Загадка, связанная с расстоянием до объекта, вселенским расширением, возрастом вселенной и т. д.

Расстояние до квазара 13 миллиардов световых лет означает 13 миллиардов световых лет пути света . Другими словами, свету потребовалось 13 миллиардов лет, чтобы добраться до нас, независимо от того, на каком расстоянии от нас сейчас находится квазар.

Текущее правильное расстояние (измеряемое цепочкой линеек) называется сопутствующим расстоянием ; это намного больше, чем расстояние, проходимое светом для больших красных смещений.

Квазар удаляется от нас ускоренным образом и теперь удаляется быстрее скорости света. Это означает, что свет, излучаемый сейчас (в смысле космического времени ) галактикой, в которую квазар мог эволюционировать за это время, никогда не достигнет нас. Свет, излученный квазаром 13 миллиардов лет назад, покинул квазар как раз вовремя, чтобы покинуть регионы Вселенной, которые позже удалялись от нас быстрее, чем свет, чтобы в конечном итоге достичь нас.

В качестве мысленного эксперимента представьте, что вы идете со скоростью 5 км/ч (скорость света на нашей игровой площадке) по резиновой ленте, которая расширяется с постоянной скоростью 1 км/ч на каждый метр фактической длины ленты. (Это приводит к экспоненциальному ускорению расстояния между двумя метками на полосе). Если вы начнете с расстояния менее 5 метров от цели, например, от стартовой отметки (нашего квазара) на расстоянии 4,50 м, вы, наконец, достигнете цели. Стартовая отметка скоро будет дальше от отметки ворот, чем на 5 метров, поэтому отступайте от цели более чем на 5 км/ч вскоре после того, как вы покинули стартовую отметку. В тот момент, когда вы достигнете цели, стартовая отметка будет намного дальше (сопутствующее расстояние), чем расстояние, которое вам нужно было пройти (легкое расстояние). И ты'

Кстати: ускорение ощущается только как сила, когда изменяется скорость локальной резиновой ленты (метафорическое пространство-время).

Пример расчетов с протогалактикой красного смещения$z=11.9$: На основе космологического калькулятора на этом веб -сайте космологические параметры$H_0 = 67.11$км/с/Мпк,$\Omega_{\Lambda} = 0.6825$обеспечиваемый проектом Planck , а масштабный коэффициент $d(t) = d_0 / (1+z)$, параметр$\Omega_M = 1- \Omega_{\Lambda} = 0.3175$, возраст Вселенной$13.820$млрд лет, а сопутствующее расстояние протогалактики равно$d_0 = 32.644$Гли.

Возраст Вселенной, которую мы видим в протогалактике (на красном смещении 11,9), был 0,370 млрд лет, световое расстояние 13,450 Гли, собственное расстояние 2,531 Гли.

После того, как протогалактика излучала свет через 0,370 млрд лет после Большого взрыва, свет шел к нам через пространство с красным смещением, начиная с 11,9 и уменьшаясь до 0; свет пришел к нам через 13,820 млрд лет после Большого взрыва. Сопутствующее расстояние (до нас) пространства, пересекаемого светом, начиналось с 32,644 Гли, уменьшаясь до 0. Оставшееся расстояние, свет, необходимый для прохождения, начинался с 13,450 Гли, уменьшаясь до 0. Надлежащее расстояние между протогалактикой и нами начиналось с 2,531 Гли увеличивается до 32,644 Гли из-за расширения пространства-времени.

Здесь некоторые промежуточные состояния, описываемые парой кортежей, состоящих из

• красное смещение$z$,
• по возрасту$t$Вселенной (Гир),
• сопутствующее радиальное расстояние (в возрасте$t$) испускаемого света, теперь мы можем обнаружить из протогалактики (Gly),
• оставшееся расстояние прохождения этого излучаемого света (Gly),
• правильное расстояние до протогалактики в возрасте$t$, согласно с$d(t) = d_0 / (1+z)$:

Параметр Хаббла, означающий скорость расширения пространства на фиксированное собственное расстояние, уменьшается со временем. Это позволило протогалактике удалиться почти со скоростью света, хотя она находилась всего в 2,5 Гли от нас (собственное расстояние) в то время, когда испускала свет, который мы наблюдаем сейчас. Тем не менее удаленные объекты в этом пространстве ускоряются от нас, так как их увеличивающееся расстояние умножается на скорость расширения пространства.

Не могу прокомментировать, так как у меня еще нет надлежащего представителя, но что касается @user3355020 и ответа, предоставленного @Gerald (и я гораздо менее образован, чем я когда-либо мог себе представить до прочтения этого), я интерпретирую это так: (и я не удивлюсь, если это не так) скорость света постоянна, а скорость расширения Вселенной — нет. Упрощенно наблюдаемый эффект подобен ощущению сна, в котором вы находитесь в коридоре и убегаете от чего-то так быстро, как только можете, сосредоточившись на конце коридора, но коридор кажется растягиваться все больше и больше с течением времени. Точно так же свет — это бегущий человек, «пространство» — коридор, а земля — проход в конце.

Меня направили сюда после того, как я задал аналогичный вопрос в разделе «Возраст Вселенной и ее размер» .

Я все еще в замешательстве. Возраст Вселенной оценивается в 13,7-13,8 миллиардов лет, и это наблюдаемое расстояние до Космического Микроволнового Фона... который является нашим космическим горизонтом... дальше всего, что мы можем видеть.

Но во Вселенной есть галактики на расстоянии 46 миллиардов лет. Я не могу понять, как эти 2 примирены. Я бы подумал, что Вселенной было бы 46 миллиардов лет, если бы это было правдой.

Дело в том, что из-за того, что Вселенная расширяется с ускоренной скоростью, галактика может находиться на расстоянии 46 миллиардов световых лет, но чтобы добраться туда, потребовалось всего 13,7 с лишним лет?