смещение?

Поскольку пространство расширяется, две галактики расходятся, поэтому у них есть относительная скорость, поэтому фотон выглядит смещенным в красную сторону. На самом деле он не подвергся красному смещению. Он не потерял никакой энергии. Когда вы удаляетесь от источника света, он выглядит смещенным в красную сторону, но свет не изменился, вместо этого вы изменились. Космолог Тамара Дэвис говорит то же самое в статье журнала Scientific American 2010 года Утечка энергии во Вселенной? :

^{Изображение Тамары Дэвис и журнала Scientific American, см. Утечка энергии во Вселенной?}

Вся причина, по которой достаточно удаленные объекты могут расширяться от нас БЫСТРЕЕ, чем скорость света (именно поэтому телескопы не могут видеть дальше), заключается в том, что эти объекты не перемещаются в пространстве для достижения этого расширения.

Мы можем видеть галактики, которые всегда удалялись от нас быстрее скорости света. См. «Расширяющаяся путаница: распространенные заблуждения о космологических горизонтах и ​​сверхсветовом расширении Вселенной» Тамары Дэвис и Чарльза Лайнуивера. Также см. муравья на резиновой веревке