Как квазар может находиться на расстоянии 29 миллиардов световых лет от Земли, если Большой взрыв произошел всего 13,8 миллиарда лет назад? [дубликат]

В расширяющейся Вселенной вы должны быть немного осторожны, чтобы точно определить, что вы подразумеваете под расстоянием. «Надлежащее расстояние», упомянутое здесь в этой статье, означает расстояние, измеренное в настоящее время. Мы должны быть осторожны даже в определении того, что мы подразумеваем под этой последней фразой — время относительно, знаете ли. Но если Вселенная приблизительно однородна, то существует «естественный» выбор временной координаты, называемый «космическим временем». Если вы представите себе много-много линеек, протянувшихся между вами и квазаром, то правильное расстояние — это общая длина всех их, сложенная в нынешнюю стоимость космического времени.

Однако это не то же самое, что расстояние, которое прошел свет. Существуют различные причудливые общерелятивистские причины, почему бы и нет, но основная идея очень проста. Этот квазар удаляется от нас, поэтому раньше был ближе к нам. Свет, который мы видим сейчас, излучался, когда расстояние было намного короче, поэтому ему не нужно было преодолевать расстояние около 29 миллиардов световых лет.

Правда в том, что эта цифра в 29 миллиардов световых лет рассчитана на основе определенной модели Вселенной; это не измеряется напрямую. Модель, на которой он рассчитан, основана на общей теории относительности и включает лучший из измеренных в настоящее время возрастов Вселенной. Таким образом, по определению не может быть никакого противоречия между этим расстоянием и возрастом Вселенной.

Да, вы что-то упускаете. Если вы знакомы со специальной теорией относительности, то знаете, что скорости складываются не так просто, как в ньютоновской механике. Если один космический корабль движется со скоростью$c/2$направо и другой движется$c/2$влево относительная скорость между ними не$c$, как и следовало ожидать, но$4c/5$.

В общей теории относительности то же самое относится и к расстояниям, и к скоростям. В плоском пространстве мы определяем расстояние между двумя объектами как длину (уникальной) прямой линии от одного до другого, но в общей теории относительности пространство может быть искривлено, и не существует такого понятия, как «прямая линия». Ближайшим аналогом является геодезическая, представляющая собой плавно изогнутый путь между двумя точками, длина которого является (локальным) минимумом. Расстояние до приведенного вами квазара определяется как длина некой геодезической, соединяющей его с нами.

Но нет причин ожидать, что геодезические расстояния будут вести себя так же, как расстояния по прямой в плоском пространстве. В метрике FLRW (которая определяет основную форму всей Вселенной в космологии Большого взрыва) существуют геодезические, которые длиннее, чем геодезические от Большого взрыва до нас, используемые для определения «возраста Вселенной». Таким образом, наличие квазара, чье «собственное расстояние» или «сопутствующее расстояние» от нас составляет 29 миллиардов световых лет, вовсе не является противоречием.

Кстати, еще одна, казалось бы, противоречивая вещь, с которой вы можете столкнуться, — это относительные скорости выше скорости света. Это может произойти из-за того, что относительная скорость также является сложной вещью в ОТО, которая определяется только после того, как вы выберете конкретный путь для «параллельного переноса» вектора скорости. Относительная скорость между двумя соседними объектами четко определена и никогда не может быть больше, чем$c$, но относительная скорость между двумя очень удаленными объектами (определенными определенным образом) может быть больше, чем$c$.