人类观测有红移现象的天体至少在十几亿光年外。如何知道这些天体“正在”发生什么？是否可能已经开始收缩？
2024-11-19 阅读 88
更新于 2024年11月21日
前提不对。能观测到红移现象的天体不会如题述地“至少在十几亿光年外”，太阳系内的天体可以靠常规多普勒效应让你测到红移。以当前技术，红移值 z 约 0.003 的天体的宇宙学红移与常规多普勒效应可能在同一数量级，z 在 0.01 以上的天体的大部分红移通常是宇宙学红移[1]。
设哈勃常数为 69.6 千米每秒每百万秒差距，z = 0.003 且全部来自宇宙学红移的假想天体到我们的同移距离约 4200 万光年（约 12.9 百万秒差距），光行时间约 4200 万儒略年[2]，退行速度约 900 千米每秒，这速度与银河系相对宇宙微波背景辐射静止系的估计速度（约 600 千米每秒）在同一个数量级。现实中，z = 0.003 的天体到我们的距离不能简单地估计为 4200 万光年。z = 0.01 且全部来自宇宙学红移的假想天体到我们的同移距离约 1.4 亿光年（约 43 百万秒差距），光行时间约 1.39 亿儒略年，退行速度约 3000 千米每秒。这比上面试算的 900 千米每秒大了许多。看起来，这问题想谈光锥、同时性什么的。那么，对于十几亿光年外“正在”发生的事，我们至少有以下几种方法去知道：
一、如果你相信超光速航行是可能的，那么我们可以设法将超光速航行所需的科学技术搞出来，迅速飞过去看一看。
我们现在还不知道因果律会怎么应对超光速。如果亚原子粒子可以利用虫洞之类超光速而更宏观的东西不可以，那么我们可以用亚原子粒子观测远方的东西，这似乎也将导致因果上的问题。二、如果你认为超光速航行是不可能的，那么我们可以设法将高亚光速航行所需的科学技术搞出来，不太迅速地飞过去看一看。
对于外界，这航行大概需要十几亿年或更久。对于高亚光速航行的当事人，这需要的时间可能会很短暂。如果航行工具上有高性能的天文观测设备，那么走到一半路程的时候，当事人就可能观测到出发时“正在”发生的一些现象了。三、如果你认为超光速航行和高亚光速航行都是不可能的，那么我们可以设法存活十几亿年，等着那边的光飞过来。
显然，这非常缓慢。而且，在十几亿年后看到了那里“当下”的现象，不能帮你排除“后来怎么样了、更远的地方怎么样了”之类问题。比起等更久，我们大概还是要在这段时间里开发各种航行手段。不过，能让我们存活十几亿年的技术大抵可以让我们活更久，开发航行手段也可能会变容易。读者亦可考虑更高精度地测量我们附近的时空。如果可观测宇宙的时空整体已转为收缩，那么我们或许能在实验室里测到一些波动什么的。
关于高亚光速飞行，以从地球前往比邻星 b 的旅行为例，路程约 4.24 光年，对速度 v=0.707c 的旅行者来说，体感时间约 4.24 年。这叫做等效光速飞行。
对速度 v=0.866c 的旅行者来说，体感时间约 2.12 年。对速度 v=0.999c 的旅行者来说，体感时间约 0.19 年，即约 69 天半。对速度 v=0.9999c 的旅行者来说，体感时间约 0.06 年，即约 22 天。目标距离十几亿光年，对寿命较短的旅行者来说，需要的速度更接近 c，飞船需要强固的防御手段来避免被沿途的星际物质等摧毁。
参考^https://skyserver.sdss.org/dr1/en/proj/advanced/hubble/redshifts.asp^计算所用的宇宙学计算器 https://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html
你甚至没办法知道太阳“正在”发生什么
光锥以外人类不可能知道…除非你的观测手段能超过光速，或者空间穿越，
在讨论天体红移之前必须要先了解天体蓝移现象：盖亚卫星公布的第三期数据显示：宇宙时空内谱线特征点蓝移的天体占人类可观测天体的43%，且全部位于本超星系范围内。
而事实上，本超星系内的谱线特征点红移的天体也占人类可观测天体的43%，且绝大部分位于银河系内；剩余不足14%的位于本超新星范围之外，且全部产生红移，红移规律遵从宇宙学红移定律：光线在本超星系范围外人类视线上距离不同两点间传播时产生的红移值等于两点所在时空弯曲曲率自然对数差。
综上所述，宇宙时空内存在如下观测事实：
谱线特征点红移的天体在人类可观测天体中占比不足六成，六成中约80%并不遵从宇宙学红移定律；谱线特征点蓝移的天体占人类可观测天体总数的43%；这是因为人类作为观察者与这些迎面而来的天体同在同一个引力透镜体——本超星系引力场形成的引力透镜体内。
一.引力透镜体的光学特性
这里分析的不是位于观察者和遥远天体之间的引力透镜体对其背后遥远天体产生的折射放大作用，而是椭圆星系规则质量场形成的引力透镜体内的天体及可见物质相对于引力透镜体外的观测者产生的两个光学特性：
1.蓝移虑光性
本超星系范围外星系形成的引力透镜体内的天体相对于引力透镜体外的人类而言，可以发出谱线特征点蓝移的光线的天体都位于引力透镜质心远离人类一侧，因引力透镜体质量密度分布规律所产生的折射特性使这些蓝移光线在试图穿越引力透镜体进入人类的可观测范围前就被折射向透镜体质心方向，无法被人类所观测。
人类只能观测到自身所在引力透镜体——本超星系内的谱线特征点蓝移的天体。
换句话来说就是：由于引力透镜体的虑光特性使引力透镜体内约85%的可见物质无法被人类所观测。
2.红移聚光特性
本超星系范围外星系形成的引力透镜体内，位于质心靠近人类一侧的天体发出谱线特征点红移光线，所能够被人类观测到的天体和物质都位于一个漏斗形区域内，不大于引力透镜体的体积的1/6范围内；且这部分红移的光线与人类至引力透镜体中心连线共面，因引力透镜折射作用产生聚光特性。
类星体就是遥远的大质量高密度椭圆星系形成的引力透镜体所产生的聚光特性的杰作。
二.宇宙时空的光学特性
在介绍宇宙时空的光学特性之前先与大家重温一下以万有引力定律为基础的自由落体运动规律：
1.同一等势面上的的自由落体之间相互聚集形成各级星系和大尺度星系纤维羽状分形结构，其聚集原理与屋檐下同一高度上的雨滴之间相互聚集原理相同；银河系与仙女座星系就是本超星系引力场中同一屋檐下的两颗雨滴；星际长城均位于宇宙中心引力场同一等势面上。
2.不同等势面上的星系之间加速退行，产生宇宙学红移和宇宙空洞；退行规律与屋檐下不同高度上的雨滴之间相同；本超星系范围外星系谱线特征点红移值遵从万有引力定律为基础的自由落体运动规律：
Z=ln[R/(R-D)]
其中
Z——本超星系范围外星系谱线特征点红移值
R——宇宙视界半径
D——被观测星系距人类的视向距离
宇宙学红移定律公式从万有引力定律和宇宙学方程组推导得出。
宇宙学红移是自由落体运动规律也是宇宙广义相对论时空的特性之一，另一个宇宙时空光学特性就是宇宙中心点呈现为宇宙视界。
三.宇宙是广义相对论时空
宇宙中心呈现为宇宙视界这一光学特性是由宇宙时空的质量密度分布规律所产生的，剔除可见物质的后的宇宙质量密度分布规律和宇宙时空特性可以用以下极坐标函数关系式[1][2][3]来描述:
D(r)=k/4πr²——[1]
t=-r/c——[2]
k=1/2εμG——[3]
其中
D(r)——宇宙剔除可见物质后的真空质量密度函数
r——以宇宙中心点为极坐标原点的极坐标轴上的值，取值范围0至R,R为宇宙视界半径
t——极坐标轴上的单位刻度，t＜0，取值范围0至-R/c
k——新宇宙常量，kμεG=1/2
ε——真空介电常量
μ——真空磁导率
G——引力常量
该时空具有如下特性:
1.以在作自由落体运动的观测者附近相对静止的任意一点为坐标原点建立三维直角坐标系，则三维直角坐标轴同时具有空间和时间的属性;观测者所在时空的未来方向是宇宙的过去;直角坐标系原点在宇宙绝对时空的时间坐标为-R/c;
即假设
R/c=T
则观测者所在三维直角坐标系原点在宇宙时空的时间位置为-T;代表已经的存在时长;而宇宙中心点在观测者所在三维直角坐标系中的时间位置是未来T;而这一点恰恰是宇宙时间的起点。
时间和空间是宇宙时空的属性，是宇宙存在的基石。
2.将三维直角坐标系坐标轴以光速向远离坐标原点方向延伸R/c时间后，三维直角坐标系轴同时汇聚在一点，该点称为宇宙中心裸奇点;且在观测者的视野中呈现为宇宙视界。
