Связан ли космический горизонт с событием Большого взрыва?

Краткий ответ: они разные.

Длинный ответ: есть ряд тонкостей, связанных с горизонтами в космологии. Я отсылаю всех, кто интересуется подробностями, к статье Дэвиса и Лайнуивера , на которую я много раз ссылался на этом сайте. Здесь я буду ссылаться только на рисунок 1 этой статьи, показанный ниже. Все три кадра одинаковы, причем два нижних являются нелинейными, но удобными масштабами «нормального» кадра наверху. (Если вы знакомы с диаграммами пространства-времени, то нижняя система конформно связана с верхней, поэтому свет распространяется по прямым линиям, которые находятся на$45^\circ$в нижней панели. В любом случае масштабирование никогда не изменяет структуру того, какие регионы охватывают/граничят какие другие.)

(Диаграммы соответствуют конкордантной космологии$\Omega_\mathrm{m} = 0.3$,$\Omega_\Lambda = 0.7$, и$H_0 = 70\ (\mathrm{km}/\mathrm{s})/\mathrm{Mpc})$.)

Есть четыре различных поверхности интереса. Проще всего определить сферу Хаббла , в которой скорость удаления, определяемая законом Хаббла, равна скорости света. Однако сфера Хаббла вообще мало что значит, несмотря на загадочное определение. В общей теории относительности нет ничего необычного в том, что правильные расстояния растут быстрее, чем$c$.

Наш световой конус прошлого также отмечен. Это разграничивает область Вселенной, способную влиять на нас сегодня. То есть события внутри и на световом конусе, и только эти события, могут породить фотон, который мы получаем прямо сейчас. Обратите внимание, что вы можете видеть за пределами сферы Хаббла — события за пределами сферы Хаббла все еще находятся в пределах нашего светового конуса прошлого. В то же время в сфере Хаббла есть вещи, которые еще не попали в поле зрения. Таким образом, ни световой конус, ни сфера Хаббла не содержатся полностью друг в друге.

Вы также можете спросить, из каких мест в пространстве-времени мы сможем получать информацию, учитывая, что мы ждем достаточно долго. Этот предел светового конуса прошлого, когда мы перемещаем его вершину к будущей бесконечности, является горизонтом событий . Это включает в себя весь световой конус и его внутреннюю часть, поскольку все, что можно увидеть сегодня, безусловно, можно увидеть в какое-то время между сегодняшним днем ​​и бесконечностью в будущем. Он также включает в себя всю сферу Хаббла и ее внутреннюю часть, поскольку, если что-то не удаляется быстрее света прямо сейчас, испускаемые им фотоны в конечном итоге попадут сюда.

Наконец, есть горизонт частиц . Будьте осторожны, так как разные авторы используют немного разные определения. Здесь, подумайте об этом как о функции времени. В определенное время горизонт частиц — это расстояние — в это время — до самого дальнего объекта, который можно увидеть. Обратите внимание, что в нашей Вселенной, с ее ускоренным расширением, объект может прямо сейчас находиться за пределами нашего горизонта событий — таким образом, он не способен больше когда-либо влиять на нас — но все еще внутри нашего горизонта частиц, поскольку мы можем видеть его более старую версию со светом. который был испущен, когда он был еще внутри нашего горизонта событий.

Таким образом, «то, что мы можем видеть» и «то, что в настоящее время удаляется быстрее света» — это два разных набора вещей. Кроме того, я бы посоветовал не пытаться применить специальные релятивистские эффекты Доплера к ОТО. Основная цель статьи состоит в том, чтобы показать все пути, по которым это может пойти не так. Взгляните на Приложение B, чтобы увидеть список примеров, когда ученые запутались в этом вопросе.

Это тот же горизонт или, по крайней мере, очень, очень, очень близкий. Свет с (почти) бесконечно красным смещением — это свет Большого взрыва. Это «Космическое фоновое излучение».

Подумайте об этом так: пространство расширяется равномерно, поэтому существует фиксированное расстояние, которое всегда удаляется от нас со скоростью света (для простоты предполагается постоянное ускорение). Вещи за пределами мы никогда не увидим. Это первый из ваших горизонтов.

Но когда мы увидим свет внутри этого горизонта? Вначале свет просто ползет к нам, потому что пространство удаляется почти с той же скоростью, но со временем начинает двигаться к нам быстрее. Свет будет оставаться у горизонта все дольше и дольше, чем ближе он к нему, потому что чистая начальная скорость по направлению к нам падает все ниже и ниже. Возьмите точку немного ближе к горизонту, и свет может висеть на горизонте еще миллиард лет.

Итак, мой ответ таков: второй горизонт асимптотически приближается к первому, никогда не достигая его, но уже очень, очень близко.

Поскольку Вселенная приближается к расширению, подобному ДеСиттеру, в конечном итоге свет, излучаемый на расстоянии более 10 миллиардов световых лет от нас, никогда не достигнет нас.

Расстояние света, которое мы получаем в настоящее время, не дальше, чем поверхность последнего рассеяния космического микроволнового фона, и составляет около 30 миллиардов световых лет.