宇宙膨胀和时间有什么关系（宇宙膨胀和物质扩散为什么会导致光子红移动）

宇宙膨胀和时间有什么关系（宇宙膨胀和物质扩散为什么会导致光子红移动）图一：由中子星造成的引力红移 请注意，宇宙中最大的结构是宇宙空洞，直径约为3亿光年，是完全空的空间，定义为大约3000万光年长的银河“墙壁”；当然，由于空白空间的扩大，这些宇宙空隙也在扩大。 球体内部的引力场为零。这就是为什么宇宙空隙不会坍塌的原因。唯一的重力影响是球体的侧面，相比于内部空间的膨胀，球体的侧面会是较小的几何形状，重力影响被视为非常微弱（0.1％）。牛顿在很早之前就提出了这个概念。

光子红移与事物飞散无关。事物仍会停留在原处，同时空间不断扩大。如果光传播了133.4亿年，宇宙最开始时的半径是200万光年，而到了今天是440亿光年，那么光将被红移约1100次。这不是因为多普勒红移，而是由于光线在不断膨胀的空间中移动。由于光速“”对所有观察者都是恒定的，因此唯一途径是扩大光子的波长，也就是红移。

实际上，我们如今确实将这种光视为宇宙微波背景辐射，这种辐射已从紫外线红移为微波。

宇宙的膨胀可以类似看作反引力，是反引力的学术术语，它近似地取决于引力常数G，并且与引力的作用力大致相等。不同之处在于整个宇宙的膨胀是均匀的。重力具有与膨胀相同的引力场，但是重力具有吸引力，这使它凝聚成恒星和星系。在空阔地区，例如恒星和星系，重力可能非常强烈，但会根据平方反比定律下降。在大约一亿光年后，它比膨胀（）弱。

请注意，宇宙中最大的结构是宇宙空洞，直径约为3亿光年，是完全空的空间，定义为大约3000万光年长的银河“墙壁”；当然，由于空白空间的扩大，这些宇宙空隙也在扩大。

球体内部的引力场为零。这就是为什么宇宙空隙不会坍塌的原因。唯一的重力影响是球体的侧面，相比于内部空间的膨胀，球体的侧面会是较小的几何形状，重力影响被视为非常微弱（0.1％）。牛顿在很早之前就提出了这个概念。

图一：由中子星造成的引力红移

请务必注意，光子的能量（频率）不是光子的固有属性，而是取决于观察者。因此，真正的问题是：在两个遥远星系中，相隔很远且间隔很长时间的两个观察者之间的关系是什么？

首先，假设两个观察者相对于其各自位置处的宇宙微波背景处于（大约）静止状态，则在一个膨胀的宇宙中，这两个观察者彼此远离。这意味着多普勒红移：在第一个观察者的其余参考系中测得的具有一定能量的光子，将会被第二个观察者“追赶”，因此第二个观察者将观察到该光子具有较低的动能。

其次，两个观察者被时间隔开，在此期间，宇宙会变得更加稀疏。因此，第二个观察者的参考系中的平均引力比第一个观察者的平均引力要小。当在第二个观察者的参考系中观察到光子时，这会导致额外的引力红移。

实际观察到的红移是这两种效应的组合：多普勒红移在相对较近的星系中占主导地位，而重力红移在来自非常遥远源的光子中占主导地位。

从宇宙静止处发射的一颗光子。

当光子移到此处时，附近的所有星系都从其原始的星系移开，而其余的星系都从其发射出去。任何人在这里都是从相对运动的角度观察到的光子，因此，光子会随着多普勒红移而被观察到。

如果在此处未观察到光子，则它可能会继续进入具有相对速度更大的另一个星系，因此观察到的光子越晚，其多普勒红移越大。您可以将其解释为由于宇宙的同质飞散，多普勒红移在不同位置的移动量不同；或者，您可以使用“平移”坐标系的方法，并将其解释为与时间相关的宇宙红移。观察到的物理现象并不取决于使用的坐标系，因此选取便于计算的坐标系也并不影响观测结果。

当光的发射源移开时，光被多普勒红移到更长的波长。这是因为在发射第一和第二波峰之间，发射器稍微移动了一点。多普勒红移与宇宙膨胀之间的区别在于，在宇宙膨胀中，光不是在多普勒红移的情况下局部发射的，而是通过空间膨胀而在途中被拉伸。

有多普勒红移和引力红移。当然，多普勒红移归因于发射源和接收器彼此飞离。引力红移的发生是因为宇宙过去更密集，因此光子正在从更强的引力场爬升到更弱的引力场。

作者: quora

FY: 橙子

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