可否定义一个文明无关的天文尺度的距离单位？
2024-11-19 阅读 26
当谈论天文尺度的距离时，科学家通常使用天文单位（Astronomical Unit，AU）或光年（light-year）等单位。这些单位是与地球和太阳等特定天体相关联的，因此并非文明无关的。如果要定义一个文明无关的天文尺度的距离单位，可以考虑使用基础的物理常数来定义，比如使用光速等。例如，可以使用光速在真空中每秒前进的距离作为一个文明无关的天文尺度的距离单位。
更新于 2024年11月21日
宇宙学红移。
星系彼此远离，由于多普勒效应，这种运动导致这些星系发射的光向光谱的红色端移动，这种现象被称为“红移”。而光谱取决于原子的精细结构，比如射电天文学常用的中性氢的21cm线，来自于1s基态氢原子的两个超精细结构之间，频率是1420.40575177 MHz，相当于在真空中波长 21.10611405413 cm。根据测量到的红移量结合多普勒效应的计算式，就可以算出恒星远离的速度，而由于哈勃关系的存在，这个退行速度又对应相应的距离。
红移的定义本身是无量纲的观测值，z=△λ/λ。λ表示波长，△λ表示波长变化。所以不管如何定义波长单位，这个值对应特定天体，显然是不会随单位定义的变化而改变，观测使用哪个原子光谱特征线也是不影响的，要红移所有谱线都是一样的比例关系。
宇宙学红移作为距离单位缺点也非常明显，一个就是红移对应的距离是非常大的尺度，目前观测到的z=11的最古老天体（好像是个伽马射线暴），距离基本就接近宇宙视界半径了，也就是134光年的光行距离。而大部分比较近的河外天体（也有几百万光年），红移值往往都是小数点后，甚至好几位。
另一个就是由于相对论效应，红移对应的星系退行速度，以及通过哈勃关系对应的距离，并不是一个线性关系，尤其是红移较大的时候，只能在较近距离上则可以近似线性。
还有个麻烦就是哈勃常数是随宇宙年龄变化的（加速膨胀），基于微波背景辐射的早期宇宙学哈勃常数和基于星系标准烛光（如α超新星）观测的当前宇宙学哈勃常数不一致（哈勃常数危机），所以红移对应的距离无法很精确。百度百科里的哈勃常数就列有好几个数值，其中欧空局2013年的测量值67.80±0.77(km/s)/Mpc（普朗克卫星基于微波背景辐射）；另一个则是22年NASA科学家算的73.4(km/s)/Mpc差距（基于α超新星观测）。
计算星系的退行速度，有两个公式：z=v/c ，v是星际退行速度，c是光速。这个公式适用于v星际退行速度较小时。 z=(c+v)/(c−v)−1 这个公式适用于v星际退行速度接近光速时。
相应的计算星系的距离，较近的用Z = H*D /c，H为哈勃常数，D为距离。在超远距离上，也就是红移较大的时候，有Z＝ln[R/(R-D)]。R为宇宙视界半径。哈勃常数和宇宙视界半径可以认为是基于观测的宇宙学常数，即使测量单位改变，相应的物理意义也不会有变化，但是由于前面提到的原因，两个值都不太准确。
除了红移，宇宙视界半径本身也可以作为距离的基准值，实际上天文学是使用Z倒算R的。哈勃常数的量纲实际是s-1，和光速结合，比如c/H，也可以作为距离的基准值。但这两个都不如红移来的简单直观。
至于数值系统用不用二进制，这个我觉得不用强求，通过数学方法传递进制定义不难。
这不是很简单吗?秒目前是用铯-133震动周期，光速也是个常量，有速度有时间了，还怕没有距离?你把你提出的那些度量单位里的时间，都换成铯-133震动周期个数不就完事了。
关于距离，最基本的公式就是距离＝速度×时间。不变的速度很容易想到，就是光速，不变的时间，我想到的就是放射性元素的半衰期。由于条件4要求地外文明也可能使用，所以用宇宙中丰度最高的元素氢的同位素的半衰期。考虑到宇宙的尺度，氚的半衰期约为12.5年，这个数值不算大也不算小。所以可以定义新的距离光衰时，即光在氚的一个半衰期中行进的距离，数值约为12.5光年。
似乎还没有答案提到Planck长度
l_{\mathrm{P}}=\sqrt{\frac{\hbar G}{c^3}}\sim 1.62\times 10^{-35}\, \rm{m},l_{\mathrm{P}}=\sqrt{\frac{\hbar G}{c^3}}\sim 1.62\times 10^{-35}\, \rm{m},
从 l_\mathrm{P}l_\mathrm{P} 的定义看，它显然容易满足要求1—3。 l_\mathrm{P}l_\mathrm{P} 是自然单位制下距离量纲量的单位。参考学史，把物理常量归一化是自然的想法，从而具备一定程度自然科学的地外文明大抵亦会构造出 l_{\mathrm{P}}l_{\mathrm{P}} 。
时间：铯原子震荡
空间：普朗克长度（科学计数法表示）
速度：光速（交流用0.1c 0.2c这种）
原子：质子和电子数量
温度：宇宙微波背景辐射，绝对零度，H2O的三态变化（压力在下面说）
