Исследование за горизонтом событий

Если они находятся очень далеко, их относительная скорость разделения будет больше скорости света, и если да, то как мы вообще сможем обнаружить такие галактики.

Мы не можем обнаружить такие галактики. Красное смещение уходит в бесконечность на космическом горизонте, и мы не можем видеть дальше. Обратите внимание, что космический горизонт отличается от сферы Хаббла: в первом относительные скорости согласно параллельному переносу вдоль светового луча достигают$c$, тогда как скорость рецессии достигает$c$у последнего. Что касается наблюдаемых эффектов, сфера Хаббла в значительной степени не имеет значения.

есть ли возможность обнаружить такие невидимые горизонты с помощью таких эффектов?

Нет, запутанность так использовать нельзя — она совершенно бесполезна без классического канала информации для «сверки записей». Если одна из ваших частиц исчезает за горизонтом событий, такой канал недоступен (обратите внимание, что с вашей точки зрения частица на самом деле никогда не пересечет горизонт, но застынет во времени и станет ненаблюдаемой из-за красного смещения).

Тот факт, что частицы имеют квантовую корреляцию, а не классическую, не имеет большого значения. Вместо того, чтобы использовать запутанные частицы и космологический горизонт, вы можете взять красный и синий шары и, не глядя, поместить их в две коробки. Затем бросьте один из ящиков в черную дыру и откройте оставшийся. Вы мгновенно узнаете, какой шарик попал в черную дыру, но что такой эксперимент расскажет вам о ее внутренностях?

Даже в специальной теории относительности утверждение о том, что свет всегда движется с постоянной скоростью c, верно только в инерциальных системах отсчета , в неинерциальных системах координат, таких как координаты Риндлера , координатная скорость (изменение координаты положения по отношению к координатному времени) может отличаться. В общей теории относительности все системы координат, охватывающие большие области искривленного пространства-времени, неинерциальны, хотя в бесконечно малых областях пространства-времени вы можете иметь «локальные» инерциальные системы отсчета, и в соответствии с принципом эквивалентности свет должен быть измерен , чтобы иметь локальную скорость c во всех локальных инерциальных системах отсчета.

Если вы используете конкретный выбор временной координаты, наиболее распространенный в космологии (выбранный таким образом, чтобы средняя плотность материи/энергии была приблизительно одинаковой в больших областях пространства в каждый момент координатного времени), и используете правильное расстояниедля измерения расстояния между галактиками или световыми лучами (где правильное расстояние — это расстояние, которое можно измерить серией коротких линеек, проложенных встык в определенный момент координатного времени), тогда вы можете определить «скорость» в терминах скорости собственное расстояние меняется с координатным временем. Полная скорость объекта на любом правильном расстоянии D может быть разбита на сумму «скорости удаления» из-за расширения пространства (скорости, с которой средняя галактика на таком расстоянии будет удаляться от нас) и «особая скорость» из-за движения объекта относительно того, что мы ожидаем для «среднего» куска материи на таком расстоянии. Скорость удаления на соответствующем расстоянии D, т. е. ожидаемая скорость средней частички материи на расстоянии D,как v = HD, где H - «постоянная» Хаббла (название немного вводит в заблуждение, поскольку считается, что значение меняется со временем, хотя предполагается, что оно постоянно в пространстве). А для световых лучей получается, что их собственная скорость всегда равна с, поэтому, если световой луч испускается прямо к нам с расстояния D, его начальная скорость относительно нас будет HD - с.

Скорость удаления HD становится равной c на радиусе сферы Хаббла , и все же возможно, что свет, излучаемый с этого или большего расстояния, в конце концов достигнет нас. Как это может быть? Как поясняется в разделе 3.3 статьи, на которую ссылается PhotonicBoom, Расширяющаяся путаница: распространенные заблуждения о космологических горизонтах и ​​сверхсветовом расширении Вселенной., это следствие того факта, что H считается уменьшающимся со временем (может показаться сбивающим с толку, что это возможно даже в моделях, в которых физики говорят, что скорость расширения увеличивается, но под этим они подразумевают, что для данной галактики удаляясь от нас, его скорость удаления будет увеличиваться со временем, что не должно противоречить утверждению, что если мы выберем фиксированное расстояние D, скорость удаления средней галактики на этом расстоянии будет уменьшаться со временем). Цитата из pdf-версии статьи по ссылке (обратите внимание, что$v_{rec}$- скорость рецессии,$D_H$- радиус сферы Хаббла,$a$— масштабный коэффициент , а точки обозначают производные по времени):

Мы видели, что скорость фотонов, распространяющихся к нам... не постоянна, а скорее$v_{rec} - c$. Следовательно, свет, находящийся за пределами сферы Хаббла, имеет общую скорость вдали от нас. Как же тогда мы можем когда-либо увидеть этот свет? Хотя фотоны находятся в сверхсветовой области и поэтому удаляются от нас (на должном расстоянии), сфера Хаббла тоже удаляется. В замедляющихся вселенных$H$уменьшается как$\dot{a}$уменьшается (что приводит к удалению сферы Хаббла). В ускоряющихся вселенных$H$также имеет тенденцию к уменьшению, поскольку$\dot{a}$увеличивается медленнее, чем$a$. Пока сфера Хаббла удаляется быстрее, чем фотоны непосредственно за ее пределами,$\dot{D_H} > v_{rec} - c$, фотоны оказываются в субсветовой области и приближаются к нам. Таким образом, фотоны вблизи сферы Хаббла, которые медленно удаляются, догоняются более быстро удаляющейся сферой Хаббла.

Однако космологические модели, которые в настоящее время считаются наиболее подтвержденными доказательствами, включают горизонт событий, так что свет, излучаемый из-за пределов этого горизонта, никогда не достигнет нас , сколько бы мы ни ждали, см. рис. 1 статьи Дэвиса/Лайнвивера (в частности, третья график, который является «конформным», где пути световых лучей всегда представлены прямыми линиями под углом 45 градусов от вертикали), вместе с моим ответом здесь .

Таким образом, заключительную часть вашего вопроса можно было бы перефразировать так: «Можно ли использовать квантовую запутанность для связи (или наблюдения) за областями за пределами нашего горизонта событий?» Согласно квантовой механике, ответ отрицательный, потому что существует общая теорема, называемая теоремой об отсутствии связи, которая показывает, что измерения одной части запутанной системы никогда не могут быть использованы для передачи информации экспериментатору, измеряющему другую часть той же самой системы. запутанная система. И есть также этот общий результат в квантовой теории поля (релятивистская версия квантовой механики), показывающий, что в КТП невозможна никакая форма связи со сверхсветовой скоростью.

Такие галактики не могут быть обнаружены. и Квантовая запутанность — это просто корреляция между двумя битами информации, и она никоим образом не может быть использована для передачи информации со скоростью, превышающей скорость света. Любой свет, посланный такими галактиками к нашей, будет иметь длину волны бесконечности после учета доплеровского сдвига. Короче говоря, эти галактики невозможно обнаружить. Эта граница, за которую галактики удаляются за счет расширения пространства-времени со сверхзвуковой скоростью, называется космологическим горизонтом событий . Никакая информация из-за пределов этой границы не смогла бы проникнуть внутрь, если бы расширение продолжалось.

Эти галактики не вне досягаемости. Сфера Хаббла — это объем пространства, окружающего наблюдателя, в котором все, что находится внутри сферы, удаляется от наблюдателя со скоростью, меньшей с.

Следуя этой логике, сразу следует, что сфера Хаббла эквивалентна космологическому горизонту событий, который @Hritik обсуждает в своем ответе. Интересно, что это не так, поскольку данные показывают, что наша Вселенная на самом деле расширяется от нас с ускорением.

Это означает, что сфера Хаббла расширяется так же быстро, как Вселенная, и, следовательно, астрономические тела, которые когда-то удалялись от нас со скоростью, превышающей$c$будет излучать свет, который в конечном итоге выйдет за пределы сферы Хаббла. Это обсуждается в очень интересном эпизоде ​​Veritasium о заблуждениях Вселенной.

Кажется, что факты Википедии могут быть неверными на странице, на которую я ссылался выше. Статья Тамары М. Дэвиса и Чарльза Х. Лайнуивера под названием « Расширяющаяся путаница: распространенные заблуждения о космологических горизонтах и ​​сверхсветовом расширении Вселенной», на которую ссылается Veritasium в разделе комментариев на YouTube, предположительно проясняет это, но у меня нет достаточно времени, чтобы читать это сейчас.

Кроме того, как я уже говорил в комментариях, квантовая запутанность не означает, что информация перемещается быстрее, чем скорость света, поскольку квантовая запутанность — это просто корреляция между двумя кубитами. Не информация путешествует вообще.