Космическое время

Космическое время , или космологическое время , — это временная координата , обычно используемая в моделях Большого взрыва физической космологии . ^[1]^[2] Эта концепция времени позволяет избежать некоторых проблем, связанных с теорией относительности, поскольку определяется в рамках решения уравнений общей теории относительности, широко используемых в космологии.

Проблемы с абсолютным временем

Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна показала, что одновременность не является абсолютной. Наблюдатель, находящийся на полпути между двумя ударами молнии, может полагать, что они произошли в одно и то же время, в то время как другой наблюдатель, близкий к одному из ударов, будет утверждать, что он произошел первым, а другой удар последовал за ним. Эта связь пространства и времени, пространство-время Минковского , усложняет научные сравнения времени. ^[3]^{: 202}

Однако общая теория относительности Эйнштейна дает частичное решение. В общей теории относительности пространство-время определяется в связи с распределением массы. «Часы», концептуально связанные с массой, обеспечат четко определенное измерение времени для всех сопутствующих масс. Космическое время основано на этой концепции часов. ^[3]^{: 205}

Определение

Космическое время ^[4]^{: 42}^[5] — это мера времени физическими часами с нулевой пекулярной скоростью в отсутствие избыточной/недостаточной плотности материи (чтобы предотвратить замедление времени из-за релятивистских эффектов или путаницы, вызванной расширением Вселенной). В отличие от других мер времени, таких как температура, красное смещение, горизонт частиц или горизонт Хаббла, космическое время (подобное и дополнительное к сопутствующим координатам) слепо к расширению Вселенной. $т$

Космическое время является стандартной временной координатой для задания решений Фридмана–Леметра–Робертсона–Уокера уравнений поля Эйнштейна общей теории относительности. ^[3]^{: 205} Такая временная координата может быть определена для однородной , расширяющейся Вселенной так, что Вселенная имеет одинаковую плотность повсюду в каждый момент времени (тот факт, что это возможно, означает, что Вселенная, по определению, однородна). Часы, измеряющие космическое время, должны двигаться вдоль потока Хаббла .

Точка отсчета

Существует два основных способа установления точки отсчета космического времени.

Время оглядываться назад

Настоящее время можно использовать как космическую точку отсчета, создающую время оглядки назад . Это можно описать в терминах времени, которое потребовалось свету, чтобы добраться сюда от удаленного объекта. ^[6]

Возраст вселенной

В качестве альтернативы, Большой взрыв может быть взят в качестве точки отсчета для определения возраста Вселенной , также известного как время с момента большого взрыва . Текущая физическая космология оценивает настоящий возраст в 13,8 миллиарда лет. ^[7] $т$

Не обязательно должно соответствовать физическому событию (например, космологической сингулярности ), а скорее относится к точке, в которой масштабный фактор исчезнет для стандартной космологической модели, такой как ΛCDM . Для технических целей такие понятия, как средняя температура Вселенной (в единицах эВ) или горизонт частиц, используются, когда целью исследования является ранняя Вселенная, поскольку понимание взаимодействия между частицами более важно, чем их временная координата или возраст. $т=0$

В математических терминах космическое время на пространстве-времени является расслоением . Это расслоение, имеющее параметр , состоит из трехмерных многообразий . $М$ $t\двоеточие M\to R$ $т$ $S_{t}$

Связь с красным смещением

Астрономические наблюдения и теоретические модели могут использовать красное смещение как параметр, подобный времени. Космическое время и красное смещение $z$ связаны. В случае плоской Вселенной без темной энергии космическое время может быть выражено как: ^[8] Здесь — постоянная Хаббла , а — отношение параметра плотности Вселенной к критической плотности для уравнения Фридмана для плоской Вселенной: ^[9]^{: 47} Неопределенности в значении этих параметров делают значения времени, полученные из измерений красного смещения, зависимыми от модели. $t(z)\approx {\frac {2}{3H_{0}{\Omega _{0}}^{1/2}}}z^{-3/2}\ ,\ z\gg 1/\Omega _{0}.$ $H_{0}$ $\Omega _{0}=\rho /\rho _{\text{крит}}$ $\rho (t)$ $\rho _{c}(t)$ $\rho _{c}(t)={\frac {3H^{2}(t)}{8\pi G}}$

Смотрите также

Ссылки

^ О физической основе космического времени С.Э. Руфа и Х. Цинкернагеля
^ D'Inverno, Ray (1992). Введение в теорию относительности Эйнштейна . Oxford University Press. стр. 312. ISBN 0-19-859686-3.
^ abc Smeenk, Chris (2013-02-15). «Время в космологии». В Dyke, Heather; Bardon, Adrian (ред.). A Companion to the Philosophy of Time (1-е изд.). Wiley. стр. 201–219. doi :10.1002/9781118522097.ch13. ISBN 978-0-470-65881-9.
^ Додельсон, Скотт (2003). Современная космология . Academic Press. ISBN 9780122191411.
^ Бонометто, Сильвио (2002). Современная космология . Бристоль и Филадельфия: Издательство Института физики. С. 2. ISBN 9780750308106.
^ "время оглядываться назад". Oxford Reference . Получено 2024-06-07 .
^ Сколько лет Вселенной?
^ Longair, MS (1998). Формирование галактики. Springer. стр. 161. ISBN 978-3-540-63785-1.
^ Лиддл, Эндрю Р. (2003). Введение в современную космологию (2-е изд.). Чичестер; Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. ISBN 978-0-470-84834-0.