速度不可超過光速,宇宙誕生138億年,可觀測宇宙超930億光年,宇宙邊緣的物質速度是不是超過光速了?

時間 2021-07-06 06:16:26

1樓:紫信

你知道什麼是可見宇宙嗎,可見宇宙外就是光無法傳播到地球,因為可見宇宙外的物質遠離我們的速度遠超過光速,它們發的光根本無法到達地球,所以對於我們來說是不可見的,我們都無法看見可見宇宙之外的光,有怎麼知道宇宙有沒有邊緣呢

可見宇宙邊緣物質的確以超光速遠離我們,但是宇宙不知道是否存在邊緣,這裡的速度指的是空間膨脹引起的,是空間本身的性質而非相對論裡的速度,是空間遠離我們的速度而非物體本身的速度,所以對於物體而言沒有超過光速,物體本身的速度是要減去空間膨脹的速度才是相對論裡所說的速度,是沒有超過光速的

2樓:小咖啡

整個(廣義)相對論中對速度有多種定義,比如觀測速度、座標速度、區域性速度

由於度規的原因,不同定義的結果可能是不同的

不像狹義相對論中,速度可以簡單描述為空間座標對時間座標的微分,因為狹義相對論研究的是平直時空慣性座標系,其對應的度規場是處處等於 的常量場,觀測速度、座標速度、區域性速度都是一致的

廣義相對論中,一旦談「速度」,就必須明確定義是用哪一種

觀測速度:這種定義最直觀,即物件運動的固有距離對觀測者固有時(手中標準鐘流過時間)的微分,我們一般說速度就是這個意思,即用自己的表衡量出的。還是以史瓦西座標系為例, 只是座標時,採用觀測者固有時的話,史瓦西座標系下某個物件的觀測速度,顯然就會與觀測者空間位置有關了,因為 是關於 的函式,對同一段過程觀測者處於不同 ,用自己的標準鐘去衡量該過程得到的固有時是不同的,因此觀測者處於不同的位置測出的某個物件的觀測速度是不同的

座標速度:空間座標對時間座標的微分。比如徑向座標速度就是

區域性速度:物件世界線區域性慣性觀者所測出的速度。比如廣義的光速不變原理指的就是,光子的區域性速度恒為 。

因此許多人在知乎上問,為什麼彎曲時空測光速可能 c,,因為這種速度不是指的區域性速度,而是指的觀測速度,所以 很正常。還比如宇宙膨脹速度、遠方星系退行速度為何 c" eeimg="1"/>,因為這些速度定義都是在宇宙這個大尺度彎曲時空某種座標系中位於某處觀測者測出的那些物件的觀測速度。而初學相對論時,光速不變原理之所以簡單表述為「真空光速相對於任何觀測者恒為 」,以及狹義相對論動力學得出「有質物體不能超越光速」,因為正如前文所說,初學相對論都是從狹義相對論開始,狹義相對論是不區分座標速度、區域性速度、觀測速度的,因此就簡單這樣表述了。

固有速度(我不知是不是這樣稱呼,的確有時根據需要也採用這種定義):物件運動的固有距離對其本身固有時的微分。這裡叫固有速度,因為這種定義下它是座標變換不變數,並且與觀測者的時空位置無關。

有些座標系可能度規比較複雜,比如度規各項不僅是關於空間座標的函式,還可能是關於時間座標的函式,這樣觀測速度的測量結果,可能既與觀測者空間位置有關,也與觀測者做測速實驗的時刻有關

有些座標系甚至更糟糕,空時軸都可能不正交( 不全為 ),無法在所有空間座標方向定義唯一的同時面,這樣再用上述最直觀的觀測速度定義談「物體運動的快慢」就沒有明確的定量意義,因為對運動物件一段物理過程時間的衡量依賴於觀測者與測量物件始末同時刻點的確定結果,如果同時刻點的確定結果與對鍾路徑有關,相當於對一段物理過程時間的衡量也與對鍾路徑有關。比如轉盤參考係沿圓周方向衡量一段過程的時間就是典型的例子,因為轉盤參考係的 。

所以,關於該問題的答案:

宇宙年齡可觀測宇宙半徑指的是在宇宙這個大尺度彎曲時空中觀測的,因此用這兩者計算的所謂的「宇宙膨脹平均速度」是上面幾種速度定義中的觀測速度,而不是區域性速度, c" eeimg="1"/>很正常

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