既然我們看到的星光都來自過去,為什麼無法看到宇宙大爆炸?

2021-01-15 天文在線

1.宇宙大爆炸之後的時間比現在慢嗎?

網友:我沒有專業學習過天文學,出於個人興趣在一些文章中了解到時間、質量、速度,甚至宇宙的大小(無可否認這又是大爆炸問題中的另一個難題)之間有很密切的關聯。所以我想問,特定的時間量的說法是否有意義(儘管它們實際上只是估計值)?或者說我真正的意思是,大爆炸剛發生時的時間和我們現在所認為的時間是同樣的東西嗎?畢竟現在沒法實地測量一下它們到底是否一樣(給沒有像我一樣提這種淺顯事實的人加分哦:-))。不過我在想,舉例來說,如果從那些原初物質中的粒子或者亞原子粒子的角度來看,時間會不會非常慢?大爆炸開始時,時間是如何運作的呢?

答:「時鐘在引力場中走得更慢」的說法應該更精確地表述為「時鐘在引力場中比在真空中走得更慢」,或「時鐘在強引力場中比在弱引力場中走得更慢」。所以假設在大爆炸剛發生後的早期宇宙中有一個時鐘,這個時鐘確實會比現在的時鐘走得「更慢」,因為早期宇宙中的質量密度非常非常高。

不過這樣的說法其實沒什麼實際意義。當時的質量密度很高使時間走得「更慢」,但同時整個宇宙的質量密度都很高。對於當時的觀測者來說不存在處於低質量密度環境中的時鐘能用來對比,他們根本不會發現自己的時間「更慢」,物理規律也不會有變化。

雖說應該可以通過某種效應觀測到「時間變慢」,但目前尚不清楚能否實現。通過望遠鏡我們可以看到宇宙年輕時的樣子,要是能看得足夠遠,我們也可以觀測到早期宇宙中時間走得更慢的現象。問題是,宇宙在其最初的三十萬年左右裡是不透明的,而且引力相對論效應經過30萬年之後已經可以忽略不計了。所以,目前還不太可能實現在早期宇宙中觀測明顯的「時間變慢」現象的設想。

那麼這是否意味著當我們遙望其他星系時就完全看不到時間相對變慢的現象呢?也不盡然,事實上在不那麼遠的地方也能看到相對論效應,只不過這是由引力效應引起的另一種完全不同的現象。由於宇宙還在不斷膨脹,其他星系正在高速遠離我們,以至於我們在觀測時也需要考慮相對論的影響。這就是「宇宙學紅移」效應。

2.如果看得足夠遠,我們是否能看到過去發生的宇宙大爆炸呢?

網友:當我們看向其它星系的時候,我們看到的其實是發生在過去的景象。那麼如果看得足夠遠,我們能否看到宇宙大爆炸發生時的情景呢?如果可以,c(光速)又是恆定的,我們為什麼會比大爆炸時的光先到了我們現在所在的位置上?

答:由於「技術」原因,我們是無法看見宇宙大爆炸的。試想一下,我們能通過光看見遠處的物體是因為物質發出的光可以自由傳播。但情況並非總是如此:在宇宙的年齡不到10萬年的時候,物質和輻射被緊密地壓縮在一起,光無法從物質中分離出來。也就是說,宇宙誕生時起10萬年之內產生的光「哪裡都不能去」,進而不能傳到我們現在所在的地方。這意味著當我們試圖觀測更大的紅移時,最終會被10萬歲時的宇宙產生的紅移「牆」擋住。這堵牆就是宇宙微波背景,簡稱CMB。

圖解:從大爆炸形成的宇宙演化圖解(左)。在這幅圖中宇宙以二維呈現,第三維度是時間,向右是時間流動的方向。

所以,我們是無法看到看到宇宙大爆炸時的景象的。最後,你所擔心的問題並不存在,因為CMB產生以來宇宙膨脹的速度一直是小於光傳播速度的。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. JoyceZ-astro-Christopher Springob

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