Как астрономы могут увидеть что-то на расстоянии 13 миллиардов световых лет?

Есть как минимум две идеи.

Во-первых, расширение Вселенной не является линейным. Хотя Большой взрыв произошел около 14 млрд лет назад, это не означает, что 13 млрд лет назад Вселенная составляет 1/14 своего нынешнего размера. Текущая теория предполагает, что большая часть космологической инфляции (когда Вселенная увеличилась на 26 или более порядков в линейных размерах) произошла в течение намного меньше секунды после Большого взрыва. И в качестве другого примера, современная теория оценивает, что в то время, когда было испущено космическое микроволновое излучение (что произошло примерно через 0,5 миллиона лет после рождения Вселенной, что соответствует примерно 1/30000 текущего возраста Вселенной), Вселенная составляет уже около 1/1000 своего нынешнего размера (по длине).

Во-вторых, кажущееся удаление далеких объектов от нас — это не столько объекты, разлетающиеся друг от друга. Скорее, это пространство , добавляемое между объектами. Представьте, что вы — фотон, а две черепахи (двигающиеся медленнее вас) — галактики. Поместите одну черепаху в первый вагон поезда, а вторую черепаху — в 10-й вагон поезда. И ты начинаешь ходить. Скажем, вам требуется 1 минута, чтобы пересечь карету, а черепахам — 10 минут. Тогда в случае, когда черепахи уходят друг от друга, вам потребуется чуть менее 12 минут, чтобы добраться от первой черепахи до второй (вы идете 10 минут до десятого поезда, а черепаха добралась до 11-го. Вы идете еще минуту до 11-го поезда, черепаха всего в нескольких шагах от вас.)

Но вселенная расширяется не так. Расширение вселенной больше похоже на следующее: предположим, что каждые 6 минут все вагоны расцепляются, и между каждой парой исходных вагонов шлепается еще один вагон! Итак, вы идете 6 минут (проехав 6 вагонов), смотрите вверх и видите, что вторая черепаха на 8 вагонов впереди вас (а первая черепаха на 12 вагонов позади). И вы идете еще 6 минут. Плюхаются лишние машины, и теперь у вас 4 машины от второй черепахи и 36 машин от черепахи сзади. И, наконец, еще через 4 минуты вы догоняете вторую черепаху.

Однако, с точки зрения второй черепахи, вы бы путешествовали от черепахи, которая сейчас находится в 40 машинах от него, при этом занимая всего 16 минут! Это связано с забавной идеей о том, что свет, излучаемый объектом, находящимся на расстоянии 13 миллиардов световых лет от нас, может добраться сюда за 13 миллиардов лет из-за инфляционной Вселенной.

Вот почему космологи и астрономы используют красное смещение для измерения расстояния, потому что не существует разумного внутреннего понятия расстояния , свободного от двусмысленности: должно ли расстояние описываться тем, как далеко находились черепахи, когда вы начали идти? или когда вы закончили ходить? или количество вагонов, которые вы (фотон) проехали? Вместо этого они измеряют его с помощью красных смещений , которые могут примерно вписываться в эту схему черепашьего вас, например, насколько раскраснелись ваши щеки от всего, что вы ходите.когда вы достигли черепахи номер два. Основываясь на покраснении ваших щек, черепахи могут рассчитать, сколько вы напрягли себя и, следовательно, как долго вы путешествовали, а используя известные правила добавления новых автомобилей (значение постоянной Хаббла), черепахи могут оценить расстояния до других черепах.:-)

(Я собираюсь пропустить обсуждение стандартных черепах , от которых вы всегда будете отдохнувшими и не раскрасневшимися, а также то, как симиано-феррокинологи черепах узнали о скорости их локомотивной экспансии.)

Ответ на этот вопрос восходит к идее космологической инфляции. Часто, особенно в популярных СМИ, расширение рассматривается как две галактики, удаляющиеся все дальше и дальше друг от друга. Это только отчасти правда. Что на самом деле происходит, так это то, что пространство между ними расширяется (часто используется аналогия с воздушным шаром, представьте, что вы помещаете две точки на сдутый воздушный шар, а затем надуваете этот воздушный шар, точки теперь находятся дальше друг от друга), и из-за этого очень трудно судить, что «означает» расстояние в таких больших масштабах. Даже такие термины, как относительная скорость, чрезвычайно трудно определить, если смотреть на миллиарды световых лет от нас.

Следовательно, говоря о «расстояниях» в астрономии, используется красное смещение света, которое обычно является более функциональным описанием. Например, у этого объекта было красное смещение z=10, у которого красное смещение больше, чем у любого другого астрономического объекта, и мы смотрим на изображение того, как он выглядел бы, если бы мы были прямо рядом с ним через 485 миллионов лет после большой взрыв. Однако наша протогалактика, вероятно, была с самого начала на некотором расстоянии от нее, и по мере того, как свет двигался, само пространство значительно расширялось, поэтому свет достиг нас только сейчас, спустя дюжину или около того миллиардов лет.

Что касается «цикла вокруг конечной вселенной», то это очень маловероятно, и этому нет никаких доказательств. Гамма-лучи будут путешествовать со скоростью света в вакууме.

Свет этого квазара начал свое путешествие к нам около 13 млрд лет назад, но расстояние до него НЕ 13 млрд световых лет. Расстояние составляет около 50 миллиардов световых лет (для любителей я говорю о сопутствующем расстоянии). Причина в том, что сама Вселенная расширяется, пока свет движется к нам, так что расстояние больше, чем скорость света, умноженная на 13В лет (т.е. больше, чем если бы Вселенная была статична).

Отвечая на вопрос читателя, совершенно верно, что «мы» были близки к взрыву, когда он произошел, но с тех пор пространство между нами и взрывом увеличилось, и для преодоления этого расстояния требуется световое время.

В некоторых ответах подразумевается, что причина в космологической инфляции, но это неверно. Инфляция происходит очень рано в истории Вселенной (примерно через 10 ^ {-35} секунд после Большого взрыва), и ее нельзя проверить, просто взглянув на квазары и тому подобное, поскольку она не влияет на расстояния в «недавней» истории Вселенной. Вселенная. Вместо этого проверка инфляции включает в себя сложные измерения флуктуаций материи и света во Вселенной (космического микроволнового фонового излучения и т. д.), которые были проведены задолго до появления каких-либо квазаров.

Я полагаю, что у квазара, о котором вы говорите, наблюдалось азимутальное, или красное смещение, равное 10. Это означает, что он удаляется от нас со скоростью 0,984с, что очень близко к скорости света. При постоянной Хаббла 74 км/с/Мпк расстояние до нее действительно составляет около 13 миллиардов световых лет. Нет причин полагать, что мы были близки к тому событию, когда оно произошло. Например, красное смещение реликтового излучения составляет около 1100, что означает гораздо более высокую скорость рецессии и большее расстояние, и оно возникло примерно через 400 000 лет после Большого взрыва.

Все эти ответы очень интересны и информативны, но я осмелюсь сказать, что ни один из них не отвечает на исходный вопрос. Первоначальный вопрос больше связан с вопросом: как возможно увидеть (свет) так далеко в прошлое, если мы сами не улетели от этого света со скоростью, во много-много раз превышающей скорость света, чтобы иметь возможность опередить указанный свет, чтобы наблюдать за ним? И даже если бы мы опередили упомянутый свет, как возможно, что он виден во всех направлениях, а не только в том направлении, откуда мы так быстро путешествовали?

Это действительно не имеет никакого смысла. Если все расширяется из сингулярности, должно быть разное количество информации о Вселенной, которую можно наблюдать с нашей точки зрения. Плотность объектов, излучающих свет в любом направлении, должна определяться нашими координатами в расширяющейся Вселенной, направлением и скоростью, с которой мы путешествуем по Вселенной относительно любого света, наблюдаемого в этом конкретном направлении, а также направлением и скоростью. при котором все другие источники света, находящиеся в этом конкретном направлении во Вселенной, движутся относительно нас и сингулярности. (т.е. если бы наши координаты в расширяющейся Вселенной были ближе к «ударному фронту» расширяющейся Вселенной, то было бы гораздо меньше наблюдаемой информации о содержимом Вселенной в этом направлении,

Это одна из основных причин, почему я просто не могу серьезно относиться к теории «большого взрыва». Очевидно, Вселенная — это постоянно меняющаяся вещь, которая сегодня сильно отличается от той, что была в прошлом и будет в будущем, но говорить, что все началось как сингулярность в результате «взрыва», — это своего рода абсурд. Математические данные могут показать это, но наблюдаемая Вселенная противоречит математике. Значит, что-то не так с математикой.

Учитывая, что около 90% Вселенной еще предстоит понять или объяснить (темная материя/энергия), я бы сказал, что это самая большая натяжка, которую наука когда-либо делала, заявляя, что мы знаем, откуда возникла Вселенная. Особенно, когда ответ на этот вопрос можно объяснить только в эфире, где физика и математика расходятся и распадаются. И откуда мы знаем, что математика и физика несовместимы? Черные дыры, конечно. Я считаю, что черные дыры — это ключ к пониманию как истории, так и структуры наблюдаемой нами Вселенной. Вся эта материя должна куда-то деваться, а квазары и космические джеты излучают лишь крошечную, мизерную долю этой материи.