Как работает время за пределами космического горизонта событий?

Во-первых, давайте проясним несколько заблуждений:

Сфера Хаббла

Скорость света как верхний предел действует в специальной теории относительности (СТО). В общей теории относительности (ОТО), которую необходимо использовать для описания расширения Вселенной, хотя локально (т.е. там, где СТО является хорошим приближением) вы не можете превысить скорость света, нет предела относительной скорости двух объектов.

По закону Хаббла ($v=H_0 d$), все галактики, находящиеся дальше от нас, чем «край» так называемой сферы Хаббла$d_\mathrm{H} = c/H_0 \simeq 14.4\,\mathrm{Glyr}$(миллиарды световых лет) удаляются от нас быстрее, чем$c$. Это не помеха для нас, чтобы наблюдать за ними; мы регулярно наблюдаем галактики намного дальше (см., например, этот и этот ответ).

Горизонт событий

Космический горизонт событий (EH) — это самое большое расстояние, на котором может находиться галактика, и при этом излучать световой сигнал, который может достичь нас за конечное время. В настоящее время он находится на расстоянии примерно 16 Глиров, то есть немного дальше горизонта Хаббла. Мы также регулярно наблюдаем галактики дальше, чем ЕН, но мы видим их в прошлом (как мы видим все остальное), и свет, который они излучают сегодня, никогда не достигнет нас (не потому, что пространство расширяется, а потому, что скорость расширения ускоряется ) .

Горизонт частиц

Горизонт частиц (PH) — это самое большое расстояние, с которого свет успел достичь нас со времен Большого взрыва. Из-за расширения Вселенной в настоящее время это расстояние составляет 46,3 Глира. Галактики на таком расстоянии удаляются от нас со скоростью, в 3,2 раза превышающей скорость света. Мы не видим здесь никаких галактик, потому что оглядываемся назад во времени сразу после Большого Взрыва, где они еще не сформировались (и потому, что Вселенная в то время была туманной), но самая далекая из наблюдаемых галактик, GN-z11 , находится на расстоянии 32,2 Глира и отступает на$2.2c$.

замедление времени

Однако вы правы в том, что удаление галактик от нас заставляет их время течь медленнее, как видно с нас. Не по фактору SR$(1 - v^2/c^2)^{-1/2}$, а по фактору GR$(1+z)$, где$z$их наблюдаемое красное смещение.

Галактики удаляются от нас на$v=c$иметь красное смещение$z\simeq1.5$, поэтому, когда мы наблюдаем физические процессы в такой галактике — например, время спада яркости сверхновой — оно в несколько раз медленнее$\simeq2.5$. GN-z11 находится на красном смещении$z=11$, так что там все происходит медленнее в 12 раз.

Чем дальше вы смотрите, тем медленнее происходят события, и если бы мы могли смотреть сколь угодно далеко, то, в принципе, могли бы увидеть событие сразу после Большого взрыва в замедленном темпе. Вы не можете видеть «ноль часов», который имел бы бесконечное красное смещение. И вы никогда, даже теоретически, не сможете увидеть ничего, что находится дальше, чем у света было время, чтобы путешествовать, поэтому даже теоретически нет смысла пытаться присвоить этим событиям коэффициент замедления времени.

Насколько нам известно, за пределами PH есть галактики. С течением времени расстояние до РН увеличивается, как из-за расширения пространства, так и из-за того, что до нас дойдет свет из более отдаленной области. Но как только этот свет достигает нас, объект, излучающий его, оказывается внутри PH и, таким образом, имеет конечный коэффициент замедления времени.

Но помните, что замедление времени только с нашей точки зрения. Если бы вы могли волшебным образом телепортироваться туда прямо сейчас, время шло бы для вас нормально. Так что ничего особенного там не происходит.

Ребята поумнее справятся со сложными математическими объяснениями, но с точки зрения понимания идеи:

В этой локальной системе отсчета над космическим горизонтом событий вы не двигаетесь, не больше, чем в настоящее время вы движетесь со скоростью выше, чем 3x10 ^ 8 м / с, из точки космоса, удаленной за горизонт.

Имейте в виду, что во Вселенной нет такого понятия, как центр, как нет центра на поверхности сферы.

Ваш вопрос по своей сути предполагает как объективную, статичную сущность «пространство». Это потому, что на Земле повседневный опыт таков, что мы можем оставаться там, где мы есть, или мы можем двигаться куда-то со скоростью. Но это потому, что мы живем на Земле, прикованные к ее поверхности ее гравитацией.

Таким образом, у нас есть объективная система отсчета, это Земля, и скорость вещей автоматически интерпретируется в этой системе отсчета.

Физика так не работает. Нет такой вещи, как объективная система отсчета. Оно известно задолго до Эйнштейна (первым его понял Галилей, в XVII в.). Вы не можете сказать

"$\rm{X}$идет со скоростью$\rm{v}$, то его время будет медленнее с$\frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$" .

Вместо,

"$\rm{X}$идет со скоростью$\rm{v}$в нашей системе отсчета, то его время будет медленнее с$\frac{1}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$в нашей системе отсчета».

Звезды рядом с нашим космологическим горизонтом остаются в своей системе отсчета. Таким образом, они не испытывают абсолютно ничего особенного. Для них они статичны и мы улетаем с около-с или даже со сверхсветовой скоростью.

Ситуация немного усложняется расширением Вселенной. Это расширение не похоже на взрыв, т.е. вещи движутся не настолько быстрее, насколько они дальше от какого-то центра взрыва. Вместо этого меняется геометрия пространства-времени, расстояния со временем становятся все больше и больше. Вселенная не расширяется из какого-то «центра», потому что у нее нет центра. Подробнее вы можете прочитать об этом в вопросе Произошел ли Большой взрыв в какой-то момент? . Это как если бы мы жили на постоянно растягивающемся резиновом листе.

Этот тип расширения не ограничивается$c$, так как скорости не учитываются.

Таким образом, звезды за пределами нашего космологического горизонта могут «удаляться» от нас со сверхсветовой скоростью. Это не значит, что они будут сверхсветовыми. Это означает лишь то, что пока их свет мог достичь наших телескопов, Вселенная расширяется больше. Таким образом, мы никогда не сможем их увидеть. На самом деле это больше: у нас нет возможности взаимодействовать с ними в каком-либо смысле. По сути, они не являются частью нашей наблюдаемой Вселенной.

Таким образом, у нас нет возможности узнать, что там. Если бы за нашим космологическим горизонтом существовала большая кирпичная стена, мы бы ее не увидели. Однако есть сильное предположение, что там тоже есть звезды и галактики. Просто потому, что нет причин думать, что что-то будет существенно отличаться только потому, что мы их не видим.