當前位置: 華文星空 > 知識

既然宇宙在膨脹,那麽我們觀測到的天體實際位置不是比我們所觀測到的遠得多嗎?

2021-06-15知識

題主想得沒錯。

首先澄清一下用詞,我們一般說星系 距離 越來越遠的時候都是指 普通距離 ,也就是我們一般所理解的距離,在不同時間是會隨著宇宙膨脹變化的。宇宙學中還有另一個距離叫 共動距離 ,共動距離在計算中排除掉了宇宙膨脹的影響,所以在任何時間都是保持不變的。後面這個回答裏我只會用到 普通距離 ,所以為了方便理解就直接用 距離 這個詞來代替。

就拿問題描述給的數碼來帶入宇宙學的模型看看。

縱軸是普通距離,橫軸是時間,下面的藍點是我們的位置,上面的藍點是星系的位置,藍色虛線代表星系隨著空間膨脹移動的路徑,紅點是星系發出的光字,紅色虛線是光子的路徑。

假如我們現在在地球上看到一個50億光年外的星系,我們探測到的光子其實是70億年前發射出來的。為什麽這兩個數碼不一樣呢?這是因為那個光子在飛往地球的同時他和地球之間的空間也一直在膨脹,所以它實際穿過的距離是比發射時的距離要遠的。而且距離越遠退行的速度越快,所以可以看到光子的路徑是一條曲線。還有就是那個星系雖然在發射光子的時候離地球50億光年遠,在我們看到的時候因為空間膨脹它實際上已經有90億光年遠了。

假如題主好奇的話,以上的計算的是用到FLRW度規(Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker metric)來算的,也就是下面這個東西。

ds^2 = -c^2 dt^2 +a(t)^2[dr^2+S_\kappa(r)^2d\Omega^2]

在這個問題的情況下又可以簡化成這個

ds^2 = -c^2 dt^2 +a(t)^2dr^2

ds就是普通距離,dr是共動距離,dt是時間。a(t)是標度因子(scale factor),一般可以把它理解為宇宙在時間 t 時相對於現在的宇宙的膨脹系數。這裏面a(t)就是最重要的東西,因為要知道標度因子是如何隨著時間變化並不簡單,這就要涉及到宇宙學的模型了(特指Λ-CDM),過程比較復雜這裏就先不說了。(而且再往後的東西我也忘了懶得回去翻筆記了哈哈哈哈)