Почему реликтовое излучение распространяется к нам?

Есть что-то с реликтовым излучением, что меня не устраивает... Кажется очень нелогичным, что мы можем его видеть. Если бы реликтовое излучение образовалось на ранних фазах Вселенной, не имело бы смысла, что оно расширяется и распространяется «вовне» вместе с Большим взрывом, так что мы никогда его не увидим? Большая часть космоса находится вне нашей досягаемости, поскольку она не принадлежит наблюдаемой Вселенной. Но реликтовое излучение образовалось раньше, чем большая часть космоса, не должно ли оно также находиться далеко за пределами наблюдаемой Вселенной на пути от нас?

Как мне визуализировать реликтовое излучение? У меня есть степень магистра теоретической физики, но я так и не вернулся, чтобы понять это. Любая помощь в понимании этого очень приветствуется.

Знаете ли вы, что все точки (x, y, z) в нашем нынешнем пространстве также присутствовали в начале Вселенной? см. это физика.stackexchange.com/questions/ 136860/…
Он не распространяется «вовне» или «внутрь» по отношению к нам. Он начался повсюду и распространяется во всех направлениях. Нам довелось видеть фрагменты, которые начинались на правильном расстоянии и имели правильное направление, чтобы поразить нас сейчас.
@knzhou: Да, вы можете обнаружить только излучение, которое распространяется прямо на вас и попадает на ваш детектор.
@knzhou как удобно ...
@Michael Возможно, это удобно, но не более удобно, чем видеть дерево при дневном свете. Чтобы это стало возможным, фотон от Солнца должен быть точно нацелен на дерево, а затем отражаться под идеальным углом, чтобы попасть вам в глаз... заговор?

Ответы (4)

Самое большое заблуждение, которое я вижу в этом вопросе, — это представление о Большом взрыве как о чем-то, что распространяется «вовне», подобно взрыву. Нет внешнего направления, Вселенная не расширилась во что-то.

Хотя недавние наблюдения, кажется, предполагают, что Вселенная замкнута, для простоты позвольте мне предположить, что Вселенная плоская и бесконечная.

Первое, на что следует обратить внимание, это то, что если сейчас Вселенная бесконечна, она была бесконечна и вскоре после Большого взрыва, просто она была более плотной . Представьте себе плоскую плоскость, на которой нарисована решетка из точек, расположенных на равном расстоянии друг от друга.

до расширения

Самолет — это вселенная в определенное время. Точки представляют объекты во Вселенной, электроны, атомы, звезды, что угодно.

Теперь представьте, что вы увеличиваете масштаб самолета, делая его больше. Конечно, плоскость бесконечна, поэтому ее масштабирование не меняет ее размера, но точки отдаляются друг от друга, сохраняя при этом фиксированный размер (иначе вы не смогли бы сказать, что произошло расширение).

после расширения

Вы видите, что точки ни во что не расширяются, вселенная (плоскость) уже была бесконечной, она не увеличивалась в размерах.

Критически важно, что нет центра расширения. Расстояние от любых двух точек удвоилось (в этом примере), независимо от их положения.

Теперь давайте поговорим о CMB. Представьте, что во время т 0 , каждая точка испускала импульс, расширяющуюся круговую волну. Эта волна символизирует фотоны космического пространства, испускаемые одновременно из каждой точки во всех направлениях.

CMB излучается

Последние фотографии относятся к нашей ситуации. Земля — это черная точка, которой касаются волновые фронты. Мы видим реликтовое излучение, идущее со всех сторон (на снимке только с четырех), потому что оно исходило отовсюду.

cmb добирается до нас

На самом деле, зачем утруждать себя предположениями о размере Вселенной, если это не имеет значения? Важно только то, что в какой-то момент после Большого взрыва было много фотонов, излученных из разных мест , так что некоторые из них могут достичь нашей позиции сейчас.
@ user21820 Ну, он должен быть большим . Бесконечность — это один вид большого. Я считаю, что «радиус 30 миллиардов световых лет» также будет достаточно большим. Но 1 миллиард световых лет было бы недостаточно , реликтовое излучение не выглядело бы так. Так что размер Вселенной имеет значение.
@Yakk: Да, конечно. Мы оба знаем, что я просто хотел сказать, что она не должна быть бесконечной.
«Критически важно, что нет центра расширения». Это не работает в плоской 2D-плоскости, верно? Где-то на плоскости должен быть центр. Однако ваше предложение может относиться к поверхности сферы. Верно?
@EricDuminil Пока плоскость бесконечна, центра нет.
@Taemyr, конечно, бесконечная плоскость не имеет центра (или бесконечности). Однако должен быть центр масштабирования. Каждая точка должна двигаться в определенном направлении с определенной скоростью. Точки не могут двигаться куда попало с бесконечной скоростью.
@EricDuminil Нет, для масштабирования не нужен центр. Уместный вопрос; двигаться относительно чего?
@Taemyr Спасибо. Это противоречит здравому смыслу, но, кажется, теперь я понял. Нет никакой внешней ссылки, так как плоскость — это вся вселенная. У каждого наблюдателя создается впечатление, что любая другая точка улетает от него.
@ user21820 Я думаю, имеет значение, бесконечна ли вселенная. Если она конечна, то либо ее размер должен измениться, либо некоторые точки в плоскости первого примера должны исчезнуть, чтобы освободить место для большего расстояния между ними. Наличие бесконечного плана решает эту проблему, хотя я должен признать, что это уму непостижимо. Кроме того, если Вселенная конечна, вы могли бы использовать ссылку, чтобы найти «центр».
@KevinKeane, вы все еще можете иметь конечную вселенную и избежать упомянутых вами проблем, если она закрыта: например, поверхность сферы (только поверхность!)
@KevinKeane: я вообще не понимаю, о чем ты говоришь. Мы можем наблюдать данные только из наблюдаемой Вселенной, которая конечна. То, что произошло или произойдет за пределами этой границы, мы не наблюдаем, и это не имеет отношения к тому, почему реликтовому излучению может потребоваться много времени, чтобы добраться до нас.
@ user21820 Проблема здесь в том, где находится граница наблюдаемой вселенной. Наивно можно было бы ожидать, что она находится на расстоянии 13,8 млрд световых лет. Но это игнорирование расширения самого пространства. Точка, которая сегодня находится на расстоянии 13,8 миллиарда световых лет, была бы намного ближе к нашему нынешнему положению, когда свет ушел. И наоборот, точка, в которой свету потребовалось 13,8 млрд лет, чтобы добраться до нас, за последние 13,8 млрд лет сместится на 40+ млрд световых лет благодаря расширению Вселенной. Таким образом, эффективная наблюдаемая Вселенная определяется временем + расширением, а не только временем.
@KevinKeane: Что из того, что я сказал, заставило вас подумать, что я использую «наивное» определение наблюдаемой вселенной? Моя точка зрения состоит в том, что нет необходимости или причины предполагать бесконечную вселенную.
@ user21820 Я согласен с вами, чтобы объяснить реликтовое излучение, нет необходимости предполагать бесконечную вселенную. Но я также хотел устранить неправильное представление о том, что Вселенная расширяется «вовне» во что-то. Я просто подумал, что будет проще объяснить это в бесконечной плоской вселенной, чем постулировать замкнутую вселенную, вроде расширяющейся сферы, а потом объяснять, что топологическое многообразие не нужно встраивать в трехмерное пространство.
@Prallax: А, хорошо, это имеет смысл. Спасибо, что обратили внимание на мою точку зрения!

Реликтовое излучение произошло не в одном месте, а во всей ранней Вселенной (более 13 миллиардов лет назад). Следовательно, любой теоретический наблюдатель на протяжении всей истории Вселенной может видеть реликтовое излучение, проходящее через его область Вселенной в настоящий момент (однако с другой тепловой сигнатурой). То, что мы видим сегодня, — это свет, прошедший расстояние более 13 миллиардов световых лет. Это общее расстояние состоит из начального расстояния (какое расстояние было бы у вас до определенного региона Вселенной во время излучения реликтового излучения) и дополнительного расстояния, созданного растяжением пространства-времени (и, следовательно, наблюдаемым охлаждением КМБР).

Поскольку реликтовое излучение не является событием (точкой в ​​пространстве-времени, определяемой конкретно тремя пространственными измерениями и одним временным), а происходит повсюду, вам просто нужно сопоставить пройденное расстояние с прошедшим временем, и вы сможете наблюдать реликтовое излучение. который был испущен из соответствующей области Вселенной в то время, когда был испущен реликтовый фон.

Фотоны путешествовали бы 13 миллиардов лет, но, вероятно, из точек, которые сегодня находятся на расстоянии 13 миллиардов световых лет. Это потому, что расширение самого пространства не ограничено скоростью света. Я смутно припоминаю, что реальное число составляет около 46 миллиардов световых лет, хотя не цитируйте меня по этому поводу.

Некоторое время я боролся с визуализацией этого. То, что мы видим как реликтовое излучение, является «поверхностью последнего рассеяния»; другими словами, (отступающая) поверхность, на которой испускаются фотоны после рекомбинации.

Я нашел полезную аналогию с «поверхностью последнего крика» Лайнуивера:

Представьте бесконечное поле, полное кричащих людей. Круги — это их головы. Ты тоже кричишь. (Ваша голова — это черная точка.) Теперь предположим, что все одновременно перестают кричать. Что вы услышите? Звук распространяется со скоростью 330 м/с. Через секунду после того, как все перестанут кричать, вы сможете услышать крики с «поверхности последнего крика» в 330 метрах от вас во всех направлениях. Через 3 секунды слабый крик раздастся на расстоянии 1 км... и т.д.

https://ned.ipac.caltech.edu/level5/March03/Lineweaver/Lineweaver7_2.html

Одновременно полезно и глубоко, глубоко, тревожно. ;)

Представьте себе, что 13 миллиардов лет назад Вселенная представляла собой горячий суп с множеством фотонов, скачущих в случайных направлениях. Куда бы вы ни посмотрели, фотоны горячего супа.

Теперь разверните все и подойдите к сегодняшнему дню. Тот же горячий фотонный суп все еще здесь, но с красным смещением. Куда бы вы ни посмотрели, где бы вы ни были, суповые фотоны. Мы находимся в одном и том же универсальном облаке фотонов.

Реликтовое излучение — это, по сути, наш взгляд изнутри фотонного газа или абсолютно черного тела.

Проблема с пониманием «наблюдаемой» Вселенной заключается в том, что существует множество горизонтов, которые нужно путать: https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmological_horizon .

Поскольку Вселенная расширяется, расстояние, пройденное фотоном 13 миллиардов лет назад, стоит большего расстояния сегодня (аналогично тому, как деньги давным-давно стоили больше). Это означает, что мы можем видеть фотоны с очень большого расстояния, которые были испущены в прошлом (горизонт частиц), даже если мы никогда не сможем посетить место, откуда они пришли, если мы начали сегодня (горизонт событий).

Так где же разгневанные космологи, протестующие перед Вселенной, что мы должны прекратить печатать новое пространство-время и вернуть межгалактический долг?
@ user253751 Они очень закрыты космологически.
@ user253751 их перекричали космические экономисты, которые только что придумали новый способ использовать инфляцию, чтобы быстро заработать для своих работодателей за счет бозонов рабочего класса, которых явно отталкивает социальное дистанцирование. Нам очень нужно движение «Справедливость для бозонов»!
Почему реликтовое излучение распространяется к нам?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v